一种石油钻井用可伸缩破碎式PDC钻头及使用方法与流程

一种石油钻井用可伸缩破碎式pdc钻头及使用方法
技术领域
1.本发明涉及石油钻井用的pdc钻头技术，特别涉及一种石油钻井用可伸缩破碎式pdc钻头及使用方法。


背景技术：

2.pdc钻头是用薄圆片状聚晶金刚石做成小型切削块镶装或烧结到钻头体上而形成的，因为其具有优异的抗研磨和抗冲击能力，在石油钻井领域被广泛应用，pdc复合片属于新型功能材料，是采用金刚石微粉和硬质合金衬底在超高压高温条件下烧结而成的复合超硬材料，既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，是一种卓越的切削工具与耐磨工具材料。
3.目前，市场上的pdc钻头多种多样，各种pdc钻头的刀翼数量和复合片数量在出厂时已固定，在pdc钻头实际使用过程中，如果地质结构简单，通常选用刀翼和复合片数量少的pdc钻头，以降低成本并提高钻进速度，如果地层中岩石非常坚硬且具有磨蚀性，通常选用刀翼和复合片数量更多的pdc钻头，以提高耐用性并降低损坏的风险，在钻探过程中，需要准备不同的pdc钻头来应对不同地层的钻进，而pdc钻头价格昂贵，直接提高了钻井成本，并且pdc钻头的多样性导致了其生产成本的提高。
4.中国专利文献公开号为cn107503690a，专利名称为《一种石油钻井用可伸缩破碎式pdc钻头》，包括钻头体和固设在钻头体上的刀翼，所述刀翼上设有若干个切削齿，所述钻头体心部设有与钻头体可拆卸连接的破碎钻头、用于嵌入破碎钻头的嵌入槽和顶出机构，所述顶出机构设置在钻头体内并与所述破碎钻头固定连接；所述钻头体与所述破碎钻头间设有浮动支撑块。其存在的问题是：其顶出机构将破碎钻头整体顶出，破碎钻头与钻头体的连接强度不好，而且，伸出去的破碎钻头的切削轮廓面呈球冠面，其破碎能力不能达到预期效果。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种石油钻井用可伸缩破碎式pdc钻头及使用方法，利用活动翼组件和调节组件，在钻探前可根据钻探需求使用调节组件调节间隔设置的活动翼与固定翼同时钻进或固定翼单独钻进，实现了可伸缩破碎功能，且固定翼单独钻进的破碎能力强。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种石油钻井用可伸缩破碎式pdc钻头，包括钻头本体、固定翼、喷嘴、固定筒、连接筒和锥管螺纹筒，所述固定翼设置有三组，三组固定翼包覆在钻头本体外壁和顶部，所述钻头本体内部设置有空腔，所述喷嘴设置有三组，三组喷嘴均螺纹连接在钻头本体顶部并且与钻头本体空腔连通，所述固定筒固定连接在钻头本体空腔内，所述连接筒固定连接在钻头本体底部，所述锥管螺纹筒固定连接在连接筒底部，所述钻头本体外壁分别设置有活动槽和滑槽，所述活动槽与滑槽均竖直设置有三组，三组所述活动槽分别设置在三组固定翼之间，三组所述滑槽分别开在三组活动槽槽
壁上并且贯穿活动槽槽壁，所述钻头本体上还设置有活动翼组件和调节组件；所述活动翼组件包括内螺纹环、连接块和活动块，所述连接块和活动块均设置有三组，三组所述连接块分别与三组活动块固定连接，三组所述连接块分别穿过三组滑槽延伸至钻头本体的空腔内，所述内螺纹环设置在钻头本体的空腔内，所述内螺纹环与三组连接块固定连接。
