一種用于定向鉆井的鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于鉆井技術(shù)領(lǐng)域，涉及石油天然氣、地質(zhì)勘探用的鉆井鉆頭，尤其涉及一種石油天然氣、地質(zhì)勘探用的用于定向鉆井的鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，PDC鉆頭、天然金剛石鉆頭、孕鑲鉆頭等被廣泛用于油氣開采和地質(zhì)勘探，并取得了突出的使用效果。隨著油氣開采難度的不斷加大，頁巖氣、大位移井等的開發(fā)都更多的依賴于定向鉆井技術(shù)，因此需要有適合定向鉆進的定向鉆井鉆頭。
[0003]如附圖1所示的常規(guī)定向鉆頭鉆井示意圖，該常規(guī)定向鉆頭的保徑的外表面為單一的圓柱面。為了使常規(guī)定向鉆頭能有較好的工具面穩(wěn)定性，因而選擇了具有一定適合長度L的常規(guī)定向鉆頭，且常規(guī)定向鉆頭在鉆進巖層的過程中，因鉆頭保徑與井眼有較小的間隙，固定保徑長度L的定向鉆頭的鉆頭軸線和井眼軸線間可形成的最大夾角α也被確定，最大夾角α即為常規(guī)定向鉆頭的最大導(dǎo)向角度，且常規(guī)定向鉆頭的保徑長度L越長，鉆頭的最大導(dǎo)向角度越小，鉆頭的造斜效率越低。
[0004]經(jīng)長期實踐證明:鉆頭的保徑長度對鉆頭的定向能力有著很大的影響，定向鉆井鉆頭的保徑長度制約著鉆頭的造斜率。較長的保徑長度可增加鉆頭保徑與井壁面的接觸面積，使鉆頭的工具面更穩(wěn)定，但較長的保徑面因為受到井壁的約束，卻也同時限制了鉆頭在鉆進方向的可變范圍，因此降低了定向鉆井鉆頭的造斜率；鉆頭保徑長度較短，可增加鉆頭的造斜能力，但因保徑面與井壁面的接觸面積變小，容易造成鉆頭工具面不穩(wěn)，定向效果差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的發(fā)明目的在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種用于定向鉆井的鉆頭，在不犧牲常規(guī)定向鉆頭的工具面穩(wěn)定性的前提下提高鉆頭的造斜效率。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種用于定向鉆井的鉆頭，包括接頭螺紋和與接頭螺紋連接的鉆頭本體，所述鉆頭本體冠部的外表面上分布有多條刀翼，所述每條刀翼上均安裝有主切削單元和副切削單元；相鄰兩條刀翼之間形成排肩槽，所述排肩槽內(nèi)設(shè)置有安裝在鉆頭本體上的水孔噴嘴；所述刀翼肩部上方的保徑為階梯式保徑。
[0008]作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述保徑的外表面包括至少一個與鉆頭本體的最大直徑相同的大圓柱面，所述保徑的其余外表面上的任意點到鉆頭本體軸線的距離均小于或等于鉆頭本體的最大直徑。
[0009]作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述保徑的其余外表面為一個小圓柱面或一個以上直徑各不相同的小圓柱面，所述小圓柱面的直徑均小于大圓柱面的直徑。
[0010]作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述保徑的大圓柱面位于保徑上靠近接頭螺紋的一偵牝保徑上遠離接頭螺紋的一側(cè)為小圓柱面。
[0011]作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述保徑的大圓柱面位于保徑上遠離接頭螺紋的一偵牝保徑上靠近接頭螺紋的一側(cè)為小圓柱面。
[0012]作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述保徑的大圓柱面位于保徑的中部位置，保徑的大圓柱面兩側(cè)為小圓柱面。
