一种钻头组件的制作方法
一种钻头组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石油天然气开采领域，尤其涉及一种钻头组件。
【背景技术】
[0002]随着油气田钻探开发的不断深入，待开发钻进的地层结构越来越复杂。
[0003]在钻直井时，如图1所示，对于地层倾角A比较大的高陡构造等易斜地层，在没有采取任何防斜措施的情况下，钻具在所述地层中进行钻进时，钻孔容易倾斜，产生井斜问题。其中所述地层倾角A具体是指岩层层面最大倾斜线Fl的下倾方向与水平面El所夹的夹角。所述地层倾角A越大，井越不容易打直，井斜角B就越大。所述井斜角B即井斜，如图1所示，具体是指过井眼轨迹线L3上某点O的方向线F与铅垂线E2之间的夹角。井斜角表示了井眼轨迹在某点处倾斜的大小。在所述易斜地层钻直井时，如何采取有效的措施做好防斜打直工作，使井斜角B尽量小是钻井过程中最为关注和亟待解决的问题之一。
[0004]能够对所述井斜产生影响的主要因素包括:地质条件、钻头组件、操作技术等。其中关于钻头组件，假如设计合理，在钻直井时，能够起到较好的防斜和纠斜作用。关于所述钻头组件，2014年7月2日公布的中国专利说明书CN203685033U给出了一种实现方式。CN203685033U专利说明书中公开的一种防斜底部钻头组件。如图2所示，所述防斜底部钻头组件包括:钻头1、近钻头稳定器2、单弯螺杆3、钻铤4、上稳定器5。所述钻头I连接一个所述单弯螺杆3。所述单弯螺杆3带一个所述近钻头稳定器2。所述单弯螺杆3连接一个所述钻铤4。所述钻铤4上设置有上稳定器5。所述近钻头稳定器2的中心至上稳定器5中心之间的距离L2与近钻头稳定器2的中心至钻头底部的距离LI的比值的大小通过所述上稳定器在所述钻铤4上的位置调节，且所述L2与LI的比值随着地层倾角的增大而减小，从而可以减少钻头组件发生弯曲变形的程度，减少钻头偏离原来方向的机会，从而实现防斜的目的。但是在一些自然造斜率高的地层，地层对钻头的作用力更强，即使得钻头偏离井眼的作用力更强，因此应用该钻头组件仍存在井斜问题。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种具有降斜能力强的钻头组件。
[0006]本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现:一种钻头组件，其包括:纵长延伸的本体，所述本体具有上接头；所述上接头能与地面钻机驱动装置相连接；设置在所述本体远离所述上接头的一端的钻头；在所述本体上靠近所述上接头的位置设置有稳定器；在所述本体上靠近所述钻头的位置设置有弯点；所述弯点将所述本体分段成靠近所述钻头的第一部分和靠近所述上接头的第二部分；所述第一部分延伸方向与所述第二部分的延伸方向之间形成有一弯角。
[0007]优选地，所述第二部分上设置有螺杆，所述螺杆用于向所述钻头提供旋转扭矩。
[0008]优选地，所述弯角为178°至179.25°。
[0009]优选地，所述钻头具有相背对的顶部和底部，所述底部与所述本体相背离，所述弯点与所述钻头底部的距离为0.5米至2米。
[0010]优选地，所述螺杆外径小于所述钻头外径10毫米至150毫米。
[0011]优选地，所述弯点处设置有耐磨材料。
[0012]优选地，所述本体的外径小于所述钻头外径10毫米至150毫米。
[0013]优选地，所述稳定器的外径小于所述钻头外径I毫米至10毫米。
[0014]优选地，所述稳定器与所述钻头底部的距离为8米至20米。
[0015]优选地，所述螺杆包含定子和转子，所述定子与所述本体连接，由所述本体旋转驱动；所述转子由钻井液驱动，并相对于所述定子产生旋转扭矩，所述转子与所述钻头相连接。
[0016]本实用新型提供的一种钻头组件的有益效果是:本实用新型通过设置纵长延伸的本体，所述本体具有上接头；所述上接头能与地面钻机驱动装置相连接；设置在所述本体远离所述上接头的一端的钻头；在所述本体上靠近所述上接头的位置设置有稳定器；在所述本体上靠近所述钻头的位置设置有弯点；所述弯点将所述本体分段成靠近所述钻头的第一部分和靠近所述上接头的第二部分；所述第一部分延伸方向与所述第二部分的延伸方向之间形成有一弯角。实现了当地面钻机驱动装置驱动本体旋转时，本体上设置有螺杆，螺杆定子跟随本体旋转，螺杆的转子相对于定子存在一定的旋转，定子和转子同时转动驱动钻头旋转，切削岩石，进行钻井。当钻井时，钻头切削岩石，钻头将受到地层对其的作用力，即地层反力。