[发明专利]一种新型片叠式钻头

说明书

一种新型片叠式钻头，主要由导液护罩、螺套滑位杆、锁套和叠盘单元构成。钻头钻进过程中，组配叠盘单元的螺套节紧密排列，钻头本体呈完整螺旋体，并以螺套滑位杆为轴做360度旋转，实现对地层岩石的破碎；钻头本体因附着物质被卡时，锁套解锁，螺套节和叠盘单元以杆芯为载体沿杆芯做轴向向上滑动并呈断开状态，钻头本体变成由多段小螺旋体组成的螺旋串，卡住钻头本体的物质会在钻头本体变形过程中形成三维异向碾压而松脱或进一步碎化，实现有效解卡。整个过程完全不需要对钻具系统做整体提升。叠盘单元受损或磨损严重时，对个别盘片采用拆卸对调换位调整或者拆卸直接换新的方式，即使钻头本体功能得到有效修复，具有较高的工程实际应用价值。

技术领域

本发明涉及一种新型片叠式钻头，即一种通过螺纹连接于钻铤的钻井工具，属于钻采装备制造技术领域。

背景技术

钻头是破碎岩石形成井眼的主要工具，钻头成本占钻井成本的三分之一左右。为改善钻头的效率、防卡以及修复等性能，从早期的刮刀钻头，到牙轮钻头、PDC钻头，甚至是兼具牙轮钻头和PDC钻头优点的混合钻头，除了在钻头材料上得到不断更新之外，在破岩过程中实现切削和研磨功能的钻头特征性结构也是钻头设计研究与开发关注的重点。

发明内容

为有效处理钻头卡紧和钻头修复的问题，本发明提供一种新型片叠式钻头，是对一种完全由可拆卸和更换的盘片构成的叠盘单元加以组配，形成的非一体化成型的钻头本体，其叠盘单元的梯牙和形成的螺旋形梯脊发挥切削、研磨作用，形成的螺旋形梯槽发挥导流和排屑作用；其盘片组成的叠盘单元在三维运动下能够改变钻头本体的空间结构形式以有效解决沉砂、井塌、落物、砂桥及泥包对钻头本体形成的卡紧问题，受损的任一盘片能够被拆卸并更换以实现钻头本体的局部快速修复。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

在钻具系统端部安装的新型片叠式钻头主要由导液护罩、螺套滑位杆、锁套和叠盘单元构成。导液护罩、锁套和叠盘单元均以螺套滑位杆为垂直投影面的形心轴，各叠盘单元之间按盘片梯牙做错位组配，使得梯牙集成螺旋形梯脊，而未被叠压的盘片盘面和叠面部分集成螺旋形梯槽。钻头钻进过程中，螺套滑位杆在导液护罩与相邻的叠盘单元之间部位外露的杆芯长度处于最大化，叠盘单元部位的螺套节处于连续排布状态，全部叠盘单元紧密排列并由锁套固定压紧，由全部叠盘单元和螺套滑位杆组成的钻头本体呈完整螺旋体，并以螺套滑位杆为轴做360度旋转，实现对地层岩石的破碎；钻头本体因附着于其上的沉砂、落物、砂桥以及泥等物质被卡住无法进行有效旋转时，锁套解锁固定压紧功能，螺套滑位杆在导液护罩与相邻的叠盘单元之间部位外露的杆芯长度缩小，与若干个叠盘单元进行组配的螺套节以杆芯为载体并沿杆芯做轴向向上滑动，各螺套节之间呈断开状态，此时钻头本体变成由多段小螺旋体组成的螺旋串。在钻头本体由完整螺旋体向螺旋串转变的过程中，卡住钻头的物质会在变形过程中形成三维异向碾压而松脱或进一步碎化，进而形成有效解卡，而且此过程完全不需要对钻具系统做整体提升。钻井操作中，由于各钻头盘片磨损度不同，钻头本体会由最初的柱状完整螺旋体或螺旋串，变成弹头状、橄榄状、鱼状、葫芦状等多种形态的完整螺旋体或螺旋串，各形态之间的转变使钻头本体呈现出局部螺纹抛物面，更有利于发挥其研磨的作用，较当前应用的钻头有更长的使用周期。而且，在局部盘片受损或磨损严重时，能够对个别盘片采用拆卸对调换位调整或者拆卸直接换新的方式，使得钻头本体功能得到快速有效修复。