一種用於鄂爾多斯盆地黃土層的聚晶金剛石複合片鑽頭的製作方法
2023-06-05 01:14:21
專利名稱：一種用於鄂爾多斯盆地黃土層的聚晶金剛石複合片鑽頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於鄂爾多斯盆地黃土層的聚晶金剛石複合片鑽頭。
背景技術：
鄂爾多斯盆地上部地層被一層厚厚的黃土層所覆蓋，黃土層厚度一般為300米左 右，最厚可達到450米左右，在鑽井過程中一開黃土層段，地層疏鬆，孔隙發育，膠結性差， 井壁吸水易膨脹，鑽進時極易發生漏失性現象。在鄂爾多斯盆地上部地層，長期以來一直使 用直徑為311. 15mm的三牙輪鑽頭或直徑為311. 15mm的PDC鑽頭進行黃土層的鑽進工作。 由於聚晶金剛石複合片鑽頭，簡稱PDC鑽頭，具有機械鑽速快、壽命長、進尺多、 安全性高等優點，所以在鄂爾多斯盆地石油天然氣勘探鑽井中被廣泛使用。採用直徑為 311. 15mm的PDC鑽頭進行上部地層鑽進時，由於上部地層疏鬆，孔隙發育，膠結性差，井壁 吸水易膨脹，使井徑縮小，進而引起起鑽困難、下鑽遇阻、下套管困難等一系列井下複雜事 故的發生。同時由於上部黃土層地層承壓能力差，鑽進時極易發生漏失性現象，進而使鑽井 周期延長，鑽井成本增加，嚴重一點的還可能造成井下重大事故的發生。 雖然PDC鑽頭比牙輪鑽頭機械鑽速快，但擴眼能力較差，根據黃土層吸水易膨脹、 易垮塌、井壁吸水導致井徑縮小等特性，用直徑311. 15mm的PDC鑽頭鑽出來的井眼井徑 大小理論上是311. 15mm，實際鑽出來的井徑大小一般介於240 325mm之間，對於超過 311. 15mm的井徑段，在起下鑽、下套管時一般不存在什麼問題，關鍵是小於311. 15mm的井 徑段，在這一井段，無論是起下鑽還是下套管都會出現鑽具起不出來或者下不下去的現象， 對於這種現象的解決辦法， 一般是起鑽時，用倒劃眼的方法來解決，而下鑽時用劃眼的辦法 解決，對於打完上部地層，需要下套管時下不下去這種情況，解決的辦法只有起出來再進行 通井這一種辦法，但對於長度為10m左右，重量為500kg左右，直徑為244. 50mm套管來說， 採用起出來通井的這種辦法，不但工作量巨大，且會對套管本身質量造成很大損害。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是針對上述存在的問題，提供一種提高適用於 鑽鄂爾多斯盆地吸水易膨脹、易垮塌、易漏的上部黃土層的PDC鑽頭。
本實用新型是這樣實現的 —種用於鄂爾多斯盆地黃土層的聚晶金剛石複合片鑽頭，包括鑽頭體、刀翼、切削 齒以及噴嘴，所述鑽頭直徑為330. 2mm，所述切削齒為單排齒切削結構，固結於所述刀翼之 上；所述刀翼為螺旋狀，並在其肩部刀翼的切削齒之後設置減震節。 所述刀翼的外錐長度大於內錐長度，頂部為圓弧冠部輪廓和深內錐的冠部形狀。 所述噴嘴的噴射角指向排屑槽。 所述鑽頭體上均勻設置五個刀翼。 本實用新型的有益效果 根據本實用新型的技術方案，PDC鑽頭採用單排布置切削齒，肩部以上刀翼處設置減震節結構。這種布置方法可以減少切削齒與井底的接觸面積，增強切削齒切入地層的深 度，又能有效降低鑽頭在鑽進過程中產生的橫向振動，避免鑽頭的切削齒提前破壞。 合理得噴嘴噴射角設置讓射流儘量避開鑽頭刀翼，指向較大的排屑槽，減少水力 能量對切削齒和刀翼體的衝蝕；減小噴嘴與鑽頭軸線的夾角，增強水力能量對井底的衝蝕， 加快破巖效率，減少水力能量對井壁的衝蝕；降低井壁所承受水力壓力，防止井漏現象的發 生。