又由于本体上具有弯点，且本体上的第一部分与第二部分之间形成有一弯角，所以本体第一部分具有偏心功能，旋转时会产生离心力，离心力为地层反力在井眼横向的分量F2和本体的自重在井眼横向的分量的矢量和，当井斜角为直井时，本体自重在井眼横向的分量为零，此时离心力全部为地层反力在井眼横向的分量，旋转一周后综合力在方向上无指向效应，即实现垂直钻井；当存在一定的井斜时，本体自重的分量不为零，而离心力一定，使得地层反力分量F2根据本体的重力在井眼横向方向的分量的变化而变化。当钻头旋转到弯角所在的旋转面即弯角平面的底边时，离心力方向与重力分量方向相反，地层反力分量F2必然增加，进而钻头破碎岩石量将增加。当钻头旋转到弯角平面的高边时，离心力方向和重力分量相同，地层反力分量F2必然减小，进而钻头破碎岩石量减少，综合起来使得井眼朝着底边钻进，达到降斜的效果。
[0017]此外，由于本实用新型相对于现有技术中省去了近钻头稳定器，即只在本体上部设置一个稳定器，而将钻头位置的近钻头稳定器去除，类似钟摆钻具，具有较大的钟摆力；当存在一定的井斜角时，现有技术中的近钻头稳定器必然与井壁接触，产生接触力，即近钻头稳定器对本体产生支撑力，从而使得本体旋转时的离心力为重力分量、地层反力分量和支撑力三者矢量和。因支撑力方向和重力分量方向始终相反，大小略小于重力分量。根据前面分析可知同时，支撑力的存在会减小本体的弯角平面在底边和高边处的地层反力分量F2的差额，从而减小了钻头在弯角平面的底边和高边破碎岩石的差异，降低了防斜效果。本实用新型取消了近钻头稳定器，减少了支撑，最大程度的增加了地层反力分量F2在底边方向上的大小，降低在高边上的力，从而增大了钻头在弯角平面的底边和高边破碎岩石的差异，从而实现纠斜功能。所以本实用新型提供的一种钻头组件增强了钻头钻井时的降斜能力，从而实现了本实用新型提供一种具有降斜能力强的钻头组件的目的。
【附图说明】
[0018]为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1现有技术中的示意图；
[0020]图2现有技术中的另一示意图；
[0021]图3本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0023]如图3所示，本实用新型提供一种钻头组件，其包括:纵长延伸的本体10，所述本体10具有上接头11;所述上接头11能与地面钻机驱动装置相连接；设置在所述本体10远离所述上接头11的一端的钻头29 ;在所述本体10上靠近所述上接头11的位置设置有稳定器15 ;在所述本体10上靠近所述钻头29的位置设置有弯点19 ;所述弯点19将所述本体10分段成靠近所述钻头29的第一部分21和靠近所述上接头11的第二部分23 ;所述第一部分21的延伸方向与所述第二部分23的延伸方向之间形成有一弯角α。
[0024]本实用新型提供的一种钻头组件实现了当地面钻机驱动装置驱动本体10旋转时，本体10上设置有螺杆31，螺杆31定子跟随本体10旋转，螺杆31的转子相对于定子存在一定的旋转，定子和转子同时转动驱动钻头29旋转，切削岩石，进行钻井。当钻井时，钻头29切削岩石，钻头29将受到地层对其的作用力，即地层反力。又由于本体10上具有弯点19，且本体10上的第一部分21与第二部分23之间形成有一弯角α，所以本体10第一部分21具有偏心功能，旋转时会产生离心力，离心力为地层反力在井眼横向的分量F2和本体10的自重在井眼横向的分量的矢量和，当井斜角为直井时，本体10自重在井眼横向的分量为零，此时离心力全部为地层反力在井眼横向的分量，旋转一周后综合力在方向上无指向效应，即实现垂直钻井；当存在一定的井斜时，本体10自重的分量不为零，而离心力一定，使得地层反力分量F2根据本体10的重力在井眼横向方向的分量的变化而变化。当钻头29旋转到弯角α所在的旋转面即弯角平面的底边时，离心力方向与重力分量方向相反，地层反力分量F2必然增加，进而钻头29破碎岩石量将增加。当钻头29旋转到弯角平面的高边时，离心力方向和重力分量相同，地层反力分量F2必然减小，进而钻头29破碎岩石量减少，综合起来使得井眼朝着底边钻进，达到降斜的效果。
