[发明专利]一种适应地层的PDC钻头

说明书

本发明提出一种适应地层的PDC钻头，涉及油田钻探工程技术领域，该PDC钻头包括钻头本体、固定刀翼、可伸缩锥形齿、振动识别元件和控制元件，固定刀翼连接在钻头本体的端部，可伸缩锥形齿设于固定刀翼上，伸缩锥形齿能够向外凸伸至地层和缩回至固定刀翼内，振动识别元件和控制元件分别设置在钻头本体内，振动识别元件和控制元件电连接，振动识别元件实时监测固定刀翼的振动状态并将监测得到的振动数据传输至控制元件，控制元件接收振动数据并根据振动数据控制可伸缩锥形齿的伸出和缩回。该适应地层的PDC钻头能够适用软硬交错复杂地层。

技术领域

本发明涉及油田钻探工程技术领域，特别涉及一种适应地层的PDC钻头。

背景技术

在油气勘探过程中发现越来越多已探明油气资源埋藏于深部地层，深井、超深井已成为油气开发的一种趋势，PDC钻头已经成为目前深井钻井中应用最广的钻头。

但是在深井、超深井中使用钻头时，由于油气藏埋藏深、钻遇地层软硬交错，PDC钻头的机械钻速与使用寿命受到限制。其中，软地层是深井钻井提速的关键，软地层提速效果影响整个钻井过程和最终的经济效益。硬地层岩石强度高研磨性强、可钻性差，钻头振动剧烈，易发生崩齿破坏，导致钻井过程中钻头使用寿命不长、机械钻速低、井身质量下降等一系列问题。

如何做到兼顾软地层提速与硬地层保护钻头提升钻头进尺，一直是钻头研发者思考的难题。为了保护钻头提升进尺，许多钻头设计者采取在切削刀翼后方镶嵌固定锥形齿的做法，以此达到控制切削深度，保护钻头目的。这种方法在钻遇硬地层时有着很好的效果。但是深井超深井地层软硬交错，在钻遇软地层时，由于后部锥形齿的存在，使得切削刀翼不能有效吃入岩石，继而限制软地层提速影响整个钻井过程和最终的经济效益；其次固定锥形齿的存在减小了排屑面积，使得岩屑不能有效清除，在钻遇泥页岩等地层时易发生泥包风险，严重时不得不提前起钻。

有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复实验设计出一种适应地层的PDF钻头，以期解决现有技术存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种适应地层的PDF钻头，能够适用软硬交错复杂地层。

为达到上述目的，本发明提出一种适应地层的PDC钻头，其中，所述PDC钻头包括钻头本体、固定刀翼、可伸缩锥形齿、振动识别元件和控制元件，所述固定刀翼连接在所述钻头本体的端部，所述可伸缩锥形齿设于所述固定刀翼上，所述伸缩锥形齿能够向外凸伸至地层和缩回至所述固定刀翼内，所述振动识别元件和所述控制元件分别设置在所述钻头本体内，所述振动识别元件和所述控制元件电连接，所述振动识别元件实时监测所述固定刀翼的振动状态并将监测得到的振动数据传输至所述控制元件，所述控制元件接收所述振动数据并根据所述振动数据控制所述可伸缩锥形齿的伸出和缩回。

如上所述的适应地层的PDC钻头，其中，所述振动识别元件检测得到的所述振动数据包括三个实际参数，三个所述实际参数分别为所述固定刀翼的轴向振动参数g_(X)、切向振动参数g_(y)和径向振动参数g_(z)。

如上所述的适应地层的PDC钻头，其中，所述振动识别元件分别对所述轴向振动参数g_(X)、所述切向振动参数g_(y)和所述径向振动参数g_(z)取绝对值，并计算间隔Δt时间内的三个平均参数，三个所述平均参数分别为平均轴向振动参数Δg_(X)、平均切向振动参数Δg_(y)和平均径向振动参数Δg_(z)。

如上所述的适应地层的PDC钻头，其中，所述控制元件实时接受所述振动数据并根据所述平均参数和所述实际参数之比做出锥形齿伸出或锥形齿缩回的指令，以控制所述锥形齿的伸出和缩回。

如上所述的适应地层的PDC钻头，其中，根据所述平均参数和所述实际参数之比做出锥形齿伸出或锥形齿缩回的指令，包括：