一种随钻掉块破碎器及钻具的制作方法

本发明涉及石油钻井工程工具技术领域，特别涉及一种随钻掉块破碎器及钻具。

背景技术：

目前，在石油钻井工程中，施工人员会利用石油钻井设备从地面开始沿设计轨道钻穿多套地层到达预定目的层(油气层或可能油气层)，形成油气采出或注入所需流体(水、气、汽)的稳定通道(即油气井)。

相关技术中，在石油钻井工程施工的过程中，经常会遇到在钻头已钻完的井壁上出现掉块甚至坍塌的情况，一旦井壁上方的掉块在钻柱与井壁的环空中沉降，使掉块堆积在钻头上部，会引起钻具或者钻头磨损，甚至引起卡钻，导致钻井施工不得不中断，并且目前没有有效的方法解除卡钻事故。

因此，有必要设计一种随钻掉块破碎器及钻具，以克服上述问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种随钻掉块破碎器，以解决相关技术中井壁的掉块在钻柱与井壁的环空中沉降，堆积在钻头上部，引起钻具或者钻头磨损，甚至引起卡钻的问题。

第一方面，提供了一种随钻掉块破碎器，用于安装于钻杆上，其包括：用于安装于所述钻杆的第一连接部；破碎主体，其固定于所述第一连接部，所述破碎主体具有第一外侧面，所述第一外侧面固设用于破碎掉块的破碎齿；当所述随钻掉块破碎器安装于所述钻杆上时，所述随钻掉块破碎器可绕所述钻杆的轴线转动，且所述第一外侧面自靠近所述钻杆轴线的一端朝向钻进方向倾斜延伸。

一些实施例中，所述破碎齿大致呈球头形或者楔形，且所述破碎齿的轴线与所述第一外侧面垂直。

一些实施例中，所述破碎齿大致呈楔形，当所述破碎主体跟随所述钻杆转动时，沿旋转方向，所述破碎齿前端的宽度小于后端的宽度。

一些实施例中，所述第一外侧面与所述钻杆的轴线之间的夹角小于或者等于45°。

一些实施例中，所述破碎主体包括连接于所述第一外侧面末端的第二外侧面，所述第一外侧面也固设所述破碎齿，当所述随钻掉块破碎器安装于所述钻杆上时，所述第二外侧面与所述钻杆的轴线平行设置。

一些实施例中，所述破碎主体还包括位于远离所述第一连接部一端的第三外侧面，当所述随钻掉块破碎器安装于所述钻杆上时，所述第三外侧面与所述钻杆的轴线呈锐角设置，且所述第三外侧面与所述第一外侧面的倾斜方向相反。

一些实施例中，所述第一外侧面向所述破碎主体的内部凹设过流槽，所述过流槽沿所述破碎主体的轴向方向延伸。

一些实施例中，所述第一外侧面向所述破碎主体的内部凹设过流槽，所述过流槽呈螺旋状。

一些实施例中，所述随钻掉块破碎器还包括用于安装于所述钻杆的第二连接部；所述破碎主体的一端连接所述第一连接部，另一端连接所述第二连接部，且当所述随钻掉块破碎器安装于所述钻杆上时，所述破碎主体的轴线与所述钻杆的轴线共线。

第二方面，提供了一种钻具，其包括：钻杆，以及安装于所述钻杆上的上述的随钻掉块破碎器。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：

本发明实施例提供了一种随钻掉块破碎器及钻具，由于所述随钻掉块破碎器可以安装于钻杆上绕钻杆的轴线转动，且第一外侧面自靠近所述钻杆轴线的一端朝向钻进方向倾斜延伸，使得随钻掉块破碎器安装于钻杆上后，第一外侧面相对于钻杆的轴线呈向下的倾斜状态，当井壁出现掉块时，掉块可以向下移动至第一外侧面与井壁之间的空隙中，同时第一外侧面上设置的破碎齿可以在破碎主体旋转的过程中对掉块进行碾碎，能够有效破碎体积大小各异的掉块，因此，可以有效解决因为井壁掉块引起的卡钻甚至埋井事故。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种随钻掉块破碎器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种随钻掉块破碎器的部分放大示意图；

