提高油气井钻井速度的双速双心钻井提速设备的大切削头[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 211974883 U(45)授权公告日 2020.11.20

(21)申请号 202020411645.5(22)申请日 2020.03.26

(73)专利权人 中国石油天然气集团有限公司

地址 100007 北京市东城区东直门北大街9

号

专利权人 中国石油集团川庆钻探工程有限

公司　

四川川庆石油钻采科技有限公司(72)发明人 韩烈祥　余晟　刘彬　李伟成　

陈文才　姚建林　陈作　姚坤鹏　李雷　(74)专利代理机构 成都中玺知识产权代理有限

公司 51233

代理人 熊礼　邢伟

权利要求书1页 说明书4页 附图1页

(51)Int.Cl.

E21B 10/42(2006.01)

E21B 10/43(2006.01)E21B 10/60(2006.01)

CN 211974883 U(54)实用新型名称

提高油气井钻井速度的双速双心钻井提速设备的大切削头(57)摘要

本实用新型提供了一种提高油气井钻井速度的双速双心钻井提速设备的大切削头，所述大切削头包括沿第一中心线彼此固定连接的容纳连接部和中空的切削部，其中，所述切削部具有设置有外切削面的外壁和设置有多个内切削面的内壁，所述多个内切削面中的任意两个相邻的内切削面之间形成流道槽；所述容纳连接部具有连接件和沿第一中心线设置的内容积腔，所述内容积腔能够容纳沿第二中心线设置的小切削头，

小所述第二中心线与第一中心线平行但不重合，

切削头的外径小于所述切削部的外径。本实用新型对大切削头的结构进行了优化设计，实现了利用大切削头和小切削头偏心设置相互配合进行钻进，避免了钻井时钻头中心点线速度为零的问题，提高了钻井速度。

CN 211974883 U

权　利　要　求　书

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1.一种提高油气井钻井速度的双速双心钻井提速设备的大切削头，其特征在于，所述大切削头包括沿第一中心线彼此固定连接的容纳连接部和中空的切削部，其中，

所述切削部具有设置有外切削面的外壁和设置有多个内切削面的内壁，所述多个内切削面中的任意两个相邻的内切削面之间形成流道槽；

所述容纳连接部具有连接件和沿第一中心线设置的内容积腔，所述内容积腔能够容纳沿第二中心线设置的小切削头，所述第二中心线与第一中心线平行但不重合，所述小切削头的外径小于所述切削部的外径。

2.根据权利要求1所述的提高油气井钻井速度的双速双心钻井提速设备的大切削头，其特征在于，所述连接件的内壁具有由左到右逐渐缩小的内径。

3.根据权利要求1所述的提高油气井钻井速度的双速双心钻井提速设备的大切削头，其特征在于，所述切削部的外壁呈钻头状。

4.根据权利要求1所述的提高油气井钻井速度的双速双心钻井提速设备的大切削头，其特征在于，所述内容积腔与所述流道槽连通。

5.根据权利要求1所述的提高油气井钻井速度的双速双心钻井提速设备的大切削头，其特征在于，所述内切削面和流道槽的数量为3～8个。

6.根据权利要求1所述的提高油气井钻井速度的双速双心钻井提速设备的大切削头，其特征在于，所述内切削面靠近第一中心线的顶面为凹弧形。

7.根据权利要求1所述的提高油气井钻井速度的双速双心钻井提速设备的大切削头，其特征在于，所述外切削面的数量为3～8个。

8.根据权利要求1所述的提高油气井钻井速度的双速双心钻井提速设备的大切削头，其特征在于，所述内切削面围绕第一中心线对称设置。

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CN 211974883 U

说　明　书

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提高油气井钻井速度的双速双心钻井提速设备的大切削头

技术领域

[0001]本实用新型属于油气钻井工程领域，涉及一种提高油气井钻井速度的双速双心钻井提速设备的大切削头。

背景技术

[0002]在油气井钻井工程中，如何提高钻井速度一直是人们研究的重要课题，虽然，目前通过对钻头结构优化设计，开发新的钻头牙齿材料、更高性能的牙齿等，使得钻井速度得到了一定程度的提高，但是，仍然没有解决钻井时钻头中心点线速度为零，以及中心点附近线速度低影响钻井速度的问题。这种影响，在当前大量使用的PDC钻头中尤其明显。另外，从使用后起出的钻头也不难发现，这个问题是影响钻井速度提升的关键问题。[0003]发明人经过研究认为“双速双心”钻井技术有利于解决钻头中心点线速度为零的问题，从而能够进一步提高钻井速度。然而，发明人表示：为了更好地配合发明人提出的“双速双心”钻进技术，需要对大切削头的结构进行重新设计，解决钻井过程中钻井液以及小切削头产生的钻屑的排出问题。