[0013]作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述主切削單元和/或副切削單元上設(shè)有一組或多組PDC切削齒單元，所述PDC切削齒單元突出鉆頭刀翼外輪廓面的距離I均大于主切削單元突出鉆頭刀翼外輪廓面的距離X、副切削單元突出鉆頭刀翼外輪廓面的距離z。
[0014]作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述鉆頭本體冠部的內(nèi)錐頂點處設(shè)置有中心錐形切削齒，所述中心錐形切削齒與鉆頭本體同軸線；所述刀翼上設(shè)置有主切削單元，所述主切削單元包括圓柱形切削齒和臨齒，所述臨齒位于刀翼上靠近中心錐形切削齒的一側(cè)。
[0015]作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述中心錐形切削齒包括硬質(zhì)合金基座和錐形金剛石層，所述硬質(zhì)合金基座與刀翼連接，所述錐形金剛石層與硬質(zhì)合金基座連接，且所述錐形金剛石層的錐角為60°至120°。
[0016]作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述中心錐形切削齒的出刃高度大于臨齒的出刃高度，且所述中心錐形切削齒與臨齒的出刃高度差H為O至20mm。
[0017]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是:
[0018]1、本實用新型中，刀翼肩部上方的保徑設(shè)置為階梯式保徑，在保證鉆頭保徑總長度不變的前提下，由于保徑部分區(qū)域的外徑比現(xiàn)有鉆頭保徑外徑尺寸小，因而在定向鉆進過程中，鉆頭保徑的部分區(qū)域與井壁之間的間隙增大，加大了鉆頭鉆進方向可變化的范圍，提高了導(dǎo)向效率；同時相對于單純的減短保徑長度的設(shè)計而言，僅采用將保徑部分區(qū)域直徑減小的設(shè)計即保證了保徑的總長度不變，保證了鉆頭的工具面穩(wěn)定性，又提高了鉆頭的造斜效率。
[0019]2、本實用新型中，保徑的外表面包括至少一個與鉆頭本體的最大直徑相同的大圓柱面，該大圓柱面保證鉆頭的工具面穩(wěn)定性；而保徑的其余外表面上的任意點到鉆頭本體軸線的距離均小于或等于鉆頭本體的最大直徑，因而可在保徑的其余外表面與井壁之間形成間隙，加大了鉆頭鉆進方向可變化的范圍，提高了導(dǎo)向效率和造斜效率。
[0020]3、本實用新型中，保徑的外表面均由兩個或至少兩個直徑不同的圓柱面組成，因而相對于外表面為曲面等形狀的保徑來說，其加工效率和加工成本都大幅度下降，使鉆頭的生產(chǎn)成本降低。
[0021]4、本實用新型中，主切削單元和/或副切削單元上設(shè)有一組或多組PDC切削齒單元，由于PDC切削齒單元的存在，因而在鉆頭鉆進時，井底巖石表面將形成一個或多個更深同心的環(huán)形凹槽，且環(huán)形凹槽可有效地限制PDC切削齒的徑向移動，從而有效抑制了鉆頭的橫向振動，鉆頭的抗振效果較好。
[0022]5、本實用新型中，鉆頭本體冠部的內(nèi)錐頂點處設(shè)置有中心錐形切削齒，當(dāng)鉆進過程中，壓力通過鉆頭上的中心錐形切削齒鉆壓至鉆進巖層，中心錐形切削齒以擠壓的方式壓裂破碎鉆進巖層，或者將鉆進巖層沿中心錐形切削齒錐形面向四周擠壓鉆進巖層并使鉆進巖層變形，便于鄰近的具有較高切削速度的臨齒或者圓柱形切削齒破碎巖石，提高鉆頭內(nèi)錐切削齒的破巖效率，提高鉆頭的鉆進速度。
[0023]6、本實用新型中，中心錐形切削齒的出刃高于臨齒的出刃，因而可有效減少鉆頭的振動，鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆進時更穩(wěn)定，延長鉆頭使用壽命，同時心部錐形切削齒設(shè)計利于巖肩向井壁方向流動，使巖肩疏導(dǎo)排肩更容易。
【附圖說明】
