一种可更换铣锥的直角切削开窗钻具的制作方法

本发明涉及一种可更换铣锥的直角切削开窗钻具，属于石油钻采技术领域。

背景技术：

套管开窗是在已下套管的某一位置，下入侧钻铣锥采用磨铣方法，在套管内侧定向开窗磨铣出一个窗口，其孔为椭圆形。侧钻铣锥下井时与钻杆相接，切削时转盘或螺杆的转动传递给钻杆，并施加一定的钻压，进行磨铣套管。

现有的开窗钻具主要有钻铰式铣锥、引子铣锥、复合式开窗铣锥等，但现有的开窗钻具工作性能和效率仍不能满足生产要求。另外现有的开窗钻具多为整体结构，重复利用性差。开一个窗口需要耗费5～10支开窗铣锥。因此现有技术仍存在不足，有待进一步改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种可更换铣锥的直角切削开窗钻具，以具有承受钻压高、切削能力强、进尺快、总进尺长、工效高的特点，从而克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的一种可更换铣锥的直角切削开窗钻具，包括短节，在短节顶端设有短节母扣，短节母扣与加重钻杆螺纹连接；短节底端设有短节公扣，短节公扣与铣锥顶端的铣锥母扣螺纹连接；铣锥为可更换铣锥；短节内设有贯通水眼；铣锥设有非贯通水眼；非贯通水眼与铣锥底端的一组喷水孔贯通；铣锥由下至上分为锥头、引导段、骑套段、出套段和修窗段。

前述可更换铣锥的直角切削开窗钻具中，所述锥头的形状为多个圆锥台组合结构，锥头上设有一组沿圆均布的喷水孔；在喷水孔周围镶嵌有一组钻头齿；钻头齿周围堆焊有硬质合金颗粒并将钻头齿完全覆盖。

前述可更换铣锥的直角切削开窗钻具中，所述引导段的形状为上大下小的锥体结构；引导段内设有非贯通水眼，非贯通水眼底部与喷水孔贯通；引导段的锥面上设有一组矩形嵌槽和圆柱孔，矩形嵌槽内镶嵌有梯形齿条和带刃梯形齿条；圆柱孔内镶嵌有圆柱齿；梯形齿条、带刃梯形齿条和圆柱齿间隔分布。

前述可更换铣锥的直角切削开窗钻具中，所述骑套段的形状为圆柱结构；骑套段内设有贯通水眼；骑套段的圆柱面上设有一组矩形嵌槽和圆柱孔，矩形嵌槽内镶嵌有梯形齿条和带刃梯形齿条；圆柱孔内镶嵌有圆柱齿；梯形齿条、带刃梯形齿条和圆柱齿间隔分布。

前述可更换铣锥的直角切削开窗钻具中，所述出套段的形状为圆柱结构；出套段内设有贯通水眼；出套段的圆柱面上设有一组锯齿槽，锯齿槽的齿顶设有矩形窄槽，每条矩形窄槽内镶均嵌有一列带刃梯形窄齿条。

前述可更换铣锥的直角切削开窗钻具中，所述修窗段的形状为圆柱结构；修窗段内设有贯通水眼；修窗段的圆柱面上设有一组矩形嵌槽，矩形嵌槽内镶嵌有带刃梯形齿条；矩形嵌槽的槽顶间隔设有v型槽。

前述可更换铣锥的直角切削开窗钻具中，所述短节的形状为圆柱结构；短节内设有贯通水眼；短节中段的圆柱面设有一组阶梯槽，除阶梯槽以外的圆柱面设有硬质合金颗粒；阶梯槽的较深窄槽内镶嵌有一列带刃梯形窄齿条。

前述可更换铣锥的直角切削开窗钻具中，所述带刃梯形齿条均为氮化硼切削齿条；顶面倾斜构成梯形块体，顶面顺旋转方向的一条边设有切削刃口。

前述可更换铣锥的直角切削开窗钻具中，带刃梯形窄齿条为氮化硼切削齿条；顶面倾斜构成梯形块体，顶面顺旋转方向的一条边设有切削刃口。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，本发明的耐磨性和抗冲击性好，不易碰坏、吃入地层能力强，有效提高了铣锥的磨削能力，改善了磨铣效果；能够避免开窗中憋钻、跳钻、憋泵和打齿问题，可实现开窗后可以直接盲打地层钻领眼，大大提高作业效率。具有导斜角度大,不易形成台阶等特点,可使侧钻工具和测井仪器顺利通过窗口进入地层。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明的短节的结构示意图；