实用新型内容

[0004]本实用新型的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。[0005]具体来讲，发明人经过研究提出：采用双速双心钻井设备能够解决钻头中心部线速度为零的问题。对于发明人所提出的双速双心钻井设备和技术而言，其通过设置具有第一中心线、沿第一中心线彼此固定连接的容纳连接部和中空的切削部的大切削头(也可称为大钻头，相当于外心)；以及具有第二中心线的小切削头(也可称为小钻头，相当于内心)；并且所述容纳连接部具有连接件和沿第一中心线设置的内容积腔，所述内容积腔能够容纳小切削头，所述第二中心线与所述第一中心线平行但不重合的方式来实现“双心”。同时，大切削头通过上部钻柱获得旋转钻进的第一动力，并通过来自上部钻柱的钻井液提供润滑；小切削头通过井下动力装置获得旋转钻进的第二动力，这里相当于小切削头绕所述第二中心线“自转”，并且上部钻柱还能够带动井下动力装置进而带动小切削头进行转动，相当于小切削头绕第一中心线“公转”。[0006]发明人表示：为了更好地实施上述结构的双速双心钻井设备，解决小切削头产生的岩屑的排屑问题，有必要对大切削头的结构进行重新设计。[0007]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种提高油气井钻井速度的双速双心钻井提速设备的大切削头，所述大切削头包括沿第一中心线彼此固定连接的容纳连接部和中空的切削部，其中，所述切削部具有设置有外切削面的外壁和设置有多个内切削面的内壁，所述多个内切削面中的任意两个相邻的内切削面之间形成流道槽；所述容纳连接部具有连接件和沿第一中心线设置的内容积腔，所述内容积腔能够容纳沿第二中心线设置的小切削头，所述第二中心线与第一中心线平行但不重合，所述小切削头的外径小于所述切削部的外径。

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CN 211974883 U[0008]

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在本实用新型的一个示例性实施例中，所述连接件的内壁可具有由左到右逐渐缩

小的内径。

[0009]在本实用新型的一个示例性实施例中，所述切削部的外壁可呈钻头状。[0010]在本实用新型的一个示例性实施例中，所述内容积腔可与所述流道槽连通。[0011]在本实用新型的一个示例性实施例中，所述内切削面和流道槽的数量可为3～8个。

[0012]在本实用新型的一个示例性实施例中，所述内切削面靠近第一中心线的顶面可为凹弧形。

[0013]在本实用新型的一个示例性实施例中，所述外切削面的数量可为3～8个。[0014]在本实用新型的一个示例性实施例中，所述内切削面可围绕第一中心线对称设置。

[0015]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果中的至少一项：[0016](1)对大切削头的结构进行重新设计，增加了用于放置小切削头的内容积腔和用于供钻井液和小切削头产生的岩屑排出的流道槽；[0017](2)能够实现先利用大切削头形成容易切削的心部柱状岩石；再利用小切削头对心部柱状岩石进行切削；[0018](3)大、小切削头相互配合优势互补，避免了钻头中心点线速度为零的问题，提高了破岩效率。

附图说明

[0019]图1示出了根据本实用新型的提高油气井钻井速度的双速双心钻井提速设备的大切削头的结构示意图；

[0020]图2示出了图1的右视图。[0021]附图标记说明如下：[0022]1-连接件、2-内容积腔、3-切削部、301-外切削面、302-内切削面、303-流道槽。具体实施方式

[0023]在下文中，将结合附图和示例性实施例来详细说明本实用新型的提高油气井钻井速度的双速双心钻井提速设备的大切削头。需要说明的是，“左”、“右”、“内”、“外”等仅仅是为了便于描述和构成相对的方位或位置关系，而并非指示或暗示所指的部件必须具有该特定方位或位置。

[0024]图1示出了根据本实用新型的提高油气井钻井速度的双速双心钻井提速设备的大切削头的结构示意图；图2示出了图1的右视图。[0025]在本实用新型的一个示例性实施例中，如图1中所示，提高油气井钻井速度的双速双心钻井提速设备的大切削头包括沿第一中心线彼此固定连接的容纳连接部和中空的切削部3。具体来讲，大切削头可以包括从左到右依次固定连接的连接件1、内容积腔2和切削部3。其中，连接件1将大切削头与上游设备(例如，上部钻柱、与上部钻柱连接的外筒体、扶正装置等)进行连接，内容积腔2供小切削头在其中沿平行于第一中心线方向旋转，切削部3用于切削待钻岩面。连接件1和内容积腔2一起构成容纳连接部。

