[发明专利]防卡滑PDC钻头

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻井领域的钻头，尤其是一种防卡滑PDC钻头。

背景技术

PDC钻头破碎岩石的方式主要是剪切作用，当钻遇难钻地层时，PDC钻头齿吃入地层多而且扭矩不足时，钻头会随时停转，直至积聚足够的扭矩来剪切岩层。由于扭矩能量贮存在扭曲的钻柱中，一旦释放，钻柱会象松开的发条一样产生严重的扭转震荡，这种现象就称之为“卡滑”或者憋钻。PDC钻头普遍存在的卡滑问题正是难钻地层机械钻速低、钻井效率低的主要原因之一。

目前钻井作业中使用的旋冲工具能够产生轴向冲击力，可与牙轮钻头配合使用（与牙轮钻头破岩原理相符）；不适合PDC钻头的剪切破岩原理，容易使钻头齿损坏。美国专利扭转冲击发生器（专利号：US 7096980 B2）、西南石油大学的专利扭转冲击钻井工具（专利申请号：200910058083.9）和胜利石油管理局钻井工艺研究院申请的专利扭转冲击钻井工具（专利申请号：201010511421.2），都可以产生扭转冲击力，有利于消除或改善PDC钻头的卡滑现象 。但三个专利采用的技术不同，美国的扭转冲击发生器采用钻井液驱动涡轮，涡轮旋转驱动冲击锤，产生连续扭转冲击，西南石油大学的扭转冲击钻井工具采用钻井液驱动螺杆，螺杆旋转驱动冲击锤，产生连续扭转冲击，胜利石油管理局钻井工艺研究院的扭转冲击钻井工具采用钻井液直接驱动冲击锤产生扭转冲击。虽然钻井液直接驱动冲击锤相对于涡轮和螺杆驱动效率有所提高，但这三个专利都存在一个共同特点，扭转冲击发生工具与PDC钻头螺纹连接，即冲击锤与钻头之间存在中间环节，冲击扭矩在传递过程中损失大，尺寸长，效率低。

发明内容

本发明的目的为了克服现有技术的不足，最大限度地解决PDC钻头的卡滑问题，提出一种防卡滑PDC钻头。

本发明要解决的技术问题在于解决PDC钻头的卡滑问题。为了解决以上技术问题，本发明公布了在旋转钻井体系工况下的一种防卡滑PDC钻头。本发明内部封装可周向往复运动的冲击锤。钻井时，本发明利用部分钻井液流体能量驱动内部冲击锤产生一定频率的扭转冲击，钻头在接收旋转动力驱动（转盘、顶驱和井下动力钻具等）的同时，承受扭转冲击能量，增加了钻头的破岩能力，同时消除PDC卡滑现象，并且本发明中将扭转冲击发生器与钻头一体化设计，内部冲击锤直接作用在钻头上，无中间环节，结构紧凑、效率高。为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种防卡滑PDC钻头，主要由异型钻头、封盖、冲击锤、换向器组成，封盖、冲击锤、换向器在异型钻头内。异型钻头呈中空的圆柱形，下端有一体设计的PDC钻头。所述异型钻头的中空腔通过下部内凸沿分设上型腔和下型腔，上型腔内壁轴向预制有低压腔槽、高压腔槽和转换腔槽，低压腔槽下端联通下型腔；冲击锤套在异型钻头上形腔内，冲击锤管壁向外突出有外锤和向内突出有内锤，其外锤与异型钻头的转换腔槽限位转动配合，沿外锤的两个外凸沿分别径向预制有外流道，沿内锤的内凸沿分别预制有内流道，内外流道将冲击锤内外贯通；换向器套在冲击锤内，换向器外壁轴向设置有两条平行隔离条和一条宽幅隔离条，宽幅隔离条内设贯通换向器内外的通道，两条平行隔离条与内锤内凸沿形成限位转动配合，宽幅隔离条与两侧的平行隔离条之间的凹槽形成泄流区；封盖位于冲击锤和换向器的上端面，封盖呈圆板状，设有封盖中心孔和封盖通孔，封盖通孔与异型钻头内壁的高压腔槽贯通。

上述方案还包括：所述冲击锤、换向器与异型钻头下部内凸沿的结合部还设有底板，底板上开设有中心孔和底板通孔；所述中心孔连通上型腔和下型腔，底板通孔连通下型腔和泄流区。  

所述换向器内腔或底板的中心孔还设有喷嘴。

所述PDC钻头由本体、圆周分布的刀翼、钻头喷嘴和钻头齿组成。

所述刀翼数量大于等于3个，所述钻头喷嘴数量大于等于3个。

异型钻头的转换腔槽为半圆形，与之配合的外锤凸沿长度为四分之一园，内锤与外锤轴心对称，内锤的内凸沿长度为八分之一园，设置在异型钻头的低压腔槽与转换腔槽对称分布，高压腔槽对称分布在低压腔槽的两侧。