專利名稱：一種雙層套管開窗鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油鉆井及修井工程用井下工具技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種雙層套管開窗鉆頭。
背景技術(shù)：
雙層套管開窗是在井下一定深度處同時存在油層套管和技術(shù)套管的位置進(jìn)行的開窗側(cè)鉆工藝，主要用于解決油田老區(qū)塊上套損井、變形井和事故井，使之恢復(fù)產(chǎn)能，也是油田中后期降低成本增產(chǎn)原油(開發(fā)剩余油氣藏)的重要措施之一。雙層套管開窗側(cè)鉆技術(shù)的核心是要有與之配套的可靠的高效率開窗鉆頭，目前還沒有專用的雙層套管開窗鉆頭，大都是將普通單層套管開窗銑錐應(yīng)用于雙層套管開窗作業(yè)。如中國專利2012100454151，公開了一種硬地層套管開窗鉆頭，具有鉆頭基體，鉆頭基體包括接頭、保徑面、錐形面和底端面，在鉆頭基體的不同部位設(shè)置有不同結(jié)構(gòu)形狀的切削磨塊，其中導(dǎo)向磨塊設(shè)置于底端面，鉆孔磨塊設(shè)置于錐形面，保徑磨塊設(shè)置于保徑面。由于雙層套管的尺寸大、套管壁厚、套管鋼級強度高，使得普通單只銑錐開透兩層金屬套管難度增大、可靠性差、開窗成功率低、開窗周期長、大大降低了雙層套管開窗側(cè)鉆效率，增加了鉆井成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供開窗效率高、壽命長、開窗成功率高的一種雙層套管開窗鉆頭。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種雙層套管開窗鉆頭，它包括一級鉆頭基體，一級鉆頭基體上設(shè)有依次連接的上接頭和一級切削部，一級切削部包括柱形布齒 面、錐形布齒面和底端面，它還包括二級鉆頭基體，二級鉆頭基體上設(shè)有依次連接的接頭、二級切削部和下接頭，上接頭與下接頭連接為一體，二級切削部上設(shè)有螺旋柱形布齒面、螺旋齒槽、螺旋水槽和設(shè)置于二級切削部與下接頭連接處的過渡折面，一級切削部上還設(shè)有齒槽和水槽，柱形布齒面、錐形布齒面、底端面、螺旋柱形布齒面和過渡折面上分布有鉆孔，鉆孔內(nèi)設(shè)置有硬質(zhì)合金齒，齒槽內(nèi)設(shè)置有硬質(zhì)合金塊A，螺旋齒槽內(nèi)設(shè)置有硬質(zhì)合金塊B。所述的底端面由折面和曲面構(gòu)成，底端面上的水槽內(nèi)設(shè)有水眼。所述的一級切削部上沿周向均布有四條水槽，且四條水槽相交于底端面的中心。所述的過渡折面由三個折面構(gòu)成，二級切削部上對稱設(shè)置兩個螺旋水槽。所述的柱形布齒面和錐形布齒面上的硬質(zhì)合金齒呈直線型交錯分布，螺旋柱形布齒面上的硬質(zhì)合金齒呈螺旋型交錯分布，一級切削部上硬質(zhì)合金齒和硬質(zhì)合金塊A沿周向相間布置，二級切削部上硬質(zhì)合金齒和硬質(zhì)合金塊B沿周向相間布置。位于所述的硬質(zhì)合金齒間的柱形布齒面、錐形布齒面和底端面上還設(shè)置有硬質(zhì)合金顆粒。所述的二級切削部上還設(shè)有硬質(zhì)合金堆焊槽，硬質(zhì)合金堆焊槽內(nèi)設(shè)置有硬質(zhì)合金顆粒。
所述的一級切削部和二級切削部上的硬質(zhì)合金齒均沿鉆頭切削方向反向偏轉(zhuǎn)5°設(shè)置。所述的硬質(zhì)合金齒、硬質(zhì)合金塊A、硬質(zhì)合金塊B和硬質(zhì)合金顆粒均采用高耐磨性、高強度、高硬度材料制成。本發(fā)明具有以下優(yōu)點
