Pdc鉆頭及氣體鉆井系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及石油及天然氣勘探領域，尤其涉及一種PDC鉆頭及氣體鉆井系 統。
【背景技術】
[0002] 隨著石油、天然氣勘探開發鉆井技術的不斷發展，氣體鉆井技術因為其不破壞儲 層、機械鉆速高等特點成為目前最熱門的鉆井技術之一，并被廣泛推廣。
[0003] 聚晶金剛石復合片（Polycrystalline Diamond Compact，roC)鉆頭是氣體鉆井系 統中常用的一種鉆頭，其通過鉆桿與壓縮機相連，并且鉆頭本體底端開設有噴孔，在鉆井過 程中，壓縮機排出的高壓氣體經過鉆桿進入鉆頭本體，并通過鉆頭本體底端的噴孔噴出，能 夠將鉆削巖層過程中產生巖肩排出井底。
[0004] 現有技術的不足之處在于，巖肩在排出的過程中容易沉降、堆積，從而造成卡鉆， 不利于氣體鉆井工作的進行，嚴重時還會引起其它井下復雜事故。 【實用新型內容】
[0005] 本實用新型提供一種PDC鉆頭及氣體鉆井系統，用以解決現有技術中鉆井時巖肩 在排出的過程中容易沉降堆積、從而造成卡鉆和其它井下復雜事故的技術問題。
[0006] 本實用新型的一個方面是提供一種roc鉆頭，包括：
[0007] 鉆頭本體，所述鉆頭本體內部形成有儲氣腔；所述鉆頭本體底端設置有底部噴孔， 所述底部噴孔連通至所述儲氣腔；
[0008] 所述鉆頭本體外側設置有至少兩個刀翼，所述刀翼延伸至所述鉆頭本體的底端， 所述刀翼由所述鉆頭本體上凸出，且相鄰兩個刀翼與所述鉆頭本體側面之間形成有用于排 出巖肩的排肩槽；
[0009] 在所述鉆頭本體側面、且在相鄰兩個刀翼之間還設置有攜巖噴孔，所述攜巖噴孔 與所述儲氣腔連通，且所述攜巖噴孔由儲氣腔向孔口的延伸方向與鉆頭本體的中心軸正向 的夾角小于或等于90°。
[0010] 如上所述的PDC鉆頭，其中，
[0011] 所述攜巖噴孔的直徑為10mm-30mm。
[0012] 如上所述的PDC鉆頭，其中，
[0013] 所述攜巖噴孔的中心軸線與所述鉆頭本體的中心軸線呈5° -60°的夾角。
[0014] 如上所述的PDC鉆頭，其中，
[0015] 所述刀翼在所述鉆頭本體外側周向上均勻分布，且所述刀翼在所述鉆頭本體外表 面的延伸方向為一螺旋線，所述刀翼相對于所述鉆頭本體的螺旋角為5° -15°。
[0016] 如上所述的PDC鉆頭，其中，
[0017] 所述刀翼一側設置有切肩齒。
[0018] 如上所述的PDC鉆頭，其中，
[0019] 所述刀翼包括主刀翼和副刀翼，所述主刀翼與鉆頭本體中心軸線的距離小于所述 副刀翼與鉆頭本體中心軸線的距離。
[0020] 如上所述的PDC鉆頭，其中，
[0021] 所述底部噴孔包括設置在所述主刀翼的切肩齒旁的中心噴孔以及圍繞在所述中 心噴孔外圍的外圍噴孔，且每個所述刀翼的切肩齒旁對應設置有一個所述外圍噴孔。
[0022] 如上所述的PDC鉆頭，其中，
[0023] 所述中心噴孔的軸線與距離所述中心噴孔最近的主刀翼的切肩齒平面平行，所述 外圍噴孔的軸線與距離所述外圍噴孔最近的刀翼的切肩齒平面平行。
[0024] 如上所述的PDC鉆頭，其中，
[0025] 所述中心噴孔的軸線與所述鉆頭本體的軸線呈10° -18°的夾角；
[0026] 所述外圍噴孔的軸線與所述鉆頭本體的軸線呈20° -30°的夾角。
[0027] 如上所述的PDC鉆頭，其中，