[0025]此外，由于本实用新型相对于现有技术中省去了近钻头稳定器，即只在本体10上部设置一个稳定器15，而将钻头位置的近钻头稳定器去除，类似钟摆钻具，具有较大的钟摆力；当 存在一定的井斜角时，现有技术中的近钻头稳定器必然与井壁接触，产生接触力，即近钻头稳定器对本体10产生支撑力，从而使得本体10旋转时的离心力为重力分量、地层反力分量和支撑力三者矢量和。因支撑力方向和重力分量方向始终相反，大小略小于重力分量。根据前面分析可知同时，支撑力的存在会减小本体10的弯角平面在底边和高边处的地层反力分量F2的差额，从而减小了钻头29在弯角平面的底边和高边破碎岩石的差异，降低了防斜效果。本实用新型取消了近钻头稳定器，减少了支撑，最大程度的增加了地层反力分量F2在底边方向上的大小，降低在高边上的力，从而增大了钻头29在弯角平面的底边和高边破碎岩石的差异，从而实现纠斜功能。所以本实用新型提供的一种钻头组件增强了钻头钻井时的降斜能力，从而实现了本实用新型提供一种具有降斜能力强的钻头组件的目的。
[0026]本实用新型提供的一种钻头组件可以应用于石油天然气井钻井现场。
[0027]如图3所示，在本实施方式中，纵长延伸的本体10，该本体10具有相背对的上接头11 ;该上接头11能与地面钻机驱动装置相连接，从而使得该地面驱动装置能用于驱动本体10的转动，从而本体10带动钻头29转动。该本体10的外径小于钻头29外径10毫米至150毫米，且需满足钻井工程安全作业的需求，当钻头29的外径比较小时，该本体10的外径相比该钻头29外径的缩小的值选较小的值。
[0028]如图3所示，在本实施方式中，在该本体10上靠近上接头11的位置设置有稳定器15，当钻头在钻井时，该稳定器15设置在本体10的外围后，可以避免本体10与外壁之间的摩擦，防止本体10的磨损。根据稳定器15的形状，该稳定器15可以采用螺旋稳定器15，但是在一些易缩径地层可根据需要选择直棱形或四方棱稳定器。该稳定器15的外径小于所述钻头29外径I毫米至10毫米，当钻头29的外径比较小时，该稳定器15的外径相比该钻头29外径的缩小的值选较小的值。稳定器15与所述钻头29底部27的距离为8米至20米。该稳定器15可以是与本体10 —体式结构，也可以是采用小短接形式通过螺纹与本体10连接，从而与该本体10实现相对固定。
[0029]如图3所示，在本实施方式中，具有相背对的顶部25和底部27的钻头29，该钻头29设置在本体10远离上接头11的一端，该底部27与本体10相背离，该钻头29用于钻井时，切削地层岩石，从而实现钻井的目的。在本实施方式中，该钻头29可以为高速牙轮钻头29，也可以是PDC钻头29。在本实施方式中，该顶部25与本体10背离上接头11的一端相连接，从而当本体10旋转时，该钻头29也随之旋转。在本实施方式中，该连接方式可以为螺纹连接，也可以是其他的连接方式，不限于此，例如焊接。为防止本体10消耗较大的扭矩，在本实施方式中，弯点19与钻头29底部27的距离为0.5米至2米。
[0030]如图3所示，在本实施方式中，在本体10上靠近钻头29的位置设置有弯点19 ;弯点19将本体10分段成靠近钻头29的第一部分21和靠近上接头11的第二部分23 ;第一部分21的延伸方向与第二部分23的延伸方向之间形成有一弯角α，该弯角α为从第二部分23的延伸方向围绕该弯点19逆时针旋向第一部分21的延伸方向所成的角。在本实施方式中，该弯角α为178°至179.25°。该弯角大小的选取可根据地层自然造斜能力来选择，自然造斜能力越强，该弯角的大小越小。弯点19处设置有耐磨材料，以提高其强度，防止过早地疲劳损坏。在本实施方式中，该耐磨材料可以为加厚的形式，也可以是镶嵌硬质合金材料。
[0031]如图3所示，在本实施方式中，当地面钻机驱动装置驱动本体10旋转时，本体10上设置有螺杆31，螺杆31定子跟随本体10旋转，螺杆31的转子相对于定子存在一定的旋转，定子和转子同时转动驱动钻头29旋转，切削岩石，进行钻井。当钻井时，钻头29切削岩石，钻头29将受到地层对其的作用力，即地层反力。又由于本体10上具有弯点19，且本体10上的第一部分21与第二部分23之间形成有一弯角α，所以本体10第一部分21具有偏心功能，旋转时会产生离心力，离心力为地层反力在井眼横向的分量F2和本体10的自重在井眼横向的分量的矢量和，当井斜角为直井时，本体10自重在井眼横向的分量为零，此时离心力全部为地层反力在井眼横向的分量，旋转一周后综合力在方向上无指向效应，即实现垂直钻井；当存在一定的井斜时，本体10自重的分量不为零，而离心力一定，使得地层反力分量F2根据本体10的重力在井眼横向方向的分量的变化而变化。当钻头29旋转到弯角α所在的旋转面即弯角平面的底边时，离心力方向与重力分量方向相反，地层反力分量F2必然增加，进而钻头29破碎岩石量将增加。当钻头29旋转到弯角平面的高边时，离心力方向和重力分量相同，地层反力分量F2必然减小，进而钻头29破碎岩石量减少，综合起来使得井眼朝着底边钻进，达到降斜的效果。