图3为本发明实施例提供的一种随钻掉块破碎器另一部分的放大示意图。

图中：

1、第一连接部；

2、破碎主体；21、第一外侧面；22、第二外侧面；23、第三外侧面；24、破碎齿；

3、第二连接部；

4、过流槽；

5、内螺纹。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种随钻掉块破碎器及钻具，其能解决相关技术中井壁的掉块在钻柱与井壁的环空中沉降，堆积在钻头上部，引起钻具或者钻头磨损，甚至引起卡钻的问题。

参见图1所示，为本发明实施例提供的一种随钻掉块破碎器，用于安装于钻杆上，其中，所述随钻掉块破碎器可以包括：用于安装于钻杆上的第一连接部1，本实施例中第一连接部1位于随钻掉块破碎器的上端，且第一连接部1可以设有内螺纹5或者外螺纹用于与钻杆连接，第一连接部1上的内螺纹5或者外螺纹一般为钻井工程行业中的标准螺纹；破碎主体2，其可以固定于第一连接部1，本实施例中，破碎主体2的上端与第一连接部1的下端连接，破碎主体2可以具有第一外侧面21，第一外侧面21可以固设有多个破碎齿24，破碎齿24凸出于第一外侧面21，使得破碎齿24可以破碎掉块；当随钻掉块破碎器安装于钻杆上时，随钻掉块破碎器可绕钻杆的轴线转动，也就是说，随钻掉块破碎器可以随钻杆一同转动，也可以与钻杆独立进行转动，同时随钻掉块破碎器的转速可以与钻杆的转速相同也可以不同，且第一外侧面21自靠近所述钻杆轴线的一端朝向钻进方向倾斜延伸，也就是说，第一外侧面21相对于钻杆的轴线是倾斜延伸的，使得安装了随钻掉块破碎器的钻杆伸入钻井后，第一外侧面21与井壁之间的间隙可以逐渐减小，井壁上方的掉块可以自上而下进入第一外侧面21与井壁之间的间隙中，进而高速旋转的破碎主体2可以通过破碎齿24对掉块进行碾碎，并使碾碎后的掉块最终可以跟随泥浆自钻杆与井壁之间的环空中上返，从而有效的解决了因为井下掉块、坍塌引起的泥浆上返不畅引起的泵压升高、卡钻事故。

在一些实施例中，破碎齿24优选硬质合金齿，耐磨性能好，在其他实施例中，破碎齿24也可以选择其他材质；且破碎齿24优选凸出于第一外侧面21的高度为1～20mm；本实施例中，第一外侧面21上的硬质合金齿24沿第一外侧面21的圆周方向投影至第一外侧面21的其中一条母线上时，硬质合金齿24可以将该条母线全覆盖，使得沿破碎主体2径向方向的任一剖面上均具有破碎齿24，这种布齿方式既能提高井壁掉块的破碎效率，还能保证随钻掉块破碎器的耐研磨性。

参见图1所示，在一些实施例中，第一外侧面21与钻杆的轴线之间的夹角可以小于或者等于45°，具体的，本实施例中，第一外侧面21形成圆锥体，且圆锥体的母线与钻杆轴线之间的夹角(也就是第一外侧面21与钻杆轴线之间的夹角)是固定的，该夹角可以小于或者等于45°，使得圆锥体沿其母线方向的长度可以更长，第一外侧面21上可以设置更多的破碎齿24，能够更高效的对井壁不同大小的掉块进行碾碎，在其他实施例中，第一外侧面21与钻杆轴线之间的夹角可以是自上而下逐渐发生变化的，也就是说，第一外侧面21可以是向破碎主体2内凹或者向外凸的圆弧形曲面结构，同时，第一外侧面21的每一部位与钻杆轴线之间的夹角均可以小于或者等于45°，同样可以实现本发明的破碎功能。