图3是本发明的修窗段的结构示意图；

图4是本发明的出套段的结构示意图；

图5是本发明的骑套段的结构示意图；

图6是本发明的引导段的结构示意图；

图7是本发明的锥头的结构示意图；

图8是本发明的带刃梯形齿条的结构示意图。

附图中的标记为：1-短节、2-短节母扣、3-短节公扣、4-铣锥、5-铣锥母扣、6-贯通水眼、7-非贯通水眼、8-喷水孔、9-锥头、10-引导段、11-骑套段、12-出套段、13-修窗段、14-钻头齿、15-硬质合金颗粒、16-矩形嵌槽、17-圆柱孔、18-梯形齿条、19-带刃梯形齿条、20-圆柱齿、21-锯齿槽、22-矩形窄槽、23-带刃梯形窄齿条、24-v型槽、25-阶梯槽、26-较深窄槽、27-切削刃口、28-断削槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的一种可更换铣锥的直角切削开窗钻具，如图1所示，包括短节1，在短节1顶端设有短节母扣2，短节母扣2与加重钻杆螺纹连接；短节1底端设有短节公扣3，短节公扣3与铣锥4顶端的铣锥母扣5螺纹连接；铣锥4为可更换铣锥；短节1内设有贯通水眼6；铣锥4设有非贯通水眼7；非贯通水眼7与铣锥4底端的一组喷水孔8贯通；铣锥4由下至上分为锥头9、引导段10、骑套段11、出套段12和修窗段13。

如图7所示，所述锥头9的形状为多个圆锥台组合结构，锥头9上设有一组沿圆均布的喷水孔8；在喷水孔8周围镶嵌有一组钻头齿14；钻头齿14周围堆焊有硬质合金颗粒15并将钻头齿14完全覆盖。

如图6所示，所述引导段10的形状为上大下小的锥体结构；引导段10内设有非贯通水眼7，非贯通水眼7底部与喷水孔8贯通；引导段10的锥面上设有一组矩形嵌槽16和圆柱孔17，矩形嵌槽16内镶嵌有梯形齿条18和带刃梯形齿条19；圆柱孔17内镶嵌有圆柱齿20；梯形齿条18、带刃梯形齿条19和圆柱齿20间隔分布。

如图5所示，所述骑套段11的形状为圆柱结构；骑套段11内设有贯通水眼6；骑套段11的圆柱面上设有一组矩形嵌槽16和圆柱孔17，矩形嵌槽16内镶嵌有梯形齿条18和带刃梯形齿条19；圆柱孔17内镶嵌有圆柱齿20；梯形齿条18、带刃梯形齿条19和圆柱齿20间隔分布。

如图4所示，所述出套段12的形状为圆柱结构；出套段12内设有贯通水眼6；出套段12的圆柱面上设有一组锯齿槽21，锯齿槽21的齿顶设有矩形窄槽22，每条矩形窄槽22内镶均嵌有一列带刃梯形窄齿条23。

如图3所示，所述修窗段13的形状为圆柱结构；修窗段13内设有贯通水眼7；修窗段13的圆柱面上设有一组矩形嵌槽16，矩形嵌槽16内镶嵌有带刃梯形齿条19；矩形嵌槽16的槽顶间隔设有v型槽24。

如图2所示，所述短节1的形状为圆柱结构；短节1内设有贯通水眼6；短节1中段的圆柱面设有一组阶梯槽25，除阶梯槽25以外的圆柱面设有硬质合金颗粒15；阶梯槽25的较深窄槽26内镶嵌有一列带刃梯形窄齿条23。

梯形齿条18、带刃梯形窄齿条23和带刃梯形齿条19均为氮化硼切削齿条；顶面倾斜构成梯形块体，顶面顺旋转方向的一条边设有切削刃口27。如图8所示是带刃梯形齿条19的结构示意图，带刃梯形窄齿条23主要是齿条刀刃27的工作后角γ与带刃梯形齿条19的工作后角γ有主要区别外，其余结构基本相同。梯形齿条18与带刃梯形齿条19比较未设置断削槽28，仅有切削刃口27和工作后角γ。

实施例

本例的可更换铣锥的直角切削开窗钻具，包括短节1和铣锥4两部分，铣锥4的上端通过铣锥母扣5与短节1下端的短节公扣3螺纹连接，短节1上端的短节母扣2与上部的加重钻杆相连接。短节1和铣锥4内腔形成贯通水眼6，在铣锥4的锥头9前端设有与铣锥4内腔的非贯通水眼7相连通的喷水孔8。铣锥4由下至上分为锥头9、引导段10、骑套段11、出套段12和修窗段13。锥头9和引导段10起引导作用，锥头9前端表面均布有多个钻头齿14，钻头齿14镶嵌在安装孔内，锥头9表面堆焊有硬质合金颗粒15，硬质合金颗粒15将钻头齿14完全覆盖。骑套段11是磨铣套管的主要段，骑套段11外圆设有八条纵向布置的矩形嵌槽16和四列圆柱孔17，四列圆柱孔17内安装有圆柱齿20。八条纵向布置的矩形嵌槽16其中四条槽均镶嵌有一列直角切削方式安装的带刃梯形齿条19；另外四条槽均镶嵌一列有斜角切削方式安装的梯形齿条18。梯形齿条18、带刃梯形齿条19和圆柱齿20间隔排列。出套段12起稳定磨铣扩大窗口的作用，出套段12外圆均布有十条纵向布置的锯齿槽21，每条锯齿槽21均镶嵌有一列直角切削方式安装的带刃梯形窄齿条23。修窗段13起修整窗口作用，修窗段13外圆均布有十二条纵向布置的矩形嵌槽16，每条矩形嵌槽16均镶嵌有一列直角切削方式安装的带刃梯形齿条19。