本發(fā)明設(shè)置有兩個不同結(jié)構(gòu)的一級鉆頭基體和二級鉆頭基體，并采用高耐磨性、高強度、高硬度材料制成的硬質(zhì)合金切削齒和硬質(zhì)合金塊設(shè)置于鉆頭基體的不同部位，結(jié)合硬質(zhì)合金齒和硬質(zhì)合金塊的切削優(yōu)點，合理地混合交錯布齒，使其能較好地適應(yīng)雙層套管開窗過程的非對稱性、非穩(wěn)定性和形態(tài)隨機性所形成的斷續(xù)切削工況；一級鉆頭基體和二級 鉆頭基體的切削部上均設(shè)置有硬質(zhì)合金顆粒，進(jìn)一步提高了鉆頭的切削性能和耐磨性能，延長了鉆頭的使用壽命；由于設(shè)置兩級鉆頭基體，可同時實現(xiàn)銑削兩層金屬套管、擴窗口及修窗口等工藝，不同切削階段由一級鉆頭基體和二級鉆頭基體的切削部的不同部位完成對應(yīng)部位的切削，一次性完成雙層套管開窗作業(yè)，具有效率高、壽命長及成功率高的特點，解決了雙層套管開窗成功率低、效率低的技術(shù)難題。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖 圖3為本發(fā)明的仰視結(jié)構(gòu)示意圖
圖4為圖2沿A-A截面的放大剖視圖
圖中，I- 一級鉆頭基體,2- 二級鉆頭基體，3-硬質(zhì)合金齒，4-硬質(zhì)合金塊A，5-硬質(zhì)合金顆粒，6-硬質(zhì)合金塊B，7-水眼，8- —級切削部，9-柱形布齒面，10-錐形布齒面，11-上接頭，12-底端面，13-接頭，14- 二級切削部，15-下接頭，16-螺旋柱形布齒面，17-螺旋齒槽，18-螺旋水槽，19-過渡折面，20-齒槽，21-水槽，22-硬質(zhì)合金堆焊槽。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述 如圖I、圖2、圖4所示，一種雙層套管開窗鉆頭，它包括一級鉆頭基體1，一級鉆頭基體
I上設(shè)有依次連接的上接頭11和一級切削部8，一級切削部8包括柱形布齒面9、錐形布齒面10和底端面12，一級切削部8的外表面上還設(shè)有沿軸向延伸的齒槽20和水槽21，它還包括二級鉆頭基體2，二級鉆頭基體2上設(shè)有依次連接的接頭13、二級切削部14和下接頭15，上接頭11與下接頭15連接為一體，二級切削部14上設(shè)有螺旋柱形布齒面16、螺旋齒槽17、螺旋水槽18和設(shè)置于二級切削部14與下接頭15連接處的過渡折面19。雙層套管開窗鉆頭通過接頭13與井下鉆具連接。所述的過渡折面19由三個沿軸向依次連接的折面構(gòu)成，二級切削部14上對稱設(shè)置兩個螺旋水槽18，柱形布齒面9、錐形布齒面10、底端面12、螺旋柱形布齒面16和過渡折面19上分布有鉆孔，鉆孔內(nèi)設(shè)置有硬質(zhì)合金齒3，硬質(zhì)合金齒3為鑲焊于鉆孔內(nèi)，一級切削部8和二級切削部14上的硬質(zhì)合金齒3均沿鉆頭切削方向反向偏轉(zhuǎn)5°設(shè)置，齒槽20內(nèi)設(shè)置有硬質(zhì)合金塊A4,螺旋齒槽17內(nèi)設(shè)置有硬質(zhì)合金塊B6,柱形布齒面9和錐形布齒面10上的硬質(zhì)合金齒3呈直線型交錯分布，螺旋柱形布齒面16上的硬質(zhì)合金齒3呈螺旋型交錯分布，一級切削部8上硬質(zhì)合金齒3和硬質(zhì)合金塊A4沿周向相間布置，二級切削部14上硬質(zhì)合金齒3和硬質(zhì)合金塊B6沿周向相間布置。位于所述的硬質(zhì)合金齒3間的柱形布齒面