参见图1所示，本实施例中，随钻掉块破碎器还包括用于安装于钻杆的第二连接部3，第二连接部3位于远离第一连接部1的一端，使得破碎主体2的一端连接第一连接部1，另一端连接第二连接部3，且当随钻掉块破碎器安装于钻杆上时，破碎主体2的轴线可以与钻杆的轴线共线，具体的，第二连接部3可以设有内螺纹5或者外螺纹用于与钻头连接，使得随钻掉块破碎器整体可以安装于钻杆与钻头之间，第二连接部3上的内螺纹5或者外螺纹一般为钻井工程行业中的标准螺纹，第一连接部1和第二连接部3优选为圆柱状，第一连接部1和第二连接部3的外径均可以与钻杆的直径大致相当，且第一连接部1、破碎主体2、第二连接部3三者的轴线可以共线，同时也与钻杆的轴线共线，使得随钻掉块破碎器可以作为钻杆的一部分，不影响钻具的钻井参数；在其他实施例中，第一连接部1、破碎主体2、第二连接部3三者的轴线也可以不共线，同时，第一连接部1、破碎主体2、第二连接部3各自的轴线也可以不与钻杆的轴线共线。

在一些可选的实施例中，随钻掉块破碎器可以仅通过第一连接部1安装于钻杆与井壁之间的环空中，或者可以同时通过第一连接部1和第二连接部3安装于钻杆与井壁之间的环空中，也就是说，随钻掉块破碎器与钻杆并列设置，同时，破碎主体2可以是圆柱状或者板状等任意形状的，破碎主体2安装至钻杆上之后，破碎主体2的第一外侧面21与钻杆的轴线可以呈锐角设置，使随钻掉块破碎器在旋转的过程中，第一外侧面21上的破碎齿24可以对进入第一外侧面21周围的掉块进行破碎。

参见图1和图2所示，在一些实施例中，破碎齿24可以大致呈球头形或者是楔形，且破碎齿24的轴线可以与第一外侧面21垂直，使得当掉块进入第一外侧面21与井壁之间后，破碎齿24远离第一外侧面21的一端能够正对掉块，在旋转振动的过程中，破碎齿24可以对掉块进行碰撞，加速破碎的效率，在其他实施例中，破碎齿24也可以是凸出于第一外侧面21的其他形状的凸块，并不限于球头形或者楔形。

参见图1和图2所示，在一些可选的实施例中，当破碎齿24大致呈楔形时，在破碎主体2跟随钻杆转动的过程中，沿旋转方向，破碎齿24前端的宽度可以小于后端的宽度，也就是说，破碎齿24的前后两端可以是非对称结构，前端更窄一些，后端相对宽一些，同时，在旋转的过程中，前端先与掉块接触，增加了破碎齿24切割碾碎掉块的能力。

参见图1所示，在一些实施例中，破碎主体2可以包括连接于第一外侧面21末端的第二外侧面22，本实施例中，第二外侧面22连接于第一外侧面21的下端，第一外侧面21也可以固设多个破碎齿24，当随钻掉块破碎器安装于钻杆上时，第二外侧面22与钻杆的轴线平行设置，具体的，本实施例中，第二外侧面22围成圆柱体，使得第二外侧面22自上而下与井壁之间间隙的大小基本相同，经过第一外侧面21对掉块进行逐步破碎之后，较小的掉块若进入第二外侧面22与井壁之间，伴随着高速旋转和振动的作用下，第二外侧面22可以进一步对掉块进行碾碎，使掉块更加细化。