[0028] 所述中心噴孔的直徑大于所述外圍噴孔的直徑。
[0029] 本實用新型的另一個方面是提供一種氣體鉆井系統，包括：氣體壓縮裝置以及如 上述任一項所述的PDC鉆頭；
[0030] 其中，所述氣體壓縮裝置通過鉆桿與所述PDC鉆頭連接。
[0031] 本實用新型提供的PDC鉆頭及氣體鉆井系統中，鉆頭本體的內部形成有儲氣腔， 外側設置有至少兩個刀翼，并且相鄰兩個刀翼與鉆頭本體側面之間形成有用于排出巖肩的 排肩槽，鉆頭本體的底端設置有底部噴孔，在鉆井過程中底部噴孔噴出的高壓氣體能夠沖 擊井底平面，形成漫流，使巖肩能及時到達排肩槽；在鉆頭本體側面上、對應每個排肩槽還 設置有攜巖噴孔，攜巖噴孔噴出的高壓氣流能夠有效沖擊由井底上返的巖肩，從而有效提 高巖肩的移動和懸浮能力，使巖肩順利排出，能夠防止巖肩大量沉積，避免發生卡鉆和其他 井下復雜事故。
【附圖說明】
[0032] 圖1為本實用新型實施例一提供的PDC鉆頭的結構示意圖；
[0033] 圖2為本實用新型實施例二提供的PDC鉆頭的結構示意圖。
[0034] 符號說明：
[0035] 1-鉆頭本體 2-底部噴孔 3-刀翼
[0036] 4-攜巖噴孔 21-中心噴孔22-外圍噴孔
[0037] 31主刀翼 32-副刀翼
【具體實施方式】
[0038] 為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新 型實施例中的附圖，對本實用新型各實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所 描述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的 實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都 屬于本實用新型保護的范圍。
[0039] 實施例一
[0040] 圖1為本實用新型實施例一提供的PDC鉆頭的結構示意圖。如圖1所示，本實施 例提供的PDC鉆頭，包括：鉆頭本體1，鉆頭本體1內部形成有儲氣腔；鉆頭本體1底端設置 有底部噴孔2,底部噴孔2連通至儲氣腔。
[0041] 鉆頭本體1外側設置有至少兩個刀翼3,刀翼3延伸至鉆頭本體1的底端，刀翼3 由鉆頭本體1上凸出，且相鄰兩個刀翼3與鉆頭本體1側面之間形成有用于排出巖肩的排 肩槽。
[0042] 在鉆頭本體1側面、且在相鄰兩個刀翼3之間還設置有攜巖噴孔4,攜巖噴孔4與 儲氣腔連通，且攜巖噴孔4由儲氣腔向孔口的延伸方向與鉆頭本體1的中心軸正向的夾角 小于或等于90°。
[0043] 具體地，鉆頭本體1的底端為鉆進端，用于在鉆井過程中鉆削巖層，鉆頭本體1的 頂端為連接端，用于與氣體鉆井系統的鉆桿相連接。由于鉆桿的直徑小于roc鉆頭的直徑， 因此在鉆桿與井壁之間會形成環形空間，簡稱為環空，鉆井過程中產生的巖肩可以經由環 空排出井外。儲氣腔與鉆桿連通，氣體鉆井系統中的氣體壓縮裝置產生的高壓氣體可以經 過鉆桿送入儲氣腔中。鉆頭本體1底端設置有底部噴孔2,底部噴孔2連通至儲氣腔。送入 儲氣腔中的高壓氣體可以經由底部噴孔2噴出。
[0044] 多個刀翼3設置在鉆頭本體1的側面，并延伸至鉆頭本體1的底端，刀翼3為金剛 石復合片，既具有金剛石的高硬度、高耐磨性與導熱性，又具有硬質合金的強度與抗沖擊韌 性，在鉆井過程中能夠有效切削巖層。刀翼3與鉆頭本體1可以為一體成型結構，或者通過 釬焊或其它方式與鉆頭本體1固定連接。