[0024]圖1為現(xiàn)有常規(guī)技術(shù)中定向鉆頭鉆井的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本實用新型實施例1中保徑的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4為本實用新型實施例2中保徑的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5為本實用新型實施例3中保徑的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖6為本實用新型的定向鉆頭鉆井的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖7為本實用新型中PDC切削單元覆蓋示意圖；
[0031]圖8為本實用新型中PDC切削單元的鉆井示意圖；
[0032]圖9為本實用新型實施例五的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖10為本實用新型實施例五的切削原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖11為本實用新型實施例五的鉆頭本體冠形示意圖；
[0035]其中，附圖標(biāo)記為:1 一鉆頭本體、2—刀翼、3—保徑、4一主切削單元、5—副切削單元、6—排肩槽、7—水孔噴嘴、8—卸扣槽、9 一接頭螺紋、10—鉆頭軸線、13—常規(guī)定向鉆頭、14一鉆進巖層、15—井眼軸線、16—鉆頭、31—內(nèi)維頂點、32—內(nèi)維面、33—鼻部、34—肩部、35—外肩部、45—鉆頭刀翼外輪廓面、46—環(huán)形凹槽、49一PDC切削齒單元、41 一鄰齒、22—中心維形切削齒、42—圓柱形切削齒、221 —鉆頭中心線、α —常規(guī)鉆頭最大導(dǎo)向角、β —鉆頭最大導(dǎo)向角、L一保徑長度。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細的說明。
[0037]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0038]實施例1
[0039]一種用于定向鉆井的鉆頭，接頭螺紋9和鉆頭本體1，該接頭螺紋9與鉆頭本體I連接為一個整體。鉆頭本體I上靠近接頭螺紋9 一側(cè)的外表面上設(shè)置有卸扣槽8，該卸扣槽8可沿鉆頭本體I的周向設(shè)置多個。鉆頭本體I的冠部位置的外表面上分布有多條刀翼2，每條刀翼2的長度方向與鉆頭本體I的鉆頭軸線10方向一致，多條刀翼2在鉆頭本體I上沿鉆頭本體I的周向均勻分布，且相鄰兩條刀翼2之間留有一定距離的間隙，并在相鄰兩條刀翼2之間形成用于排肩的排肩槽6，且排肩槽6內(nèi)設(shè)置有若干安裝于鉆頭本體I上的水孔噴嘴7。
[0040]每條刀翼2上均安裝有主切削單元4和副切削單元5，其中主切削單元4和副切削單元5在刀翼2上呈雙排設(shè)置，一排為主切削單元4，另一排為副切削單元5。作為優(yōu)選，主切削單元4和副切削單元5中均包括圓柱形切削齒和錐形切削齒兩種切削齒，圓柱形切削齒和錐形切削齒均混合安裝在主切削單元4和副切削單元5上，使得刀翼2上設(shè)置的兩種切削齒均衡分布，覆蓋整個井底。
[0041]刀翼2肩部上方的保徑3為階梯式保徑3，使得刀翼2的保徑3的外表面為階梯狀。其中，保徑3的外表面包括至少一個與大圓柱面，該大圓柱面為同一條與鉆頭本體I軸線平行的直線段繞鉆頭本體I軸線旋轉(zhuǎn)生成的回轉(zhuǎn)面，且該大圓柱面的直徑與鉆頭本體I的最大直徑相同。保徑3的其余外表面可以為圓柱面、圓弧面和圓錐面等其他外表面，且該其余外表面上的任意點到鉆頭本體I軸線的距離均小于或等于鉆頭本體I的最大直徑。作為優(yōu)選，保徑3的其余表面為兩段直徑不同的小圓柱面，且這兩段小圓柱面的直徑均小于大圓柱面的直徑。且保徑3的大圓柱面位于保徑3