自断式微取芯钻头的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种自断式微取芯钻头，包括接头、基体、刀翼和切削齿，接头与基体的后端连接，刀翼为多个，分布于基体前部的圆周上，相邻的刀翼之间形成排屑通道，切削齿设于刀翼中前段的表面；基体前端端面的中心前方设置有用于获取微小岩心的取芯空间，取芯空间的周围为刀翼和切削齿，所有的切削齿中，最靠近取芯空间的切削齿上靠近取芯空间的表面设有切削刃，切削刃用于维持微小岩心的圆度并在微取芯钻头横向振动时使微小岩心断裂。本实用新型利用取芯空间获取微小岩心并利用切削刃使岩心维持圆度并使其断裂，结构简单，不需另设断裂结构和深排屑槽，保证了钻头的强度，确保钻井安全。
【专利说明】自断式微取芯钻头
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种钻头，尤其涉及一种在复杂的钻井环境中能够提高切削效率，并在探测井中具备取芯功能的自断式微取芯钻头。
【背景技术】
[0002]近年来，各个油田对石油天然气的开发周期和安全性的要求越来越高，与之相配套的的各种工具在性能上有了很大的提高，在钻进过程中对HXXPDC是聚晶金刚石的简称)钻头的机械钻速和进尺的要求也越来越高。地质录井需要识别岩屑和完成井下地质剖面，但是PDC钻头在硬地层中钻进时岩屑细小，给岩屑识别带来困难。当前，市场中已经出现了一种能在钻进过程中完成取芯的微取芯钻头，该钻头的结构特点是钻头心部没有切削齿参与切削，钻头某两个刀翼之间的水道较其它水道较深，在水道侧壁设置一岩心断裂结构，在钻进过程中会形成岩心，岩心与断裂结构接触后会自动断裂。这种结构提高了钻头的机械钻速，通过钻井液携带出的岩心可进行地层岩性检测，但是结构相对较为复杂，需要断芯结构和深排屑槽，水道较深的刀翼，在扭矩较大的情况下会存在断刀翼的风险。因此提高钻头的钻井效率和安全性十分关键，缺一不可。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高安全性的自断式微取芯钻头。[0004]本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的:
[0005]本实用新型所述自断式微取芯钻头包括接头、基体、刀翼和切削齿，所述接头与所述基体的后端连接，所述刀翼为多个，分布于所述基体前部的圆周上，所述切削齿设于所述刀翼中前段的表面，相邻的所述刀翼之间形成排屑通道，所述排屑通道的底部对应的所述基体上设有水眼；其特征在于:所述基体前端端面的中心前方设置有用于获取微小岩心的取芯空间，所述取芯空间的周围为所述刀翼和所述切削齿，所有的所述切削齿中，最靠近所述取芯空间的切削齿上靠近所述取芯空间的表面设有切削刃，所述切削刃用于维持所述微小岩心的圆度并在所述微取芯钻头横向振动时使所述微小岩心断裂。
[0006]在钻头钻进过程中，钻头中心部位因为取芯空间的存在而使总的切削面积减小，切削效率和速度得到提高；同时，随着钻进的进行，钻头心部会形成具有一定半径和一定高度的岩心，最靠近取芯空间的切削齿的切削刃能够维持岩心的圆度；由于钻头井下运动特点和岩石力学特性，钻头会产生与钻头基体轴线垂直的横向振动，该振动使切削刃对岩心产生切削力，使岩心剪切断裂，岩心随着钻井液一起排出。
[0007]作为优选，所述取芯空间的直径M的取值范围为3mm≤M≤10mm。取芯空间的具体直径根据所需获取的岩心直径而定，但取芯长度不应过长，避免掉入井底重复切削。
[0008]具体地，所述取芯空间下方的所述水眼的直径大于所述微小岩心的直径。该水眼用于排出断裂的岩心，既可做成可变喷嘴也可做成固定喷嘴。[0009]根据实际需要，所述微取芯钻头为全面钻进PDC胎体钻头、全面钻进roc钢体钻头或全面钻进孕镶钻头。
[0010]本实用新型的有益效果在于:
[0011]本实用新型通过在钻头中心位置设置取芯空间，使取芯空间不参与切削地层，总的切削面积减小，切削效率和速度得到提高；本实用新型利用取芯空间获取微小岩心并利用切削刃使岩心维持圆度并使其断裂，结构简单，节约了钻头制造周期和成本，不需另设断裂结构和深排屑槽，保证了钻头的强度，确保钻井安全；形成的岩心可以切削试验和穿孔试验，检测所钻地层岩石的强度、密度、孔隙度和破碎比功等，对后续钻井工作具有重要指导意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型所述自断式微取芯钻头的轴向剖视图，图中只示出了钻头一半的结构；
