液旋前导器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种在钻井过程中使用的液旋前导器，并提出了一种新型钻井方法。该液旋前导器由前导头、冲击套、固定动力环、冲击回转轮和花瓣环组成。前导头上装有PDBC（硼化金刚石复合片）齿和喷嘴，所述齿具有20～25度的齿前角，可更好地吃入地层。液旋前导器内部有上下两个冲击腔，钻井液经固定动力环产生连续动力，经冲击回转轮产生交变的高频周向冲击力，在上下两个冲击腔内产生高频轴向冲击力，所述周向和轴向的高频冲击力可增加齿的吃入力。该液旋前导器适用于均质极硬地层，使用该液旋前导器可比常规钻井工具速度提高3～5倍，并有效避免齿的先期破损，从而减少了下钻次数，缩短建井周期，降低钻井成本。
【专利说明】液旋前导器
【技术领域】
[0001]本发明一般地涉及石油、天然气钻探工具领域。具体来说，涉及一种具有硼化金刚石复合片(PDBC)液旋前导器的全新钻井工具以及一种新型钻井方法。
【背景技术】
[0002]在石油、天然气钻探过程中，目前广泛采用普通的F1DC (即PolycrystallineDiamond Compact的英文缩写,聚晶金刚石复合片)钻头。
[0003]PDC钻头是钻井工业界的一项重要技术成就，在石油钻头方面是继牙轮钻头之后的一次技术突破。钻井实践表明，PDC钻头工作平稳，钻速高，寿命长，钻头事故少，可大幅度降低钻井成本，提高钻井的整体经济效益，在钻井界倍受青睐。PDC钻头是一种钻井速度快、使用寿命长、工作稳定性好的高效破岩工具，但随着石油勘探开发向深部地层的推进，硬地层、复杂地层的增多和钻具结构的复杂度增加。常规钻具和钻井方法的性能不能满足特定的使用要求。
[0004]首先，对于较硬或极硬地层，常规PDC钻头的不足之处在于:钻头切削刃的金刚石复合片在极硬地层中的工作效果不好，性能不能满足使用要求，钻井速度慢，此时金刚石齿容易先期破损，这会加速PDC钻头的破坏和失效，导致钻头使用寿命短。
[0005]其次，目前在钻井作业中使用的各类旋冲或冲旋工具只能产生轴向冲击力，不但不会解决钻头粘滑、卡钻现象，加剧的不稳定钻进反而会缩短钻头寿命。其中现有技术中的扭转冲击发生器(专利号:US 6742609B2 )采用涡轮驱动冲击锤产生高频扭转冲击，西南石油大学的扭转冲击钻井工具(专利申请号:200910058083.9)利用螺杆钻具驱动冲击锤，这两种钻井工具易损件多、消耗的压降大。
【发明内容】
[0006]本发明克服现有技术存在的上述不足，提供一种在钻井过程中使用的液旋前导器，并提出了一种新型钻井方法。
[0007]为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案:
一种液旋前导器，包括依次连接的固定动力环、冲击回转轮、花瓣环、冲击套和前导
头:
所述前导头具有多个刀翼，所述刀翼上有多个齿，每个刀翼前面有喷嘴，
所述冲击套与固定连接动力环和前导头固定连接，
所述冲击回转轮的上下两个轴分别位于固定动力环的下中心孔和花瓣环的上中心孔
内，
所述固定动力环可产生连续动力，
所述冲击回转轮可产生交变的高频周向冲击力，
所述液旋前导器内部具有上冲击腔和下冲击腔，所述上冲击腔和下冲击腔均可产生向下的轴向冲击力。[0008]进一步地，所述齿的材料为硼化金刚石复合片。
[0009]作为优选，所述前导头的冠部形状曲线模型为:
【权利要求】
1.一种液旋前导器，包括依次连接的固定动力环(I)、冲击回转轮(2)、花瓣环(3)、冲击套(4)和前导头(5)，其特征在于: 所述前导头(5)具有多个刀翼(10)，所述刀翼(10)上有多个齿(6)，每个刀翼(10)前面有喷嘴⑵， 所述冲击套(4)与固定连接动力环(I)和前导头(5)固定连接， 所述冲击回转轮(2)的上下两个轴分别位于固定动力环(I)的下中心孔和花瓣环(3)的上中心孔内， 所述固定动力环(I)可产生连续动力， 所述冲击回转轮(2)可产生交变的高频周向冲击力， 所述液旋前导器内部具有上冲击腔⑶和下冲击腔(9)，所述上冲击腔⑶和下冲击腔(9)均可产生向下的轴向冲击力。
2.根据权利要求1所述的液旋前导器，其特征在于:所述齿(6)的材料为硼化金刚石复合片。
3.根据权利要求1或2所述的液旋前导器，其特征在于:所述前导头的冠部形状曲线模型为:
——为钻头外锥抛物线参数，
4.根据权利要求1或2所述的液旋前导器，其特征在于:所述齿(6)的齿前角为20至25度。
5.根据权利要求1或2所述的液旋前导器，其特征在于:所述前导头(5)上刀翼(10)的数量为4至9个。
6.根据权利要求1或2所述的液旋前导器，其特征在于:每个刀翼(10)前面的喷嘴(7)数量为I或2个。
7.根据权利要求1或2所述的液旋前导器，其特征在于:所述齿(6)的刃长为13.44毫米。
8.根据权利要求1或2所述的液旋前导器，其特征在于:所述上冲击腔(8)的直径Dl为60至120毫米，所述上冲击腔⑶的高度Hl为0.35D1至0.4D1。
9.根据权利要求1或2所述的液旋前导器，其特征在于:所述下冲击腔(9)的直径D2为50至95毫米，所述下冲击腔(9)的高度H2为0.7D2至0.9D2。
10.一种使用权利要求1-9中任一项的液旋前导器进行钻井的方法，该方法包括步骤: 1)将液旋前导器的上部连接至上部钻具，使液旋前导器随着上部钻具一起转动， 2)钻井液流入固定动力环(I),产生连续动力， 3)钻井液流经冲击回转轮(2)，产生交变的高频周向冲击力， 4)钻井液流经花瓣环(3)， 5)钻井液进入上冲击腔(8)，在上冲击腔(8)内产生向下的第一轴向冲击力， 6)钻井液流过前导头(5)的主中心孔， 7)钻井液进入下冲击腔(9)，在下冲击腔(9)内产生向下的第二轴向冲击力， 8)所述第一冲击力、第二冲击力，以及所述交变的高频周向冲击力均经前导头(5)传递到所述齿(6)，作用于井底岩石。`
【文档编号】E21B10/46GK103850651SQ201410117296
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2014年3月27日
【发明者】李长权, 景真, 周东, 景蕊平 申请人:北京金工万邦石油技术开发有限公司