7.优选的，所述活动翼组件还包括活动翼，所述活动翼设置有三组，三组所述活动翼分别与三组活动块固定连接，三组所述活动块分别设置在三组活动槽内。优选的，所述调节组件包括密封环、外螺纹环、轴承、转轴和转动块，所述密封环内环与外环依次与固定筒外壁、外螺纹环内壁固定连接，所述外螺纹环与内螺纹环螺纹连接，所述转轴固定连接在外螺纹环底部，所述转轴底部穿过连接筒和锥管螺纹筒，所述轴承内环与外环依次与连接筒内壁、转轴外壁固定连接，所述转动块固定连接在转轴底部。优选的，所述钻头本体、固定筒、连接筒和锥管螺纹筒轴线重合，所述三组喷嘴底部位于固定筒内。
8.优选的，所述连接筒外壁设置有三组收纳槽，三组所述收纳槽位置分别与三组活动槽位置正对，所述收纳槽与活动槽相互配合。
9.优选的，所述固定翼与活动翼上均固定连接有若干组固定齿，若干组所述固定齿上均固定连接有聚晶金刚石复合片。
10.优选的，所述活动块为l形，所述活动槽的槽型为l形，所述活动块的侧壁与活动槽槽壁紧贴，所述活动槽上部分槽深等于活动块顶部厚度与活动翼厚度之和。
11.优选的，所述转轴为空心轴，所述转动块外形为六角帽形。
12.本发明提到的一种石油钻井用可伸缩破碎式pdc钻头的使用方法，具体包括以下步骤：s1，将钻头本体通过三组固定翼支撑倒立，用活动扳手卡住转动块；s2,根据实际使用需求，用活动扳手用力正转或反转转动块，转动块通过转轴带动外螺纹环转动，使内螺纹环通过连接块带动活动翼上下位移，正转或反转转动块至最大程度，活动翼顶部伸出至与固定翼齐平或完全收入活动槽中;其中，连接块与滑槽上槽壁抵住时，活动翼伸出至最大程度，其顶部与固定翼齐平，此状态下使用时，活动翼与固定翼共同钻进，适用于地质结构简单的地层钻进，横向的剪切力较大，延长了钻头的使用寿命；在连接块与滑槽的下槽壁抵住时，活动翼顶部完全收入活动槽，此状态下使用时，固定翼单独钻进，适用于非常坚硬岩石层钻进，通过纵向的振动来提高破碎岩石的能力，固定翼为刚性连接，提高了耐用性并降低损坏的风险；s3，将锥管螺纹筒插入钻机钻杆并拧紧固定，可进行钻探作业。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用活动翼组件和调节组件，在钻探前可根据钻探需求使用调节组件调节间隔设置的活动翼与固定翼同时钻进或固定翼单独钻进，在需要强力破碎时，将活动翼收缩到活动槽内，仅保留凸起的固定翼，由于固定翼是刚性连接结构，纵向的振动力更大更稳定，所以破碎岩石的能力更强大；在不需要强力破碎时，可以旋转使活动翼移动，使其与固定翼齐平，此状态下使用时，活动翼与固定翼共同钻进，适用于地质结构简单的地层钻进，横向的剪切力较大，延长了钻头的使用寿命；总之，本发明的pdc钻头使用灵活，可满足井下复杂的岩石的破碎需要，降低了钻
探成本，同时也减少了pdc钻头的多样性，间接降低了pdc钻头的生产成本。
附图说明
14.图1为本发明的整体拆解的结构示意图；图2为本发明的活动翼伸出状态的结构示意图；图3为本发明的活动翼收缩状态的结构示意图；图4为本发明的半剖结构示意图；图5为本发明的仰视图；图6为本发明的钻头本体的仰视图；图中：1钻头本体、2固定翼、3喷嘴、4固定筒、5连接筒、6锥管螺纹筒、7活动槽、8滑槽、9活动翼组件、10调节组件、11内螺纹环、12连接块、13活动块、14活动翼、15密封环、16外螺纹环、17轴承、18转轴、19转动块、20收纳槽、21固定齿、22聚晶金刚石复合片。
具体实施方式
15.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
16.实施例1，参照图1