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说　明　书

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在本示例性实施例中，如图1～2中所示，切削部3具有设置有外切削面301的外壁

和设置有多个内切削面302的内壁，多个内切削面302中的任意两个相邻的内切削面302之间形成流道槽303。具体来讲，大切削头的切削部3的外壁和内壁上可分别设置用于切削待钻岩面的外切削面301和内切削面302，通过外切削面301和内切削面302的共同作用在待钻岩面上形成中部为柱状岩心的井眼(即环状井眼)，该柱状岩心通过中空的切削部3进入大切削头的内容积腔2中与小切削头接触，被小切削头切削成岩屑。在相邻两个内切削面302之间形成的流道槽303用于供大切削头内部的钻井液(例如，来自上部钻杆、小切削头等)以及小切削头切削柱状岩心形成的岩屑排出大切削头。这里，切削部3的外壁可呈钻头状。例如，外切削面301可以为牙轮、切削齿等，这些外切削面从左到右与第一中心线的距离逐渐增大且螺旋设置。这里，内切削面302和流道槽303的数量可为3～8个。例如，内切削面和流道槽的数量可为5个。外切削面301的数量为3～8个。例如，外切削面的数量可以为5个。[0027]在本示例性实施例中，容纳连接部具有连接件1和沿第一中心线设置的内容积腔2，内容积腔2能够容纳沿第二中心线设置的小切削头，第二中心线与第一中心线平行但不重合，小切削头的外径小于所述切削部3的外径。具体来讲，大切削头的容纳连接部包括与上游设备连接的连接件1和容纳小切削头的内容积腔2，内容积腔2沿第一中心线设置(即图1中左右方向)，内容积腔2能够供沿第二中心线(即小切削头的中心线)设置的小切削头在其中旋转且大切削头和小切削头平行但不重合设置，小切削头的外径要小于大切削头的切削部3的外径以使小切削头与大切削头构成偏心设置。连接件1的内壁可具有由左到右逐渐缩小的内径。例如，连接件1可以为内壁设置有螺纹的筒状结构，大切削头通过连接件1的螺纹与上游设备固定连接。然而本实用新型不限于此，连接件也可以通过卡接等方式与上游设备固定连接。这里，内容积腔2的内径从左到右保持不变且大于小切削头的外径；内容积腔2可与流道槽303连通。小切削头切削柱状岩心产生的岩屑能够随钻井液一起通过流道槽排出大切削头。

[0028]在本示例性实施例中，内切削面302靠近第一中心线的顶面可为凹弧形(例如，圆弧形)。内切削面302可围绕第一中心线对称设置。这里，内切削面302围绕第一中心线对称设置是为了方便钻井液和小切削头切削柱状岩心产生的岩屑更好的排出大切削头的内容积腔2。然而，本实用新型不限于此，例如，内切削面也可以围绕第一中心线从左到右螺旋设置。

[0029]钻井时，由于大切削头直接或间接与上部钻柱连接，具有较大的钻压和扭矩，利用大切削头的切削部3先与待钻岩面接触对岩面进行破坏，释放地层压力，切除外围岩石形成环状井眼，留下中心相对容易切削的柱状岩心。该柱状岩心从切削部3的中空结构中进入内容积腔2中与小切削头接触，小切削头由于在井下动力装置的带动下高速自转的同时绕大切削头中心线公转，具有较高的转速和线切削速度，能够将柱状岩心削头切割成岩屑，这些岩屑随着上部钻杆中的钻井液一起从大切削头的流道槽303中排出大切削头，大小切削头相互配合可以避免钻头中心点线速度为零的问题，提高钻井速度。[0030]综上所述，本实用新型的一种双速双心钻井提速设备的扶正装置具有以下优点：[0031](1)对大切削头的结构进行重新设计，增加了用于放置小切削头的内容积腔和用于供钻井液和小切削头产生的岩屑排出的流道槽；[0032](2)能够实现先利用大切削头钻压大、扭矩大的特点，对地层岩石进行先期破坏，

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说　明　书

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释放地层应力，切除外围岩石，留下容易切削的心部岩石；再利用小切削头转速高、线速度快的特点对心部岩石进行切削；[0033](3)大、小切削头相互配合优势互补，避免了钻头中心点线速度为零的问题，提高了破岩效率。

[0034]尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本实用新型，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

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