根據黃土層較為鬆軟特性，採用深內錐結構，增加刀翼切入地層的深度，提高鑽井速度； 增加排屑槽深度，使鑽頭表面的過流面積增大，降低噴嘴反射到鑽頭體的能量和對井壁的 衝蝕力，減緩了射流對鑽頭基體和井壁的過早破壞。 採用大直徑小噴射角，刀翼的外錐長度大於內錐長度，圓弧冠部輪廓和深內錐的 冠部形狀設計，可有效保證井身軌跡的垂直度，減小鑽頭的橫向振動對切削齒的提前破壞， 提高了鑽頭快速鑽進黃土層的可行性；本實用新型有效增大了井徑大小，徹底解決了鄂爾 多斯盆地上部黃土層井壁因吸水膨脹而使井徑縮小，引起的起鑽困難、下鑽遇阻、下套管困 難等一系列井下問題。
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。
圖1是本實用新型的結構剖視圖。
具體實施方式
根據圖l，本實用新型一種用於鄂爾多斯盆地黃土層的聚晶金剛石複合片鑽頭，包 括鑽頭體1、刀翼3、 PDC切削齒5以及噴嘴4。在鑽頭體1上均勻設置五個刀翼3，該刀翼 採用螺旋刀翼設計，每個刀翼上設置有PDC切削齒5，切削齒為單排齒切削結構，同時在肩 部上部刀翼切削齒之後設置減震節，刀翼3為冠頂狀，採用較長的外錐長度，圓弧冠部輪廓 和深內錐的冠部形狀設計，噴嘴4的射流儘量避開鑽頭刀翼，指向較大的排屑槽和井底，還 可以增加排屑槽深度，使鑽頭表面的過流面積增大，降低了噴射流體反射到鑽頭體的能量， 減輕了射流對鑽頭基體的反衝蝕。 本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實 用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和 改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型範圍內。本實用新型要求保護範圍由 所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求一種用於鄂爾多斯盆地黃土層的聚晶金剛石複合片鑽頭，包括鑽頭體、刀翼、切削齒以及噴嘴，其特徵在於所述鑽頭直徑為330.2mm，所述切削齒為單排齒切削結構，固結於所述刀翼之上；所述刀翼為螺旋狀，並在其肩部刀翼的切削齒之後設置減震節。
2. 根據權利要求1所述的聚晶金剛石複合片鑽頭，其特徵在於所述刀翼的外錐長度 大於內錐長度，頂部為圓弧冠部輪廓和深內錐的冠部形狀。
3. 根據權利要求1或2所述的聚晶金剛石複合片鑽頭，其特徵在於所述噴嘴的噴射 角指向排屑槽。
4. 根據權利要求1或2所述的聚晶金剛石複合片鑽頭，其特徵在於所述鑽頭體上均 勻設置五個刀翼。
專利摘要本實用新型涉及一種用於鄂爾多斯盆地黃土層的聚晶金剛石複合片鑽頭。它包括鑽頭體、刀翼、切削齒以及噴嘴，所述鑽頭直徑為330.2mm，所述切削齒為單排齒切削結構，固結於所述刀翼之上；所述刀翼為螺旋狀，並在其肩部刀翼的切削齒之後設置減震節。本實用新型解決了鄂爾多斯盆地上部黃土層井壁因吸水膨脹而使井徑縮小，引起的起鑽困難、下鑽遇阻、下套管困難等一系列井下問題。
文檔編號E21B10/46GK201460745SQ20092007394
公開日2010年5月12日 申請日期2009年5月21日 優先權日2009年5月21日
發明者何櫻子, 張會萍, 張振亭, 李朋 申請人:上海中曼金剛石鑽頭有限公司;上海中盟石油天然氣有限公司