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图6，本发明提到的一种石油钻井用可伸缩破碎式pdc钻头，包括钻头本体1、固定翼2、喷嘴3、固定筒4、连接筒5、锥管螺纹筒6、活动翼组件9和调节组件10；进一步的，固定翼2设置有三组，三组固定翼2包覆在钻头本体1外壁和顶部，钻头本体1内部设置有空腔，喷嘴3设置有三组，三组喷嘴3均螺纹连接在钻头本体1顶部并且与钻头本体1空腔连通，固定筒4固定连接在钻头本体1空腔内，连接筒5固定连接在钻头本体1底部，锥管螺纹筒6固定连接在连接筒5底部，钻头本体1外壁分别设置有活动槽7和滑槽8，活动槽7与滑槽8均竖直设置有三组，三组活动槽7分别设置在三组固定翼2之间，三组滑槽8分别开在三组活动槽7槽壁上并且贯穿活动槽7槽壁；进一步的，活动翼组件9包括内螺纹环11、连接块12和活动块13，连接块12和活动块13均设置有三组，三组连接块12分别与三组活动块13固定连接，三组连接块12远离活动块13的一端分别穿过三组滑槽8延伸至钻头本体1的空腔内，内螺纹环11设置在钻头本体1的空腔内，内螺纹环11与三组连接块12固定连接，活动翼组件9还包括活动翼14，活动翼14设置有三组，三组活动翼14分别与三组活动块13固定连接，三组活动块13分别设置在三组活动槽7内，固定翼2与活动翼14上均固定连接有若干组固定齿21，若干组固定齿21上均固定连接有聚晶金刚石复合片22，活动块13为l形，活动槽7的槽型为l形，活动块13的侧壁与活动槽7槽壁紧贴，活动槽7上部分槽深等于活动块13顶部厚度与活动翼14厚度之和，更具体地，活动块13的侧壁与活动槽7槽壁紧贴防止钻头工作过程中钻井液将泥沙或碎石等杂质带入钻头本体1内，导致活动翼组件9卡死，连接块12与滑槽8上槽壁抵住时，活动翼14伸出至最大程度，其顶部与固定翼2齐平，此状态下使用时，活动翼14与固定翼2共同钻进，适用于地质结构简单的地层钻进，横向的剪切力较大，延长了钻头的使用寿命，上述参照图2；参照图3，在连接块12与滑槽8的下槽壁抵住时，活动翼14顶部完全收缩到活动槽7，此状态下使用时，固定翼2单独钻进，适用于非常坚硬岩石层钻进，通过纵向的振动来提
高破碎岩石的能力，固定翼2为刚性连接，提高了耐用性并降低损坏的风险；参照图1和图4，调节组件10包括密封环15、外螺纹环16、轴承17、转轴18和转动块19，密封环15内环与外环依次与固定筒4外壁、外螺纹环16内壁固定连接，外螺纹环16与内螺纹环11螺纹连接，转轴18固定连接在外螺纹环16底部，转轴18底部穿过连接筒5和锥管螺纹筒6，轴承17内环与外环依次与连接筒5内壁、转轴18外壁固定连接，转动块19固定连接在转轴18底部，转轴18为空心轴，转动块19外形为六角帽形，具体的，钻机工作过程中，钻井液依次通过钻杆、转轴18、连接筒5、喷嘴3和钻杆与钻井间隙进行循环，对钻头和钻杆进行润滑降温，密封环15、连接筒5和转轴18保证外螺纹环16与内螺纹环11连接处与喷嘴3处隔绝，防止钻井液将泥沙等卷入钻头本体1内导致活动翼组件9卡死，转动块19的六角帽形的外形方便使用活动扳手进行转动，轴承17提高调节组件10稳定性的同时方便转轴18转动；进一步的，钻头本体1、固定筒4、连接筒5和锥管螺纹筒6轴线重合，三组喷嘴3底部位于固定筒4内，保证固定筒4将三组喷嘴3与活动翼组件9隔离，防止活动翼组件9出现卡死。
17.进一步地，连接筒5外壁设置有三组收纳槽20，三组收纳槽20位置分别与三组活动槽7位置正对，收纳槽20与活动槽7相互配合，具体的，收纳槽20为活动翼14提供位移空间，连接块12与滑槽8的下槽壁抵住时，活动翼14底部与收纳槽20底部正好相抵。
