专利名称：一种双层套管开窗钻头的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油钻井及修井工程用井下工具技术领域，特别是一种双层套管开窗钻头。
背景技术：
双层套管开窗是在井下一定深度处同时存在油层套管和技术套管的位置进行的开窗侧钻工艺，主要用于解决油田老区块上套损井、变形井和事故井，使之恢复产能，也是油田中后期降低成本增产原油(开发剩余油气藏)的重要措施之一。双层套管开窗侧钻技术的核心是要有与之配套的可靠的高效率开窗钻头，目前还没有专用的双层套管开窗钻头，大都是将普通单层套管开窗铣锥应用于双层套管开窗作业。如中国专利2012100454151，公开了一种硬地层套管开窗钻头，具有钻头基体，钻头基体包括接头、保径面、锥形面和底端面，在钻头基体的不同部位设置有不同结构形状的切削磨块，其中导向磨块设置于底端面，钻孔磨块设置于锥形面，保径磨块设置于保径面。由于双层套管的尺寸大、套管壁厚、套管钢级强度高，使得普通单只铣锥开透两层金属套管难度增大、可靠性差、开窗成功率低、开窗周期长、大大降低了双层套管开窗侧钻效率，增加了钻井成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供开窗效率高、寿命长、开窗成功率高的一种双层套管开窗钻头。本发明的目的通过以下技术方案来实现一种双层套管开窗钻头，它包括一级钻头基体，一级钻头基体上设有依次连接的上接头和一级切削部，一级切削部包括柱形布齿 面、锥形布齿面和底端面，它还包括二级钻头基体，二级钻头基体上设有依次连接的接头、二级切削部和下接头，上接头与下接头连接为一体，二级切削部上设有螺旋柱形布齿面、螺旋齿槽、螺旋水槽和设置于二级切削部与下接头连接处的过渡折面，一级切削部上还设有齿槽和水槽，柱形布齿面、锥形布齿面、底端面、螺旋柱形布齿面和过渡折面上分布有钻孔，钻孔内设置有硬质合金齿，齿槽内设置有硬质合金块A，螺旋齿槽内设置有硬质合金块B。所述的底端面由折面和曲面构成，底端面上的水槽内设有水眼。所述的一级切削部上沿周向均布有四条水槽，且四条水槽相交于底端面的中心。所述的过渡折面由三个折面构成，二级切削部上对称设置两个螺旋水槽。所述的柱形布齿面和锥形布齿面上的硬质合金齿呈直线型交错分布，螺旋柱形布齿面上的硬质合金齿呈螺旋型交错分布，一级切削部上硬质合金齿和硬质合金块A沿周向相间布置，二级切削部上硬质合金齿和硬质合金块B沿周向相间布置。位于所述的硬质合金齿间的柱形布齿面、锥形布齿面和底端面上还设置有硬质合金颗粒。所述的二级切削部上还设有硬质合金堆焊槽，硬质合金堆焊槽内设置有硬质合金颗粒。
所述的一级切削部和二级切削部上的硬质合金齿均沿钻头切削方向反向偏转5°设置。所述的硬质合金齿、硬质合金块A、硬质合金块B和硬质合金颗粒均采用高耐磨性、高强度、高硬度材料制成。本发明具有以下优点
本发明设置有两个不同结构的一级钻头基体和二级钻头基体，并采用高耐磨性、高强度、高硬度材料制成的硬质合金切削齿和硬质合金块设置于钻头基体的不同部位，结合硬质合金齿和硬质合金块的切削优点，合理地混合交错布齿，使其能较好地适应双层套管开窗过程的非对称性、非稳定性和形态随机性所形成的断续切削工况；一级钻头基体和二级 钻头基体的切削部上均设置有硬质合金颗粒，进一步提高了钻头的切削性能和耐磨性能，延长了钻头的使用寿命；由于设置两级钻头基体，可同时实现铣削两层金属套管、扩窗口及修窗口等工艺，不同切削阶段由一级钻头基体和二级钻头基体的切削部的不同部位完成对应部位的切削，一次性完成双层套管开窗作业，具有效率高、寿命长及成功率高的特点，解决了双层套管开窗成功率低、效率低的技术难题。
图I为本发明的结构示意图 图2为本发明的主视结构示意图 图3为本发明的仰视结构示意图
