一种水力驱动的抗震复合钻头及其工作方法

本发明涉及钻井工程领域，具体涉及一种水力驱动的抗震复合钻头及其工作方法。

背景技术：

1、如今，石油已成为世界各国的必需能源储备，所以石油行业占据了至关重要的位置，成为了世界经济的硬通货。在国内，油气资源储存在地下几千米甚至几万米的深层地层中，因此在石油勘探开发过程中，钻井工程是相当重要的。在油气钻井中，钻头是破碎岩石的主要工具。经过多年的发展，聚晶金刚石复合片（pdc）钻头已广泛应用于现代钻井作业中在钻井过程中。钻头的磨损和损坏容易导致钻头的工作效率降低、使用寿命缩短等结果。常用的钻头和减震方法一般通过减震器或者单一零件调节，但是减震器造价较高，单一零件减震效果往往达不到预期效果。所以降低成本又可以有效的提高钻头稳定性和抗冲击，能够提高钻头的工作效率、降低钻头磨损，对于深井、超深井“一趟钻”工程，节约钻井成本有重要的意义。因此针对以上问题，设计一种水力驱动的抗震复合钻头及其工作方法就显得尤为重要。

技术实现思路

1、为了提高钻井效率，减少钻井中震动、钻头冲击带来的损害，提高钻头工作效率和使用寿命，提供一种水力驱动的纯机械结构，可达到间歇工作，抗震、耐磨、缓冲、降温效果好，有效防止轴向冲击和旋转冲击载荷，能适应井下复杂环境的一种水力驱动的抗震复合钻头及其工作方法。

2、一种水力驱动的抗震复合钻头及其工作方法，本发明包含保径齿、出水水眼、pdc齿槽、叶轮、大传动齿轮、小传动齿轮、打孔内齿齿轮槽、实心齿轮、进水通道、弹簧、磁铁槽体、上扇形水槽体、下扇形水槽体、下水管路、磁铁、pdc齿、pdc齿滑动槽、齿槽进水口、侧方出水口、2号实心齿轮、3号实心齿轮、4号实心齿轮、5号实心齿轮、6号实心齿轮、传动杆、1组pdc齿槽、2组pdc齿槽。叶轮与大传动齿轮为一体装置，大传动齿轮与弹簧接触，大传动齿轮与小传动齿轮啮合，打孔内齿齿轮槽孔与进水通道镶嵌，6个进水通道与上扇形水槽体和下扇形水槽体间隔连通；磁铁槽体中内置两个相斥磁铁，上扇形水槽体和下扇形水槽体最大直径处有侧方出水口连通保径齿上的出水水眼和齿槽进水口。叶轮旋转带动大传动齿轮旋转，从而使小传动齿轮旋转，进而通过传动杆使下部小传动齿轮旋转，从而使实心齿轮围着打孔内齿齿轮槽内部旋转，1号实心齿轮、3号实心齿轮、5号实心齿轮同步旋转，2号实心齿轮、4号实心齿轮、6号实心齿轮同步旋转；1号实心齿轮、3号实心齿轮、5号实心齿轮对应的进水通道连通于上扇形水槽体，2号实心齿轮、4号实心齿轮、6号实心齿轮对应的进水通道连通于下扇形水槽体；上扇形水槽体和下扇形水槽体下部各有6个下水管路分别连通到1组pdc齿槽和2组pdc齿槽内侧的齿槽进水口。pdc齿中有pdc齿滑动槽，pdc齿槽、1组pdc齿槽和2组pdc齿槽内有pdc齿滑动槽长度一半的滑块。

3、2.磁铁槽体位于上扇形水槽体上方，钻杆侧和外侧开口，槽体内置互斥磁铁增强周向稳定性；弹簧增强轴向稳定性。

4、3.该方法包括以下步骤：

5、当钻头旋转工作时，实心齿轮在对应的打孔内齿齿轮槽内旋转，当实心齿轮没有堵住对应的进水通道，钻头的pdc齿被全部顶出工作；当1号实心齿轮、3号实心齿轮、5号实心齿轮堵住对应进水通道，上扇形水槽体停止进水，连通的1组pdc齿槽对应的pdc齿回缩，有效保护pdc齿过热工作，当钻井液重新进入，pdc齿再次顶出到完全工作状态；保径齿处pdc齿一直保持工作状态；出水水眼压力较大也可以起到冲洗pdc齿和防泥包效果。

6、当钻头受到冲击时，弹簧可吸收轴向冲击载荷，磁铁为互斥磁极，可吸收旋转冲击载荷，有效消除各向震动造成的钻头工作失稳，有效保护和延长pdc钻头工作时长和使用寿命。