18.本发明提到的一种石油钻井用可伸缩破碎式pdc钻头的使用方法，具体包括以下步骤：s1，将钻头本体1通过三组固定翼2支撑倒立，用活动扳手卡住转动块19；s2,根据实际使用需求，用活动扳手用力正转或反转转动块19，转动块19通过转轴18带动外螺纹环16转动，使内螺纹环11通过连接块12带动活动翼14上下位移，正转或反转转动块19至最大程度，活动翼14顶部伸出至与固定翼2齐平或完全收入活动槽7中; 其中，连接块12与滑槽8上槽壁抵住时，活动翼14伸出至最大程度，其顶部与固定翼2齐平，此状态下使用时，活动翼14与固定翼2共同钻进，适用于地质结构简单的地层钻进，横向的剪切力较大，延长了钻头的使用寿命；在连接块12与滑槽8的下槽壁抵住时，活动翼14顶部完全收入活动槽7，此状态下使用时，固定翼2单独钻进，适用于非常坚硬岩石层钻进，通过纵向的振动来提高破碎岩石的能力，固定翼2为刚性连接，提高了耐用性并降低损坏的风险；s3，将锥管螺纹筒6插入钻机钻杆并拧紧固定，可进行钻探作业。
19.本发明在使用的过程中能够根据实际需求调整钻进的刀翼的状态，有效的解决了由于单一pdc钻头不能满足钻探需求导致钻探成本高的问题。
20.实施例2，本发明提到的一种石油钻井用可伸缩破碎式pdc钻头，包括钻头本体1、固定翼2、喷嘴3、固定筒4、连接筒5、锥管螺纹筒6、活动翼组件9和调节组件10；与实施例1不同之处是：固定翼2设置有四组，四组固定翼2包覆在钻头本体1外壁和顶部，钻头本体1内部设置有空腔，喷嘴3设置有四组，四组喷嘴3均螺纹连接在钻头本体1顶部并且与钻头本体1空腔连通，固定筒4固定连接在钻头本体1空腔内，连接筒5固定连接在钻头本体1底部，锥管螺纹筒6固定连接在连接筒5底部，钻头本体1外壁分别设置有活动槽7和滑槽8，活动槽7与滑槽8均竖直设置有四组，四组活动槽7分别设置在四组固定翼2之间，四组滑槽8分别开在四组活动槽7槽壁上并且贯穿活动槽7槽壁；
进一步的，活动翼组件9包括内螺纹环11、连接块12和活动块13，连接块12和活动块13均设置有四组，四组连接块12分别与四组活动块13固定连接，四组连接块12远离活动块13的一端分别穿过四组滑槽8延伸至钻头本体1的空腔内，内螺纹环11设置在钻头本体1的空腔内，内螺纹环11与四组连接块12固定连接，活动翼组件9还包括活动翼14，活动翼14设置有四组，四组活动翼14分别与四组活动块13固定连接，四组活动块13分别设置在四组活动槽7内，固定翼2与活动翼14上均固定连接有若干组固定齿21，若干组固定齿21上均固定连接有聚晶金刚石复合片22，活动块13为l形，活动槽7的槽型为l形，活动块13的侧壁与活动槽7的槽壁紧贴，活动槽7的上部分槽深等于活动块13顶部厚度与活动翼14厚度之和，更具体地，活动块13的侧壁与活动槽7的槽壁紧贴防止钻头工作过程中钻井液将泥沙或碎石等杂质带入钻头本体1内，导致活动翼组件9卡死，连接块12与滑槽8上槽壁抵住时，活动翼14伸出至最大程度，其顶部与固定翼2齐平，此状态下使用时，活动翼14与固定翼2共同钻进，适用于地质结构简单的地层钻进，横向的剪切力较大，延长了钻头的使用寿命；在连接块12与滑槽8的下槽壁抵住时，活动翼14顶部完全收入活动槽7，此状态下使用时，固定翼2单独钻进，适用于非常坚硬岩石层钻进，通过纵向的振动来提高破碎岩石的能力，固定翼2为刚性连接，提高了耐用性并降低损坏的风险。
21.以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的相应简单修改或等同变换，尽属于本发明要求保护的范围。