[0032]此外，由于本实用新型相对于现有技术中省去了近钻头稳定器，即只在本体10上部设置一个稳定器15，而将钻头位置的近钻头稳定器去除，类似钟摆钻具，具有较大的钟摆力；当存在一定的井斜角时，现有技术中的近钻头稳定器必然与井壁接触，产生接触力，即近钻头稳定器对本体10产生支撑力，从而使得本体10旋转时的离心力为重力分量、地层反力分量和支撑力三者矢量和。因支撑力方向和重力分量方向始终相反，大小略小于重力分量。根据前面分析可知同时，支撑力的存在会减小本体10的弯角平面在底边和高边处的地层反力分量F2的差额，从而减小了钻头29在弯角平面的底边和高边破碎岩石的差异，降低了防斜效果。本实用新型取消了近钻头稳定器，减少了支撑，最大程度的增加了地层反力分量F2在底边方向上的大小，降低在高边上的力，从而增大了钻头29在弯角平面的底边和高边破碎岩石的差异，从而实现纠斜功能。所以本实用新型提供的一种钻头组件增强了钻头钻井时的降斜能力，从而实现了本实用新型提供一种具有降斜能力强的钻头组件的目的。
[0033]如图3所示，在本实施方式中，第二部分23上设置有螺杆31，从而使得钻井液能从本体10进入该螺杆31。该螺杆31用于向钻头29施加旋转扭矩。该螺杆31包含定子和转子，该定子与本体10相连接，且定子由本体10旋转驱动转动，而本体10由地面驱动装置驱动转动；转子由钻井液驱动并相对于定子进行旋转，输出扭矩，，且转子与钻头29相连接，从而钻头29的转速为定子的转速与转子的转速累计之和，从而实现了钻头29旋转的复合驱动，即由地面驱动装置和螺杆复合驱动，从而可获得更高的钻头29转速，实现高速切削岩石，提高钻井速度的目的。该螺杆外径小于该钻头29外径10毫米至150毫米。
[0034]以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。
【主权项】
1.一种钻头组件，其特征在于，其包括: 纵长延伸的本体，所述本体具有上接头；所述上接头能与地面钻机驱动装置相连接； 设置在所述本体远离所述上接头的一端的钻头； 在所述本体上靠近所述上接头的位置设置有稳定器； 在所述本体上靠近所述钻头的位置设置有弯点；所述弯点将所述本体分段成靠近所述钻头的第一部分和靠近所述上接头的第二部分；所述第一部分延伸方向与所述第二部分的延伸方向之间形成有一弯角。2.根据权利要求1所述的钻头组件，其特征在于:所述第二部分上设置有螺杆，所述螺杆用于向所述钻头提供旋转扭矩。3.根据权利要求2所述的钻头组件，其特征在于:所述弯角为178°至179.25°。4.根据权利要求3所述的钻头组件，其特征在于:所述钻头具有相背对的顶部和底部，所述底部与所述本体相背离，所述弯点与所述钻头底部的距离为0.5米至2米。5.根据权利要求4所述的钻头组件，其特征在于:所述螺杆外径小于所述钻头外径10毫米至150毫米。6.根据权利要求5所述的钻头组件，其特征在于:所述弯点处设置有耐磨材料。7.根据权利要求6所述的钻头组件，其特征在于:所述本体的外径小于所述钻头外径10毫米至150毫米。8.根据权利要求7所述的钻头组件，其特征在于:所述稳定器的外径小于所述钻头外径I毫米至10毫米。9.根据权利要求8所述的钻头组件，其特征在于:所述稳定器与所述钻头底部的距离为8米至20米。10.根据权利要求9所述的钻头组件，其特征在于:所述螺杆包含定子和转子，所述定子与所述本体连接，由所述本体旋转驱动；所述转子由钻井液驱动，并相对于所述定子产生旋转扭矩，所述转子与所述钻头相连接。
【专利摘要】本实用新型提供一种钻头组件，其包括：纵长延伸的本体，所述本体具有上接头；所述上接头能与地面钻机驱动装置相连接；设置在所述本体远离所述上接头的一端的钻头；在所述本体上靠近所述上接头的位置设置有稳定器；在所述本体上靠近所述钻头的位置设置有弯点；所述弯点将所述本体分段成靠近所述钻头的第一部分和靠近所述上接头的第二部分；所述第一部分延伸方向与所述第二部分的延伸方向之间形成有一弯角，实现了本实用新型提供一种具有降斜能力强的钻头组件的目的。
【IPC分类】E21B7/04, E21B17/00
【公开号】CN204703762
【申请号】CN201520282210
【发明人】胡贵, 石李保, 李令东, 梁奇敏
【申请人】中国石油天然气股份有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年5月5日