7、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

8、1.本发明通过水力驱动精确控制pdc齿的顶出回缩，有效达到间歇工作，有利于保护钻头，提高耐磨，防止钻头过热，工作时间更久，提高工作效率，保证完井周期。

9、2.本发明弹簧和磁铁可以达到双向减震效果，保护钻头整体稳定性，以此来应对地层复杂情况。

10、3.本发明水力驱动为纯机械结构，受外界因素影响低，加工成本低且便于维修，内部通过齿轮啮合，精准有效，使用寿命长，齿轮配合主要通过螺纹连接，拆卸简单。

11、4.本发明通过pdc齿滑动槽，pdc齿槽内设计滑动槽长度一半的一体结构，有效控制pdc齿的稳定性，也保持pdc齿不会完全回缩，更利于水力驱动、间歇运动的实施。

技术特征：

1.一种水力驱动的抗震复合钻头及其工作方法，它包含：保径齿（1）、出水水眼（2）、保径齿pdc齿槽（3）、叶轮（4）、大传动齿轮（5）、小传动齿轮（6）、打孔内齿齿轮槽（7）、1号实心齿轮（8）、进水通道（9）、弹簧（10）、磁铁槽体（11）、上扇形水槽体（12）、下扇形水槽体（13）、下水管路（14）、磁铁（15）、pdc齿（16）、pdc齿滑动槽（17）、齿槽进水口（18）、侧方出水口（19）、2号实心齿轮（20）、3号实心齿轮（21）、4号实心齿轮（22）、5号实心齿轮（23）、6号实心齿轮（24）、传动杆（25）、1组pdc齿槽（26）、2组pdc齿槽（27）；其特征在于：所述的叶轮（4）与大传动齿轮（5）为一体装置，大传动齿轮（5）与弹簧（10）接触，大传动齿轮（5）与小传动齿轮（6）啮合，打孔内齿齿轮槽（7）孔与进水通道（9）镶嵌，6个进水通道（9）与上扇形水槽体（12）和下扇形水槽体（13）间隔连通；所述的磁铁槽体（11）中内置两个相斥磁铁（15），上扇形水槽体（12）和下扇形水槽体（13）最大直径处有侧方出水口（19）连通保径齿（1）上的出水水眼（2）和齿槽进水口（18）；所述的1号实心齿轮（8）、3号实心齿轮（21）、5号实心齿轮（23）对应的进水通道（9）连通于上扇形水槽体（12），2号实心齿轮（20）、4号实心齿轮（22）、6号实心齿轮（24）对应的进水通道（9）连通于下扇形水槽体（13）；所述的上扇形水槽体（12）和下扇形水槽体（13）下部各有6个下水管路（14）分别连通到1组pdc齿槽（26）和2组pdc齿槽（27）内侧的齿槽进水口（18）；所述的pdc齿（16）中有pdc齿滑动槽（17），pdc齿槽（3）、1组pdc齿槽（26）和2组pdc齿槽（27）内有pdc齿滑动槽（17）长度一半的滑块。

2.根据权利要求1所述的一种水力驱动的抗震复合钻头及其工作方法，其特征在于：所述的磁铁槽体（11）位于上扇形水槽体（12）上方，钻杆侧和外侧开口，槽体内置互斥磁铁（15）。

3.一种权利要求1-3之一所述的一种水力驱动的抗震复合钻头及其工作方法，其特征是：该方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种水力驱动的抗震复合钻头及其工作方法，其中水力带动叶轮旋转使大齿轮转动，大齿轮转动使6个小齿轮带动齿轮传动装置运转，在钻头上方有3组扇形水槽体，上扇形水槽体和下扇形水槽体连通PDC齿槽；当钻井液流入会充满PDC齿槽，PDC齿会完全顶出切削地层；当连通上扇形水槽体的进水通道被齿轮堵住，相连通的PDC齿会小幅度后撤，再次打开时，PDC齿被顶出工作；内部设计弹簧，可吸收轴向冲击载荷；设计磁铁置于磁铁槽体内，磁铁状态为互斥，可到达吸收旋转冲击载荷的效果；本发明为适应井下复杂环境，设计为纯机械结构；利用水力精准控制齿轮旋转达到钻头的间歇工作，延长钻头钻具使用寿命,提高钻井效率。

技术研发人员：潘一,乔玮,李沼萱,温航,李宁,杨鹏,杨刚,黄剑,舒蕴洁,王捷,王晨光,姚显宇,杨双春
受保护的技术使用者：辽宁石油化工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13