短节1内腔形成贯通中心的贯通水眼6，短节1内的贯通水眼6与铣锥4内的非贯通水眼7一致，短节1起保径和修窗作用。短节1外圆均布有四条阶梯槽25，阶梯槽25一侧设有较深窄槽26，每条较深窄槽26内均镶嵌有一列斜角切削方式安装的带刃梯形窄齿条23。短节1外圆除阶梯槽25以外部分表面堆焊有硬质合金颗粒15。前述的梯形齿条18、带刃梯形齿条19和带刃梯形窄齿条23均为立方氮化硼材料制成。

由于采用了上述技术方案，本例与现有技术比较具有以下特点：

1、现有技术的齿条通过采用yd系列硬质合金，在磨铣p110套管或高研磨地层时困难，本例的带刃梯形齿条18、梯形齿条19和带刃梯形窄齿条23均采用立方氮化硼切削齿条，立方氮化硼可以切削硬度hrc58～62材料。通过提高铣锥切削齿条材料的硬度，有效提高了铣锥的磨削能力，改善了磨铣效果。

2、现有技术的齿条不带角度，本例的带刃梯形齿条和带刃梯形窄齿条采用前角β为0～+7°带断削槽28，后角γ为0～-13°，切削齿条刀刃工作面宽b为7～14mm结构，通过改进切削齿条的结构来改善磨铣效果。为了防止带刃梯形齿条和带刃梯形窄齿条的刃口27产生崩口，在同一铣锥上安装有不同形状、不同厚度的切削齿条交错相间镶焊在铣锥本体上使用。不易碰坏、耐磨性好，提高铣锥的吃入地层的能力，来改善磨铣效果。

3、现有技术齿条的安装方式主要以斜角切削方式进行排布，即切削面与切削方向不是90°角。本例齿条的安装方式主要以直角切削方式进行排布，即切削面与切削方向成90°角。直角切削方式进行排布切削齿条的铣锥，克服了现有铣锥无法满足小钻压、高转速及高泵压的切削工况。保证在变速切削工况下不同形状的立方氮化硼和不同的露齿高度与不同的排列方式，以保证切削齿既有良好的切削性能，使切屑及时断屑和排屑，又能减少切削齿同时受冲击损伤的程度，延长切削齿的使用寿命。改变现有开窗铣锥的设计及布齿方式。本例的齿条采用多种齿条间隔排列的方式，每列齿条厚度和露出高度不同，以改善破岩效果，防止因切削能力增强造成齿条因此冲击而损坏。

4、现有技术锥头前端表面的铜焊大颗粒硬质合金使用过程中磨损严重。本例铣锥头前端表面上均布有镶嵌在孔内的钻头齿，并在铣锥头表面上堆焊有硬质合金颗粒，硬质合金颗粒将钻头齿完全覆盖。采用减小硬质合金颗粒尺寸，增加颗粒数量，增大硬质合金颗粒与地层的接触面积，减少单个颗粒的受力。另外，本例通过减少本体外径、增加硬质合金厚度，提高铣锥的耐磨性。钻头齿能够避免开窗中憋钻、跳钻、憋泵和打齿问题，可实现开窗后可以直接盲打地层钻领眼，大大提高作业效率。

6、铣锥与短节的组合增加了磨铣面长度，开出的窗口也会相应增长。铣锥和短节接在一起,具有导斜角度大,不易形成台阶等特点,可使侧钻工具和测井仪器顺利通过窗口进入地层。

本发明的工作过程及原理如下：

开窗侧钻时，将液压地锚斜向器的钻具组合下入到预定开窗位置，接方钻杆，开泵憋压，使液压地锚斜向器的纵向卡瓦和径向卡瓦安全锚定在套管内壁上。液压地锚斜向器坐封合格后，将送入器与液压地锚斜向器脱开，取出送入器，然后下入本发明的直角切削开窗钻具。钻具在钻盘或井下动力钻具驱动下旋转，在液压地锚斜向器的导斜面作用下，使本发明的直角切削开窗钻具沿液压地锚斜向器斜面方向对套管进行定点磨铣，将斜面所对应的套管部分磨铣掉，磨铣出套管顺利通过窗口进入地层。达到开窗的目的。