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石油天然气开采领域，尤其涉及一种钻头组件。
【背景技术】
[0002]随着油气田钻探开发的不断深入，待开发钻进的地层结构越来越复杂。
[0003]在钻直井时，如图1所示，对于地层倾角A比较大的高陡构造等易斜地层，在没有采取任何防斜措施的情况下，钻具在所述地层中进行钻进时，钻孔容易倾斜，产生井斜问题。其中所述地层倾角A具体是指岩层层面最大倾斜线Fl的下倾方向与水平面El所夹的夹角。所述地层倾角A越大，井越不容易打直，井斜角B就越大。所述井斜角B即井斜，如图1所示，具体是指过井眼轨迹线L3上某点O的方向线F与铅垂线E2之间的夹角。井斜角表示了井眼轨迹在某点处倾斜的大小。在所述易斜地层钻直井时，如何采取有效的措施做好防斜打直工作，使井斜角B尽量小是钻井过程中最为关注和亟待解决的问题之一。
[0004]能够对所述井斜产生影响的主要因素包括:地质条件、钻头组件、操作技术等。其中关于钻头组件，假如设计合理，在钻直井时，能够起到较好的防斜和纠斜作用。关于所述钻头组件，2014年7月2日公布的中国专利说明书CN203685033U给出了一种实现方式。CN203685033U专利说明书中公开的一种防斜底部钻头组件。如图2所示，所述防斜底部钻头组件包括:钻头1、近钻头稳定器2、单弯螺杆3、钻铤4、上稳定器5。所述钻头I连接一个所述单弯螺杆3。所述单弯螺杆3带一个所述近钻头稳定器2。所述单弯螺杆3连接一个所述钻铤4。所述钻铤4上设置有上稳定器5。所述近钻头稳定器2的中心至上稳定器5中心之间的距离L2与近钻头稳定器2的中心至钻头底部的距离LI的比值的大小通过所述上稳定器在所述钻铤4上的位置调节，且所述L2与LI的比值随着地层倾角的增大而减小，从而可以减少钻头组件发生弯曲变形的程度，减少钻头偏离原来方向的机会，从而实现防斜的目的。但是在一些自然造斜率高的地层，地层对钻头的作用力更强，即使得钻头偏离井眼的作用力更强，因此应用该钻头组件仍存在井斜问题。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种具有降斜能力强的钻头组件。
[0006]本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现:一种钻头组件，其包括:纵长延伸的本体，所述本体具有上接头；所述上接头能与地面钻机驱动装置相连接；设置在所述本体远离所述上接头的一端的钻头；在所述本体上靠近所述上接头的位置设置有稳定器；在所述本体上靠近所述钻头的位置设置有弯点；所述弯点将所述本体分段成靠近所述钻头的第一部分和靠近所述上接头的第二部分；所述第一部分延伸方向与所述第二部分的延伸方向之间形成有一弯角。
[0007]优选地，所述第二部分上设置有螺杆，所述螺杆用于向所述钻头提供旋转扭矩。
[0008]优选地，所述弯角为178°至179.25°。
[0009]优选地，所述钻头具有相背对的顶部和底部，所述底部与所述本体相背离，所述弯点与所述钻头底部的距离为0.5米至2米。
[0010]优选地，所述螺杆外径小于所述钻头外径10毫米至150毫米。
[0011]优选地，所述弯点处设置有耐磨材料。
[0012]优选地，所述本体的外径小于所述钻头外径10毫米至150毫米。
[0013]优选地，所述稳定器的外径小于所述钻头外径I毫米至10毫米。
[0014]优选地，所述稳定器与所述钻头底部的距离为8米至20米。
[0015]优选地，所述螺杆包含定子和转子，所述定子与所述本体连接，由所述本体旋转驱动；所述转子由钻井液驱动，并相对于所述定子产生旋转扭矩，所述转子与所述钻头相连接。
[0016]本实用新型提供的一种钻头组件的有益效果是:本实用新型通过设置纵长延伸的本体，所述本体具有上接头；所述上接头能与地面钻机驱动装置相连接；设置在所述本体远离所述上接头的一端的钻头；在所述本体上靠近所述上接头的位置设置有稳定器；在所述本体上靠近所述钻头的位置设置有弯点；所述弯点将所述本体分段成靠近所述钻头的第一部分和靠近所述上接头的第二部分；所述第一部分延伸方向与所述第二部分的延伸方向之间形成有一弯角。实现了当地面钻机驱动装置驱动本体旋转时，本体上设置有螺杆，螺杆定子跟随本体旋转，螺杆的转子相对于定子存在一定的旋转，定子和转子同时转动驱动钻头旋转，切削岩石，进行钻井。当钻井时，钻头切削岩石，钻头将受到地层对其的作用力，即地层反力。