9、錐形布齒面10和底端面12上還適量設(shè)置有硬質(zhì)合金顆粒5，二級切削部14上還設(shè)有硬質(zhì)合金堆焊槽22，硬質(zhì)合金堆焊槽22內(nèi)設(shè)置有硬質(zhì)合金顆粒5，硬質(zhì)合金顆粒5堆焊于上述柱形布齒面9、錐形布齒面10、底端面12和硬質(zhì)合金堆焊槽22內(nèi)，硬質(zhì)合金齒3、硬質(zhì)合金塊A4、硬質(zhì)合金塊B6和硬質(zhì)合金顆粒5均采用高耐磨性、高強度、高硬度材料制成。如圖3所示，所述的底端面12由依次連接的折面和曲面構(gòu)成，該折面的另一邊與錐形布齒面10連接，底端面12上的水槽21內(nèi)設(shè)有水眼7，本實施例中底端面12上設(shè)有兩個水眼7，一級切削部8上沿周向均布有四條水槽21，且四條水槽21相交于底端面12的中心。
本發(fā)明的工作過程如下向布置有斜向器的雙層套管內(nèi)下放鉆具，在斜向器的引導(dǎo)下，首先由錐形布齒面10和柱形布齒面9的交接處接觸到油層套管內(nèi)壁，并對其進(jìn)行磨銑，隨著鉆頭沿著斜向器向下鉆進(jìn)，由柱形布齒面9和錐形布齒面10同時對油層套管壁進(jìn)行磨銑，并磨銑至油層套管壁外，此時，底端面12也接觸到油層套管壁，并對底端面12接觸到的油層套管壁進(jìn)行磨銑；隨著鉆頭鉆進(jìn)，柱形布齒面9和錐形布齒面10磨穿油層套管壁后形成上窗口，底端面12騎在油層套管壁上繼續(xù)向下磨銑油層套管，此時，錐形布齒面10和柱形布齒面9的交接處接觸到技術(shù)套管內(nèi)壁并對其進(jìn)行磨銑，同時，二級切削部14接觸到上窗口，并開始對窗口進(jìn)行擴充和修整；隨著鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)，柱形布齒面9和錐形布齒面10將技術(shù)套管壁磨穿，底端面12脫離油層套管壁并騎在技術(shù)套管壁上繼續(xù)向下磨銑技術(shù)套管；在斜向器的引導(dǎo)下，當(dāng)柱形布齒面9脫離技術(shù)套管的外壁后形成下窗口，同時，二級切削部14繼續(xù)完成對整個窗口的擴窗口和修窗口工序，完成整個開窗口工作。水眼7、設(shè)置于一級鉆頭基體I上的水槽21和設(shè)置于二級鉆頭基體2上的螺旋水槽18作為泥漿的流道，起到冷卻鉆頭和排屑作用。
權(quán)利要求
1.一種雙層套管開窗鉆頭，它包括一級鉆頭基體(I)，一級鉆頭基體(I)上設(shè)有依次連接的上接頭(11)和一級切削部(8)，一級切削部(8)包括柱形布齒面(9)、錐形布齒面(10)和底端面(12)，其特征在于它還包括二級鉆頭基體(2)，二級鉆頭基體(2)上設(shè)有依次連接的接頭(13)、二級切削部(14)和下接頭(15)，上接頭(11)與下接頭(15)連接為一體，二級切削部(14)上設(shè)有螺旋柱形布齒面(16)、螺旋齒槽(17)、螺旋水槽(18)和設(shè)置于二級切削部(14)與下接頭(15)連接處的過渡折面(19)，一級切削部(8)上還設(shè)有齒槽(20)和水槽(21)，柱形布齒面(9)、錐形布齒面(10)、底端面(12)、螺旋柱形布齒面(16)和過渡折面(19)上分布有鉆孔，鉆孔內(nèi)設(shè)置有硬質(zhì)合金齒(3)，齒槽(20)內(nèi)設(shè)置有硬質(zhì)合金塊A (4)，螺旋齒槽(17)內(nèi)設(shè)置有硬質(zhì)合金塊B (6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙層套管開窗鉆頭，其特征在于所述的底端面(12)由折面和曲面構(gòu)成，底端面(12)上的水槽(21)內(nèi)設(shè)有水眼(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種雙層套管開窗鉆頭，其特征在于所述的一級切削部(8)上沿周向均布有四條水槽(21)，且四條水槽(21)相交于底端面(12)的中心。