[发明专利]一种可拆式智能钻头

说明书

本发明公开了一种可拆式智能钻头，主要由钻头体、内流道以及测量装置组成。在钻头破碎岩石钻进的过程中，测量装置的测量模块能够测量钻头的轴向、横向和扭转振动，为钻井参数优化提供指导。本发明通过可拆卸的杆状固定结构将测量模块安装在钻头体的内流道内，便于拆卸和更换测量模块，有利于钻头的制造和对测量数据的提取。所述杆状固定结构以安装角和错位角为安装参数相互配合固定测量模块，结构牢靠，稳定性高。同时，测量模块安装在钻头体中能直接反应钻头端的振动情况，测量数据更加准确和直接。

技术领域

本发明涉及石油天然气、矿山工程等钻探设备技术领域，具体涉及一种可拆式智能钻头。

背景技术

随钻测量和智能钻井是未来钻井的发展趋势。现有的随钻测量工具能够直接测量钻头附近的钻压、扭矩、钻速和振动等工程参数，但通常随钻测量工具结构复杂，以短节的形式安装于近钻头位置，即测量位置与钻头位置存在偏差，所得数据延迟较高，准确性有所降低。此外，随钻测量工具短节与钻头之间安装有其他工具，信号干扰较大，从而导致所得数据失真。

智能钻头能够自动感知地层压力、井下温度，测量钻头的动力学参数，实时地为井上人员提供钻头处的工况，依此调整钻井参数，提高钻井效率。由于钻头处工作条件恶劣，受力情况复杂，对智能钻头的结构可靠性提出了较高的要求；固接的测量模块不能便捷地拆卸更换，无法满足对不同工程参数的测量需求；另外，钻头制造过程工序复杂，搬运频繁，并伴有加热、保温等高温过程，不便于测量装置的安装。

针对上述问题，提出一种可拆式智能钻头，能够便捷地拆卸更换测量模块，便于钻头制造，从而准确测量钻头端的各种工程参数，为钻井指导和优化钻井参数以及钻具组合提供数据支持。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可拆式智能钻头，以达到可靠、简便地精准测量钻头端振动情况的目的。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种可拆式智能钻头，包括钻头体、切削结构、内流道和水眼，所述钻头体分为本体段和接头段，所述切削结构设置在钻头体本体段，所述钻头体接头段为与上部钻具相连接的连接端，所述内流道一端与上部钻具的内流道连通，所述内流道的另一端通过水眼连通到钻头的外部，所述水眼数量大于等于1，所述钻头体的内流道内设置有测量装置，所述测量装置内设置有测量模块，所述测量装置通过杆状结构顶紧固定在内流道内，且测量装置内的测量模块在钻头本体段和接头段之间，测量模块的上端面不出接头段的上端面，所述测量装置在钻头本体段和接头段之间的实体部分与所述钻头内流道之间所形成的空腔的最小过流面积大于等于钻头上所有水眼的过流面积之和，所述测量装置离最近的水眼入口的距离S为所有水眼的过流面积之和。

钻头体以接头段根部为界分为本体段和接头段，切削结构设置在钻头体本体段，钻头体的接头段为与上部钻具相连接的连接端，测量模块设置在所述钻头体的内流道内，通过可拆卸的杆状结构顶紧固定。杆状结构在钻头轴线上可处于不同的轴向位置，定义不同轴向位置的固定杆状结构在周向上相互错位形成相错角a，相错角度a的范围为0°至90°。杆状结构的轴线不垂直于钻头的轴线形成安装角，安装角b的范围为45°至90°。

杆状结构定义为：长度Lg大于垂直长度方向上的宽度1.5倍Hg及以上的结构体,即Lg≥1.5Hg。杆状结构的横截面形状可沿着轴线位置变化，但始终满足Lg≥1.5Hg。

作为优选，测量模块通过3根杆状结构顶紧固定在钻头体的内流道内，所述杆状结构的轴线在同一平面内且垂直于钻头的轴线。

作为优选，测量模块通过4-6根杆状结构顶紧固定在钻头体的内流道内，每两根杆状结构相错两两相对，成2-3组对顶杆状结构对，每组对顶杆状结构在钻头轴线上处于不同的轴向位置，且在周向上相互错位。作为进一步优选，相错角度a的范围为a＜90°。

作为优选，测量模块通过6根杆状结构顶紧固定在钻头体的内流道内，成2组对顶杆状结构对，每组对顶杆状结构在钻头轴线上处于不同的轴向位置，且在周向上不错位，即相错角度a＝0°。