[发明专利]一种适用于油气钻井行业室内微钻试验的微型牙轮钻头

说明书

本发明提供了一种适用于油气钻井行业室内微钻试验的微型牙轮钻头，解决了现有技术中微牙轮钻头存在的井底模式改变、有效钻进深度低、测试数据误差大和岩芯浪费的技术问题。它包括钻头座（1），所述钻头座（1）的钻进面由倾斜面（8）和水平面（9）构成；所述倾斜面（8）上固定有牙轮轴（5），所述牙轮轴（5）垂直于倾斜面（8），所述牙轮轴（5）上安装有牙轮；所述水平面（9）上固定有加长杆（3），所述加长杆（3）上连接有保径齿（4）。本发明通过牙轮保证井底始终为水平平面，通过保径齿（4）保证在钻进过程中井底破碎坑直径不变，实现在一块岩芯上连续钻进，减少无效钻进，避免岩芯浪费，提高了室内微钻试验效率。

技术领域

本发明涉及石油与天然气中岩石可钻性评价试验的技术领域，具体涉及一种适用于油气钻井行业室内微钻试验的微型牙轮钻头。

背景技术

在石油与天然气开发的过程中，钻成井筒的钻井过程是投资最大、耗时最长的环节；为了实现以最快速度、最小投资钻成井筒，需要对来自井下取芯的岩样进行可钻性测试以指导钻头选型；目前的可钻性测试按照国标“SY/T5426-2016：石油天然气钻井工程岩石可钻性测定与分级”执行；该标准规定：采用叠片式双牙轮微钻头，叠片式双牙轮微钻头由刀片轴将8片刀片和9块垫片穿在钻头体上叠合而成，它在常温常压条件下以固定的钻压和固定的转速，在直径50mm、高度50mm的柱体岩样表面钻进2.4mm，根据钻进的时间计算岩石可钻性。

随着油气开发向深层发展，井越来越深，钻速越来越慢，成本越来越高，对提高钻速、降低成本的要求也越来越高；钻井界已经不满足于在常温常压条件下以固定的钻压和固定的转速只测一点的可钻性评价方法了，而希望在改变钻压、转速、钻井液密度、水力能量等一系列对钻速有重要影响的施工参数下测量一系列的可钻性，建立多元钻速方程，对钻头类型、钻压、转速、钻井液密度、水力能量等可控施工参数进行优选，达到最大限度地提高钻速、降低成本；这样，目前国标规定的在一块岩样上以固定参数只测一点的方法，就必须扩展为在一块岩样上以改变参数的方式连续测很多点。

然而，目前国标规定的叠片式双牙轮微钻头，在改变参数测多点的连续钻进过程中，井底的形状和面积在不断变化，这种变化导致单位面积破碎能量改变且破碎方式由冲击破碎向冲击加剪切破碎发展，这使得各测试点数据不具有严格意义上的可比性，因此无法得出正确的测试结果；另外，目前国标规定的叠片式双牙轮微钻头在长距离的连续钻进过程中所形成的井底是球柱形井底，从开始钻进到形成稳定井底的钻进行程的数据无法用于可钻性测定，这导致了50mm高岩样的三分之二为无效，不但耗费了无效的钻进时间，还使得极其珍贵的深井岩芯大量浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于油气钻井行业室内微钻试验的微型牙轮钻头，以解决现有技术中微牙轮钻头存在的井底模式改变、有效钻进深度低、测试数据误差大和岩芯浪费的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种适用于油气钻井行业室内微钻试验的微型牙轮钻头，包括钻头座，钻头座为直径和高度适当的圆柱体，所述钻头座的钻进面由设有倾斜面和水平面构成，倾斜面的倾斜角度，由牙轮的锥度和直径决定，以保证井底的水平平面；所述倾斜面上固定有牙轮轴，所述牙轮轴垂直于倾斜面，所述牙轮轴上安装有牙轮；所述水平面上固定有加长杆，所述加长杆上连接有保径齿，保径齿使用具有高硬度和高耐磨性的合金材料加工成型，作用是保证微钻头在钻进过程中齿的锐度和微钻头的直径不变。

所述牙轮包括多个切削半径不相等的切削刀片，所述切削刀片均安装在牙轮轴上，切削刀片采用叠片式，便于刀片的加工和更换，降低测定试验的成本，缩短测定试验的时间；所述牙轮为圆锥体形牙轮，牙轮的锥度、直径以及切削刀片的位置决定切削刀片的直径尺寸，刀片的直径和井底高效击碎图决定切削刀片的齿数、齿高和齿尖角。

所述切削刀片的上部齿尖在同一水平面上。