又由于本体上具有弯点，且本体上的第一部分与第二部分之间形成有一弯角，所以本体第一部分具有偏心功能，旋转时会产生离心力，离心力为地层反力在井眼横向的分量F2和本体的自重在井眼横向的分量的矢量和，当井斜角为直井时，本体自重在井眼横向的分量为零，此时离心力全部为地层反力在井眼横向的分量，旋转一周后综合力在方向上无指向效应，即实现垂直钻井；当存在一定的井斜时，本体自重的分量不为零，而离心力一定，使得地层反力分量F2根据本体的重力在井眼横向方向的分量的变化而变化。当钻头旋转到弯角所在的旋转面即弯角平面的底边时，离心力方向与重力分量方向相反，地层反力分量F2必然增加，进而钻头破碎岩石量将增加。当钻头旋转到弯角平面的高边时，离心力方向和重力分量相同，地层反力分量F2必然减小，进而钻头破碎岩石量减少，综合起来使得井眼朝着底边钻进，达到降斜的效果。
[0017]此外，由于本实用新型相对于现有技术中省去了近钻头稳定器，即只在本体上部设置一个稳定器，而将钻头位置的近钻头稳定器去除，类似钟摆钻具，具有较大的钟摆力；当存在一定的井斜角时，现有技术中的近钻头稳定器必然与井壁接触，产生接触力，即近钻头稳定器对本体产生支撑力，从而使得本体旋转时的离心力为重力分量、地层反力分量和支撑力三者矢量和。因支撑力方向和重力分量方向始终相反，大小略小于重力分量。根据前面分析可知同时，支撑力的存在会减小本体的弯角平面在底边和高边处的地层反力分量F2的差额，从而减小了钻头在弯角平面的底边和高边破碎岩石的差异，降低了防斜效果。本实用新型取消了近钻头稳定器，减少了支撑，最大程度的增加了地层反力分量F2在底边方向上的大小，降低在高边上的力，从而增大了钻头在弯角平面的底边和高边破碎岩石的差异，从而实现纠斜功能。所以本实用新型提供的一种钻头组件增强了钻头钻井时的降斜能力，从而实现了本实用新型提供一种具有降斜能力强的钻头组件的目的。
【附图说明】
[0018]为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1现有技术中的示意图；
[0020]图2现有技术中的另一示意图；
[0021]图3本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0023]如图3所示，本实用新型提供一种钻头组件，其包括:纵长延伸的本体10，所述本体10具有上接头11;所述上接头11能与地面钻机驱动装置相连接；设置在所述本体10远离所述上接头11的一端的钻头29 ;在所述本体10上靠近所述上接头11的位置设置有稳定器15 ;在所述本体10上靠近所述钻头29的位置设置有弯点19 ;所述弯点19将所述本体10分段成靠近所述钻头29的第一部分21和靠近所述上接头11的第二部分23 ;所述第一部分21的延伸方向与所述第二部分23的延伸方向之间形成有一弯角α。
[0024]本实用新型提供的一种钻头组件实现了当地面钻机驱动装置驱动本体10旋转时，本体10上设置有螺杆31，螺杆31定子跟随本体10旋转，螺杆31的转子相对于定子存在一定的旋转，定子和转子同时转动驱动钻头29旋转，切削岩石，进行钻井。当钻井时，钻头29切削岩石，钻头29将受到地层对其的作用力，即地层反力。又由于本体10上具有弯点19，且本体10上的第一部分21与第二部分23之间形成有一弯角α，所以本体10第一部分21具有偏心功能，旋转时会产生离心力，离心力为地层反力在井眼横向的分量F2和本体10的自重在井眼横向的分量的矢量和，当井斜角为直井时，本体10自重在井眼横向的分量为零，此时离心力全部为地层反力在井眼横向的分量，旋转一周后综合力在方向上无指向效应，即实现垂直钻井；当存在一定的井斜时，本体10自重的分量不为零，而离心力一定，使得地层反力分量F2根据本体10的重力在井眼横向方向的分量的变化而变化。当钻头29旋转到弯角α所在的旋转面即弯角平面的底边时，离心力方向与重力分量方向相反，地层反力分量F2必然增加，进而钻头29破碎岩石量将增加。当钻头29旋转到弯角平面的高边时，离心力方向和重力分量相同，地层反力分量F2必然减小，进而钻头29破碎岩石量减少，综合起来使得井眼朝着底边钻进，达到降斜的效果。