[0045] 相鄰兩個刀翼3與鉆頭本體1側面之間形成有用于排肩槽，排肩槽作為在鉆井過 程中排出巖肩的通道，應該具有一定的厚度，即刀翼3凸出于鉆頭本體1側面的高度不能太 低，否則排肩槽的厚度不夠，巖肩不能及時排出，當然，刀翼3凸出于鉆頭本體1側面的高度 也不能太高，否則在鉆井過程中容易折斷刀翼3。
[0046] 在鉆頭本體1側面設置有多個攜巖噴孔4,且攜巖噴孔4可以設置在相鄰兩個刀翼 3之間，即每個排肩槽都對應設置有至少一個攜巖噴孔4。攜巖噴孔4與儲氣腔連通，送入 儲氣腔的高壓氣體能夠從攜巖噴孔4噴出。并且，攜巖噴孔4由儲氣腔向孔口的延伸方向 與鉆頭本體1的中心軸正向的夾角小于或等于90°，中心軸正向是指豎直向上的方向，即 與鉆頭鉆進方向相反的方向，攜巖噴孔4由儲氣腔向孔口的延伸方向是指攜巖噴孔4由鉆 頭內向鉆頭外的延伸方向，中心軸正向與攜巖噴孔4的延伸方向都可以看做是具有方向的 向量，這兩個向量的夾角小于或等于90°，也就是說，攜巖噴孔4噴出的氣體是斜向上的或 者是水平的。
[0047] 在實際工作過程中，鉆頭本體1在鉆井時不斷旋轉，通過刀翼3來實現對巖層的切 肖IJ，切削巖層會產生巖肩。氣體鉆井系統的氣體壓縮裝置產生的高壓氣體經過鉆桿送入鉆 頭本體1中的儲氣腔，并從底部噴孔2噴出，能夠沖擊井底平面，形成漫流，在鉆頭本體1底 端與井底平面之間形成一定厚度的有效漫流層，井底的巖肩受到高壓氣體沖擊后，進入刀 翼3與鉆頭本體1圍成的排肩槽中。由于排肩槽中還設置有攜巖噴孔4,攜巖噴孔4噴出的 氣流能夠有效沖擊從井底上升的巖肩，使得巖肩能夠及時到達環空，順利排出井外。
[0048] 本實施例提供的roc鉆頭中，鉆頭本體1的內部形成有儲氣腔，外側設置有至少兩 個刀翼3,并且相鄰兩個刀翼3與鉆頭本體1側面之間形成有用于排出巖肩的排肩槽，鉆頭 本體1的底端設置有底部噴孔2，在鉆井過程中底部噴孔2噴出的高壓氣體能夠沖擊井底平 面，形成漫流，使巖肩能及時到達排肩槽；在鉆頭本體1側面上、對應每個排肩槽還設置有 攜巖噴孔4,攜巖噴孔4噴出的高壓氣流能夠有效沖擊由井底上返的巖肩，從而有效提高巖 肩的移動和懸浮能力，使巖肩順利排出，能夠防止巖肩大量沉積，避免發生卡鉆和其他井下 復雜事故。
[0049] 在上述實施例提供的技術方案的基礎上，優選的是，鉆頭本體1側面設置的攜巖 噴孔4的直徑為10mm-30mm，每個排肩槽內可以開設有一個或多個攜巖噴孔4。
[0050] 具體地，攜巖噴孔4的大小和數量可以根據實際鉆井情況來設置，如果攜巖噴孔4 的直徑過小或者數量過少，可能不能有效地對排肩槽內的全部巖肩產生沖擊作用，不利于 巖肩的排出；如果攜巖噴孔4的直徑過大或者數量過多，噴出的高壓氣流較多，可能會使鉆 頭本體1內部的氣流壓力損失過大，從而導致底部噴孔2和攜巖噴孔4噴出的氣流的沖擊 力不夠，會使PDC鉆頭的攜巖性能下降，無法有效提高巖肩的移動和懸浮能力。
[0051] 本實施中，可以在每個排肩槽內設置一個攜巖噴孔4,每個攜巖噴孔4的直徑為 10mm-30mm，能夠同時保證攜巖噴孔噴出氣流的質量和沖擊力，有效沖擊井底上返的巖肩， 防止巖肩的沉降和堆積，提高PDC鉆頭的攜巖能力。
[0052] 在上述實施例提供的技術方案的基礎上，優選的是，攜巖噴孔4的中心軸線與鉆 頭本體1的中心軸線呈5° -60°的夾角。
[0053] 具體地，當攜巖噴孔4的中心軸線與鉆頭本體1的中心軸線的夾角