图4为图2沿A-A截面的放大剖视图
图中，I- 一级钻头基体,2- 二级钻头基体，3-硬质合金齿，4-硬质合金块A，5-硬质合金颗粒，6-硬质合金块B，7-水眼，8- —级切削部，9-柱形布齿面，10-锥形布齿面，11-上接头，12-底端面，13-接头，14- 二级切削部，15-下接头，16-螺旋柱形布齿面，17-螺旋齿槽，18-螺旋水槽，19-过渡折面，20-齿槽，21-水槽，22-硬质合金堆焊槽。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述 如图I、图2、图4所示，一种双层套管开窗钻头，它包括一级钻头基体1，一级钻头基体
I上设有依次连接的上接头11和一级切削部8，一级切削部8包括柱形布齿面9、锥形布齿面10和底端面12，一级切削部8的外表面上还设有沿轴向延伸的齿槽20和水槽21，它还包括二级钻头基体2，二级钻头基体2上设有依次连接的接头13、二级切削部14和下接头15，上接头11与下接头15连接为一体，二级切削部14上设有螺旋柱形布齿面16、螺旋齿槽17、螺旋水槽18和设置于二级切削部14与下接头15连接处的过渡折面19。双层套管开窗钻头通过接头13与井下钻具连接。所述的过渡折面19由三个沿轴向依次连接的折面构成，二级切削部14上对称设置两个螺旋水槽18，柱形布齿面9、锥形布齿面10、底端面12、螺旋柱形布齿面16和过渡折面19上分布有钻孔，钻孔内设置有硬质合金齿3，硬质合金齿3为镶焊于钻孔内，一级切削部8和二级切削部14上的硬质合金齿3均沿钻头切削方向反向偏转5°设置，齿槽20内设置有硬质合金块A4,螺旋齿槽17内设置有硬质合金块B6,柱形布齿面9和锥形布齿面10上的硬质合金齿3呈直线型交错分布，螺旋柱形布齿面16上的硬质合金齿3呈螺旋型交错分布，一级切削部8上硬质合金齿3和硬质合金块A4沿周向相间布置，二级切削部14上硬质合金齿3和硬质合金块B6沿周向相间布置。位于所述的硬质合金齿3间的柱形布齿面
9、锥形布齿面10和底端面12上还适量设置有硬质合金颗粒5，二级切削部14上还设有硬质合金堆焊槽22，硬质合金堆焊槽22内设置有硬质合金颗粒5，硬质合金颗粒5堆焊于上述柱形布齿面9、锥形布齿面10、底端面12和硬质合金堆焊槽22内，硬质合金齿3、硬质合金块A4、硬质合金块B6和硬质合金颗粒5均采用高耐磨性、高强度、高硬度材料制成。如图3所示，所述的底端面12由依次连接的折面和曲面构成，该折面的另一边与锥形布齿面10连接，底端面12上的水槽21内设有水眼7，本实施例中底端面12上设有两个水眼7，一级切削部8上沿周向均布有四条水槽21，且四条水槽21相交于底端面12的中心。
本发明的工作过程如下向布置有斜向器的双层套管内下放钻具，在斜向器的引导下，首先由锥形布齿面10和柱形布齿面9的交接处接触到油层套管内壁，并对其进行磨铣，随着钻头沿着斜向器向下钻进，由柱形布齿面9和锥形布齿面10同时对油层套管壁进行磨铣，并磨铣至油层套管壁外，此时，底端面12也接触到油层套管壁，并对底端面12接触到的油层套管壁进行磨铣；随着钻头钻进，柱形布齿面9和锥形布齿面10磨穿油层套管壁后形成上窗口，底端面12骑在油层套管壁上继续向下磨铣油层套管，此时，锥形布齿面10和柱形布齿面9的交接处接触到技术套管内壁并对其进行磨铣，同时，二级切削部14接触到上窗口，并开始对窗口进行扩充和修整；随着钻头继续钻进，柱形布齿面9和锥形布齿面10将技术套管壁磨穿，底端面12脱离油层套管壁并骑在技术套管壁上继续向下磨铣技术套管；在斜向器的引导下，当柱形布齿面9脱离技术套管的外壁后形成下窗口，同时，二级切削部14继续完成对整个窗口的扩窗口和修窗口工序，完成整个开窗口工作。水眼7、设置于一级钻头基体I上的水槽21和设置于二级钻头基体2上的螺旋水槽18作为泥浆的流道，起到冷却钻头和排屑作用。