[0025]此外，由于本实用新型相对于现有技术中省去了近钻头稳定器，即只在本体10上部设置一个稳定器15，而将钻头位置的近钻头稳定器去除，类似钟摆钻具，具有较大的钟摆力；当 存在一定的井斜角时，现有技术中的近钻头稳定器必然与井壁接触，产生接触力，即近钻头稳定器对本体10产生支撑力，从而使得本体10旋转时的离心力为重力分量、地层反力分量和支撑力三者矢量和。因支撑力方向和重力分量方向始终相反，大小略小于重力分量。根据前面分析可知同时，支撑力的存在会减小本体10的弯角平面在底边和高边处的地层反力分量F2的差额，从而减小了钻头29在弯角平面的底边和高边破碎岩石的差异，降低了防斜效果。本实用新型取消了近钻头稳定器，减少了支撑，最大程度的增加了地层反力分量F2在底边方向上的大小，降低在高边上的力，从而增大了钻头29在弯角平面的底边和高边破碎岩石的差异，从而实现纠斜功能。所以本实用新型提供的一种钻头组件增强了钻头钻井时的降斜能力，从而实现了本实用新型提供一种具有降斜能力强的钻头组件的目的。
[0026]本实用新型提供的一种钻头组件可以应用于石油天然气井钻井现场。
[0027]如图3所示，在本实施方式中，纵长延伸的本体10，该本体10具有相背对的上接头11 ;该上接头11能与地面钻机驱动装置相连接，从而使得该地面驱动装置能用于驱动本体10的转动，从而本体10带动钻头29转动。该本体10的外径小于钻头29外径10毫米至150毫米，且需满足钻井工程安全作业的需求，当钻头29的外径比较小时，该本体10的外径相比该钻头29外径的缩小的值选较小的值。
[0028]如图3所示，在本实施方式中，在该本体10上靠近上接头11的位置设置有稳定器15，当钻头在钻井时，该稳定器15设置在本体10的外围后，可以避免本体10与外壁之间的摩擦，防止本体10的磨损。根据稳定器15的形状，该稳定器15可以采用螺旋稳定器15，但是在一些易缩径地层可根据需要选择直棱形或四方棱稳定器。该稳定器15的外径小于所述钻头29外径I毫米至10毫米，当钻头29的外径比较小时，该稳定器15的外径相比该钻头29外径的缩小的值选较小的值。稳定器15与所述钻头29底部27的距离为8米至20米。该稳定器15可以是与本体10 —体式结构，也可以是采用小短接形式通过螺纹与本体10连接，从而与该本体10实现相对固定。
[0029]如图3所示，在本实施方式中，具有相背对的顶部25和底部27的钻头29，该钻头29设置在本体10远离上接头11的一端，该底部27与本体10相背离，该钻头29用于钻井时，切削地层岩石，从而实现钻井的目的。在本实施方式中，该钻头29可以为高速牙轮钻头29，也可以是PDC钻头29。在本实施方式中，该顶部25与本体10背离上接头11的一端相连接，从而当本体10旋转时，该钻头29也随之旋转。在本实施方式中，该连接方式可以为螺纹连接，也可以是其他的连接方式，不限于此，例如焊接。为防止本体10消耗较大的扭矩，在本实施方式中，弯点19与钻头29底部27的距离为0.5米至2米。
[0030]如图3所示，在本实施方式中，在本体10上靠近钻头29的位置设置有弯点19 ;弯点19将本体10分段成靠近钻头29的第一部分21和靠近上接头11的第二部分23 ;第一部分21的延伸方向与第二部分23的延伸方向之间形成有一弯角α，该弯角α为从第二部分23的延伸方向围绕该弯点19逆时针旋向第一部分21的延伸方向所成的角。在本实施方式中，该弯角α为178°至179.25°。该弯角大小的选取可根据地层自然造斜能力来选择，自然造斜能力越强，该弯角的大小越小。弯点19处设置有耐磨材料，以提高其强度，防止过早地疲劳损坏。在本实施方式中，该耐磨材料可以为加厚的形式，也可以是镶嵌硬质合金材料。
[0031]如图3所示，在本实施方式中，当地面钻机驱动装置驱动本体10旋转时，本体10上设置有螺杆31，螺杆31定子跟随本体10旋转，螺杆31的转子相对于定子存在一定的旋转，定子和转子同时转动驱动钻头29旋转，切削岩石，进行钻井。当钻井时，钻头29切削岩石，钻头29将受到地层对其的作用力，即地层反力。又由于本体10上具有弯点19，且本体10上的第一部分21与第二部分23之间形成有一弯角α，所以本体10第一部分21具有偏心功能，旋转时会产生离心力，离心力为地层反力在井眼横向的分量F2和本体10的自重在井眼横向的分量的矢量和，当井斜角为直井时，本体10自重在井眼横向的分量为零，此时离心力全部为地层反力在井眼横向的分量，旋转一周后综合力在方向上无指向效应，即实现垂直钻井；当存在一定的井斜时，本体10自重的分量不为零，而离心力一定，使得地层反力分量F2根据本体10的重力在井眼横向方向的分量的变化而变化。当钻头29旋转到弯角α所在的旋转面即弯角平面的底边时，离心力方向与重力分量方向相反，地层反力分量F2必然增加，进而钻头29破碎岩石量将增加。当钻头29旋转到弯角平面的高边时，离心力方向和重力分量相同，地层反力分量F2必然减小，进而钻头29破碎岩石量减少，综合起来使得井眼朝着底边钻进，达到降斜的效果。