[0013]图2是本实用新型所述切削刃使岩心断裂的结构示意图；
[0014]图3是本实用新型所述自断式微取芯钻头的俯视图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本实用新型作进一步说明:
[0016]如图1、图2和图3所示，本实用新型所述自断式微取芯钻头包括接头1、基体8、刀翼5和切削齿4，接头I与基体8的后端(图1中的下端)连接，基体8上靠近接头I的位置设有卸扣槽2，刀翼5为6个，按设计成一定角度分布于基体8前部的圆周上，刀翼5的后段设有保径3，多个切削齿4按其布齿线7设于刀翼5的中前段的表面，相邻的刀翼5之间形成排屑通道(图中未标记)，排屑通道的底部对应的基体8上设有水眼6 ;基体8的前端端面的中心前方设置有用于获取微小岩心的取芯空间10 (图中的取芯空间10只是一个表示其位置的示意)，取芯空间10的直径M(即图1中左右方向的直径)的取值范围为3mmIOmm,取芯空间10的周围为刀翼5和切削齿4，所有的切削齿4中，最靠近取芯空间10的切削齿4上靠近取芯空间10的表面设有切削刃9 (最靠近取芯空间10的切削齿4有多个时，设切削刃9的切削齿4可以为一个或多个，本例为3个)，切削刃9用于维持微小岩心(图中未示出)的圆度并在微取芯钻头横向振动时使微小岩心断裂，所以切削刃9的长度和切削面的面积应满足维持微小岩心的圆度和易于使岩心断裂的要求；取芯空间10下方的水眼6的直径大于微小岩心的直径，以便于排出岩心，可做成可变喷嘴或固定喷嘴。
[0017]根据实际需要，所述微取芯钻头为全面钻进PDC胎体钻头、全面钻进PDC钢体钻头或全面钻进孕镶钻头，钻头尺寸可以从4”到26”。
[0018]如图1、图2和图3所示，在钻头钻进过程中，动力工具将扭矩和钻压由接头I传递到基体8，再由基体8传递到刀翼5，最后由刀翼5传递到切削齿4，切削齿4开始切削地层。在此过程中，钻头中心部位因为取芯空间10的存在而使总的切削面积减小，切削效率和速度得到提闻；同时，取芯空间10内会随着钻头的钻进而形成具有一定半径和闻度的岩心(即上述微小岩心)。随着钻进的进行，岩心的高度随之增加，钻进过程中必然伴随着钻头的横向震动，见图2的横向振动方向，该方向与钻头的轴向方向垂直,使钻头偏离中心，因此最靠近取芯空间10的切削齿4的切削刃9会对岩心产生切削力F(见图1和图2的切削力F)，终使岩心剪切断裂，断裂的岩心棒随着从水眼6喷射出的钻井液一起从取芯空间10下方的排屑槽排出(见图3)，达到获取微小岩心的目的。获取的微小岩心可以进行切削试验和穿孔试验，检测所钻地层岩石的强度、密度、孔隙度和破碎比功等，对后续钻井工作具有重要指导意义。
【权利要求】
1.一种自断式微取芯钻头，包括接头、基体、刀翼和切削齿，所述接头与所述基体的后端连接，所述刀翼为多个，分布于所述基体前部的圆周上，所述切削齿设于所述刀翼中前段的表面，相邻的所述刀翼之间形成排屑通道，所述排屑通道的底部对应的所述基体上设有水眼；其特征在于:所述基体前端端面的中心前方设置有用于获取微小岩心的取芯空间，所述取芯空间的周围为所述刀翼和所述切削齿，所有的所述切削齿中，最靠近所述取芯空间的切削齿上靠近所述取芯空间的表面设有切削刃，所述切削刃用于维持所述微小岩心的圆度并在所述微取芯钻头横向振动时使所述微小岩心断裂。
2.根据权利要求1所述的自断式微取芯钻头，其特征在于:所述取芯空间的直径M的取值范围为3mm≤M≤10_。
3.根据权利要求1或2所述的自断式微取芯钻头，其特征在于:所述取芯空间下方的所述水眼的直径大于所述微小岩心的直径。
4.根据权利要 求3所述的自断式微取芯钻头，其特征在于:所述微取芯钻头为全面钻进PDC胎体钻头、全面钻进PDC钢体钻头或全面钻进孕镶钻头。
5.根据权利要求1或2所述的自断式微取芯钻头，其特征在于:所述微取芯钻头为全面钻进PDC胎体钻头、全面钻进PDC钢体钻头或全面钻进孕镶钻头。
【文档编号】E21B10/60GK203499567SQ201320570897
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】闭磊, 陈岚涛, 周苗苗 申请人:成都百施特金刚石钻头有限公司