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙層套管開窗鉆頭，其特征在于所述的過渡折面(19)由三個折面構(gòu)成，二級切削部(14)上對稱設(shè)置兩個螺旋水槽(18)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙層套管開窗鉆頭，其特征在于所述的柱形布齒面(9)和錐形布齒面(10)上的硬質(zhì)合金齒(3)呈直線型交錯分布，螺旋柱形布齒面(16)上的硬質(zhì)合金齒(3 )呈螺旋型交錯分布，一級切削部(8 )上硬質(zhì)合金齒(3 )和硬質(zhì)合金塊A (4 )沿周向相間布置，二級切削部(14)上硬質(zhì)合金齒(3)和硬質(zhì)合金塊B (6)沿周向相間布置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙層套管開窗鉆頭，其特征在于位于所述的硬質(zhì)合金齒(3 )間的柱形布齒面(9 )、錐形布齒面(10 )和底端面(12 )上還設(shè)置有硬質(zhì)合金顆粒(5 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙層套管開窗鉆頭，其特征在于所述的二級切削部(14)上還設(shè)有硬質(zhì)合金堆焊槽(22)，硬質(zhì)合金堆焊槽(22)內(nèi)設(shè)置有硬質(zhì)合金顆粒(5)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙層套管開窗鉆頭，其特征在于所述的一級切削部(8)和二級切削部(14)上的硬質(zhì)合金齒(3)均沿鉆頭切削方向反向偏轉(zhuǎn)5°設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種雙層套管開窗鉆頭，其特征在于所述的硬質(zhì)合金齒(3)、硬質(zhì)合金塊A (4)、硬質(zhì)合金塊B (6)和硬質(zhì)合金顆粒(5)均采用高耐磨性、高強度、高硬度材料制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙層套管開窗鉆頭，它包括一級鉆頭基體(1)和二級鉆頭基體(2)，一級鉆頭基體(1)上設(shè)有柱形布齒面(9)、錐形布齒面(10)、底端面(12)、過渡折面(19)和齒槽(20)，二級鉆頭基體(2)上設(shè)有螺旋柱形布齒面(16)和螺旋齒槽(17)，一級鉆頭基體(1)和二級鉆頭基體(2)的不同部位上分別設(shè)置有硬質(zhì)合金齒(3)和硬質(zhì)合金塊。本發(fā)明的有益效果是結(jié)合硬質(zhì)合金齒和硬質(zhì)合金塊的切削優(yōu)點，合理地混合交錯布齒，使其能較好地適應(yīng)雙層套管開窗過程的斷續(xù)切削工況；具有效率高、壽命長及成功率高的特點，解決了雙層套管開窗成功率低、效率低的技術(shù)難題。
文檔編號E21B29/06GK102943628SQ201210459868
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者張德榮, 孔春巖, 侯子旭, 付建紅, 楊蘭田, 周偉, 賈曉斌 申請人:西南石油大學(xué)