[0032]此外，由于本实用新型相对于现有技术中省去了近钻头稳定器，即只在本体10上部设置一个稳定器15，而将钻头位置的近钻头稳定器去除，类似钟摆钻具，具有较大的钟摆力；当存在一定的井斜角时，现有技术中的近钻头稳定器必然与井壁接触，产生接触力，即近钻头稳定器对本体10产生支撑力，从而使得本体10旋转时的离心力为重力分量、地层反力分量和支撑力三者矢量和。因支撑力方向和重力分量方向始终相反，大小略小于重力分量。根据前面分析可知同时，支撑力的存在会减小本体10的弯角平面在底边和高边处的地层反力分量F2的差额，从而减小了钻头29在弯角平面的底边和高边破碎岩石的差异，降低了防斜效果。本实用新型取消了近钻头稳定器，减少了支撑，最大程度的增加了地层反力分量F2在底边方向上的大小，降低在高边上的力，从而增大了钻头29在弯角平面的底边和高边破碎岩石的差异，从而实现纠斜功能。所以本实用新型提供的一种钻头组件增强了钻头钻井时的降斜能力，从而实现了本实用新型提供一种具有降斜能力强的钻头组件的目的。
[0033]如图3所示，在本实施方式中，第二部分23上设置有螺杆31，从而使得钻井液能从本体10进入该螺杆31。该螺杆31用于向钻头29施加旋转扭矩。该螺杆31包含定子和转子，该定子与本体10相连接，且定子由本体10旋转驱动转动，而本体10由地面驱动装置驱动转动；转子由钻井液驱动并相对于定子进行旋转，输出扭矩，，且转子与钻头29相连接，从而钻头29的转速为定子的转速与转子的转速累计之和，从而实现了钻头29旋转的复合驱动，即由地面驱动装置和螺杆复合驱动，从而可获得更高的钻头29转速，实现高速切削岩石，提高钻井速度的目的。该螺杆外径小于该钻头29外径10毫米至150毫米。
[0034]以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。
【主权项】
1.一种钻头组件，其特征在于，其包括: 纵长延伸的本体，所述本体具有上接头；所述上接头能与地面钻机驱动装置相连接； 设置在所述本体远离所述上接头的一端的钻头； 在所述本体上靠近所述上接头的位置设置有稳定器； 在所述本体上靠近所述钻头的位置设置有弯点；所述弯点将所述本体分段成靠近所述钻头的第一部分和靠近所述上接头的第二部分；所述第一部分延伸方向与所述第二部分的延伸方向之间形成有一弯角。2.根据权利要求1所述的钻头组件，其特征在于:所述第二部分上设置有螺杆，所述螺杆用于向所述钻头提供旋转扭矩。3.根据权利要求2所述的钻头组件，其特征在于:所述弯角为178°至179.25°。4.根据权利要求3所述的钻头组件，其特征在于:所述钻头具有相背对的顶部和底部，所述底部与所述本体相背离，所述弯点与所述钻头底部的距离为0.5米至2米。5.根据权利要求4所述的钻头组件，其特征在于:所述螺杆外径小于所述钻头外径10毫米至150毫米。6.根据权利要求5所述的钻头组件，其特征在于:所述弯点处设置有耐磨材料。7.根据权利要求6所述的钻头组件，其特征在于:所述本体的外径小于所述钻头外径10毫米至150毫米。8.根据权利要求7所述的钻头组件，其特征在于:所述稳定器的外径小于所述钻头外径I毫米至10毫米。9.根据权利要求8所述的钻头组件，其特征在于:所述稳定器与所述钻头底部的距离为8米至20米。10.根据权利要求9所述的钻头组件，其特征在于:所述螺杆包含定子和转子，所述定子与所述本体连接，由所述本体旋转驱动；所述转子由钻井液驱动，并相对于所述定子产生旋转扭矩，所述转子与所述钻头相连接。
【专利摘要】本实用新型提供一种钻头组件，其包括：纵长延伸的本体，所述本体具有上接头；所述上接头能与地面钻机驱动装置相连接；设置在所述本体远离所述上接头的一端的钻头；在所述本体上靠近所述上接头的位置设置有稳定器；在所述本体上靠近所述钻头的位置设置有弯点；所述弯点将所述本体分段成靠近所述钻头的第一部分和靠近所述上接头的第二部分；所述第一部分延伸方向与所述第二部分的延伸方向之间形成有一弯角，实现了本实用新型提供一种具有降斜能力强的钻头组件的目的。
【IPC分类】E21B7/04, E21B17/00
【公开号】CN204703762
【申请号】CN201520282210
【发明人】胡贵, 石李保, 李令东, 梁奇敏
【申请人】中国石油天然气股份有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年5月5日
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