权利要求
1.一种双层套管开窗钻头，它包括一级钻头基体(I)，一级钻头基体(I)上设有依次连接的上接头(11)和一级切削部(8)，一级切削部(8)包括柱形布齿面(9)、锥形布齿面(10)和底端面(12)，其特征在于它还包括二级钻头基体(2)，二级钻头基体(2)上设有依次连接的接头(13)、二级切削部(14)和下接头(15)，上接头(11)与下接头(15)连接为一体，二级切削部(14)上设有螺旋柱形布齿面(16)、螺旋齿槽(17)、螺旋水槽(18)和设置于二级切削部(14)与下接头(15)连接处的过渡折面(19)，一级切削部(8)上还设有齿槽(20)和水槽(21)，柱形布齿面(9)、锥形布齿面(10)、底端面(12)、螺旋柱形布齿面(16)和过渡折面(19)上分布有钻孔，钻孔内设置有硬质合金齿(3)，齿槽(20)内设置有硬质合金块A (4)，螺旋齿槽(17)内设置有硬质合金块B (6)。
2.根据权利要求I所述的一种双层套管开窗钻头，其特征在于所述的底端面(12)由折面和曲面构成，底端面(12)上的水槽(21)内设有水眼(7)。
3.根据权利要求I或2所述的一种双层套管开窗钻头，其特征在于所述的一级切削部(8)上沿周向均布有四条水槽(21)，且四条水槽(21)相交于底端面(12)的中心。
4.根据权利要求I所述的一种双层套管开窗钻头，其特征在于所述的过渡折面(19)由三个折面构成，二级切削部(14)上对称设置两个螺旋水槽(18)。
5.根据权利要求I所述的一种双层套管开窗钻头，其特征在于所述的柱形布齿面(9)和锥形布齿面(10)上的硬质合金齿(3)呈直线型交错分布，螺旋柱形布齿面(16)上的硬质合金齿(3 )呈螺旋型交错分布，一级切削部(8 )上硬质合金齿(3 )和硬质合金块A (4 )沿周向相间布置，二级切削部(14)上硬质合金齿(3)和硬质合金块B (6)沿周向相间布置。
6.根据权利要求I所述的一种双层套管开窗钻头，其特征在于位于所述的硬质合金齿(3 )间的柱形布齿面(9 )、锥形布齿面(10 )和底端面(12 )上还设置有硬质合金颗粒(5 )。
7.根据权利要求I所述的一种双层套管开窗钻头，其特征在于所述的二级切削部(14)上还设有硬质合金堆焊槽(22)，硬质合金堆焊槽(22)内设置有硬质合金颗粒(5)。
8.根据权利要求I所述的一种双层套管开窗钻头，其特征在于所述的一级切削部(8)和二级切削部(14)上的硬质合金齿(3)均沿钻头切削方向反向偏转5°设置。
9.根据权利要求6或7所述的一种双层套管开窗钻头，其特征在于所述的硬质合金齿(3)、硬质合金块A (4)、硬质合金块B (6)和硬质合金颗粒(5)均采用高耐磨性、高强度、高硬度材料制成。
全文摘要
本发明公开了一种双层套管开窗钻头，它包括一级钻头基体(1)和二级钻头基体(2)，一级钻头基体(1)上设有柱形布齿面(9)、锥形布齿面(10)、底端面(12)、过渡折面(19)和齿槽(20)，二级钻头基体(2)上设有螺旋柱形布齿面(16)和螺旋齿槽(17)，一级钻头基体(1)和二级钻头基体(2)的不同部位上分别设置有硬质合金齿(3)和硬质合金块。本发明的有益效果是结合硬质合金齿和硬质合金块的切削优点，合理地混合交错布齿，使其能较好地适应双层套管开窗过程的断续切削工况；具有效率高、寿命长及成功率高的特点，解决了双层套管开窗成功率低、效率低的技术难题。
文档编号E21B29/06GK102943628SQ201210459868
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月15日 优先权日2012年11月15日
发明者张德荣, 孔春岩, 侯子旭, 付建红, 杨兰田, 周伟, 贾晓斌 申请人:西南石油大学