参见图1所示，在一些可选的实施例中，破碎主体2还可以包括位于远离第一连接部1一端的第三外侧面23，本实施例中第三外侧面23连接第二外侧面22，在其他实施例中，第三外侧面23也可以直接与第一外侧面21连接，当随钻掉块破碎器安装于钻杆上时，第三外侧面23与钻杆的轴线呈锐角设置，且第三外侧面23与第一外侧面21的倾斜方向相反，也就是说，第一外侧面21是自上而下向远离钻杆轴线的方向倾斜延伸的，第三外侧面23是自上而下向靠近钻杆轴线的方向倾斜延伸的，同时，第三外侧面23也可以围成圆锥体，圆锥体的母线可以为直线，使第三外侧面23沿固定的角度倾斜延伸，第三外侧面23也可以是向破碎主体2内凹或者向外凸的圆弧形曲面结构，本实施例中，第三外侧面23与钻杆轴线之间的夹角小于90°，优选大于30°，使得第三外侧面23形成的锥体沿上下方向的长度小于第一外侧面21形成的锥体的长度，可以尽量缩短随钻掉块破碎器的总体长度，提升经济性；在钻杆钻井的过程中，当第一外侧面21下方的井壁内径小于第一外侧面21的最大外径时，通过在破碎主体2的底部设置倾斜延伸的第三外侧面23，第三外侧面23也可以起到向下钻的作用，避免破碎主体2的底部被井壁顶死；优选的，可以在第三外侧面23上设置多个破碎齿24，增强破碎主体2底部的耐研磨性。

参见图1和图3所示，在一些实施例中，第一外侧面21向破碎主体2的内部凹设过流槽4，过流槽4的宽度及深度均优选小于50mm，以防止大块的掉块通过过流槽4落入下部井段而影响破碎效果，本实施例中，过流槽4沿破碎主体2的轴向方向延伸，也就是过流槽4为直槽，且沿破碎主体2的周向可以均匀排布多个过流槽4，其中，过流槽4用于使从钻头底部流出的泥浆向上穿过破碎主体2，过流槽4可以向下延伸至第二外侧面22和第三外侧面23。

参见图1和图3所示，在一些可选的实施例中，过流槽4也可以沿着破碎主体2的圆周呈螺旋状，其中，过流槽4的螺旋方向根据破碎主体2的旋转方向而定，从上向下看，若破碎主体2沿顺时针方向旋转，则过流槽4设计成右旋的螺旋状，若破碎主体2沿逆时针方向旋转，则过流槽4设计成左旋的螺旋状，使得过流槽4的延伸方向与泥浆的流动方向对应，便于泥浆从破碎主体2的下方顺畅的流动至破碎主体2的上方。

本发明实施例还提供了一种钻具，其可以包括：钻杆，以及安装于钻杆上的随钻掉块破碎器，其中，随钻掉块破碎器采用上述随钻掉块破碎器，且随钻掉块破碎器可以安装于钻杆的下端，随钻掉块破碎器的下端可以安装钻头，当钻杆与钻头之间设置有稳定器时，随钻掉块破碎器安装于稳定器的上方，避免掉块对稳定器造成损坏；由于在钻杆上安装了所述随钻掉块破碎器，随钻掉块破碎器能够直接和钻杆一起连接入井，在没有掉块发生时，仅仅作为钻柱的一部分，不会影响钻井的参数，当出现井壁掉块时，能够在钻井过程中不耽误进尺的情况下碾碎掉块，避免了卡钻事故的发生。

本发明实施例提供的一种随钻掉块破碎器及钻具的原理为：

由于所述随钻掉块破碎器可以安装于钻杆上绕钻杆的轴线转动，且第一外侧面21自靠近所述钻杆轴线的一端朝向钻进方向倾斜延伸，使得随钻掉块破碎器安装于钻杆上后，第一外侧面21相对于钻杆的轴线呈向下的倾斜状态，当井壁出现掉块时，掉块可以向下移动至第一外侧面21与井壁之间的空隙中，同时第一外侧面21上设置的破碎齿24可以在破碎主体2旋转的过程中主动对掉块进行碾碎，能够有效破碎体积大小各异的掉块，因此，可以有效解决因为井壁掉块引起的卡钻甚至埋井事故，且结构简单，安全可靠，可以广泛使用在井壁容易掉块、塌陷的钻井施工作业中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。