本發(fā)明屬于石油工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及鉆井工具，具體地說，涉及一種自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭。

背景技術(shù)：

鉆井現(xiàn)場實踐表明，通過改變鉆井過程中井底的結(jié)構(gòu)可以提前釋放井底地層應(yīng)力而有效提高鉆頭的破巖效率。基于上述原理，國外nov公司研發(fā)了同心雙級speeddrillbits，國內(nèi)勝利鉆井院彭燁等研發(fā)了雙級pdc鉆頭。

公開號為cn105443041a的中國發(fā)明專利申請公開了一種差壓式鉆頭，具體公開了以下特征：差壓式鉆頭包括轉(zhuǎn)換接頭、傳液傳力短接、擴眼鉆頭、蓄力彈簧、領(lǐng)眼鉆頭；轉(zhuǎn)換接頭、傳液傳力短接與領(lǐng)眼鉆頭螺紋連接成一體；擴眼鉆頭位于轉(zhuǎn)換接頭與領(lǐng)眼鉆頭之間，安裝于傳液傳力短接外側(cè)；擴眼鉆頭與轉(zhuǎn)換接頭、傳液傳力短接、領(lǐng)眼鉆頭構(gòu)成的整體可實現(xiàn)軸向相對運動；蓄力彈簧安裝于傳液傳力短接中部，蓄力彈簧用于實現(xiàn)擴眼鉆頭與轉(zhuǎn)換接頭、傳液傳力短接、領(lǐng)眼鉆頭構(gòu)成的整體之間彈力的儲備及相對位置的恢復(fù)。本發(fā)明原理及結(jié)構(gòu)簡單，適用范圍廣，用于防斜打直時可以保證小鉆壓快速鉆進，提高易斜地層直井鉆進效率；鉆井過程中與常規(guī)鉆井完全相同，有利于推廣和使用。

公開號為cn105317377a的中國發(fā)明專利申請公開了一種中心差壓式鉆頭，具體公開了以下特征：中心差壓式鉆頭包括擴眼鉆頭、壓力調(diào)節(jié)彈簧、分流傳力總成、領(lǐng)眼鉆頭；領(lǐng)眼鉆頭與分流傳力總成連接成一體，安裝于擴眼鉆頭的軸向傳扭孔內(nèi)，領(lǐng)眼鉆頭凸出于擴眼鉆頭冠部；壓力調(diào)節(jié)彈簧設(shè)于分流傳力總成頂端與擴眼鉆頭接頭下端之間；擴眼鉆頭可以設(shè)置一級或者多級。本發(fā)明原理及結(jié)構(gòu)簡單，適用范圍廣，可應(yīng)用于各種地層，其使用效果在多夾層地層中更佳；可以與脈沖射流發(fā)生裝置一起使用，進一步提高鉆井速度；鉆井過程中，操作施工跟常規(guī)鉆井完全相同，對地面設(shè)施、鉆井管柱、鉆頭類型沒有特殊要求，有利于鉆頭的推廣和使用。

公開號為106703701a的中國發(fā)明專利申請公開了一種脈動沖擊產(chǎn)生機構(gòu)及含有該產(chǎn)生機構(gòu)的中心差壓鉆頭，脈動沖擊產(chǎn)生機構(gòu)包括依次放置的扶正元件、驅(qū)動元件、轉(zhuǎn)動元件和節(jié)流元件，扶正元件、驅(qū)動元件和轉(zhuǎn)動元件依次連接，節(jié)流元件與轉(zhuǎn)動元件間隙配合，扶正元件和節(jié)流元件上均設(shè)有用于鉆井液流通的過流通道，驅(qū)動元件驅(qū)動轉(zhuǎn)動元件轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動元件與節(jié)流元件上的過流通道相對運動。中心差壓鉆頭包括擴眼鉆頭、脈動沖擊產(chǎn)生機構(gòu)、壓力調(diào)節(jié)元件、傳動機構(gòu)和領(lǐng)眼鉆頭，壓力調(diào)節(jié)元件、傳動機構(gòu)、領(lǐng)眼鉆頭依次連接。該專利申請能夠?qū)崿F(xiàn)領(lǐng)眼鉆頭旋沖鉆進的同時，減少領(lǐng)眼鉆頭和擴眼鉆頭巖屑的壓持效應(yīng)，進而達到保護鉆頭、提高鉆頭壽命和鉆井速度的目的，鉆井效果進一步提高。

上述現(xiàn)有鉆頭在室內(nèi)或現(xiàn)場均取得了大幅度的鉆井提速效果。由于pdc鉆頭(英文：polycrystallinediamondcompactbit)對地層具有極強的選擇性，當鉆遇硬地層或者多夾層地層時，粘滑現(xiàn)象及其導(dǎo)致的沖擊損壞將會導(dǎo)致較低的機械鉆速、單只鉆頭進尺減少并極大地延長建井周期。雖然上述現(xiàn)有鉆頭可加裝吃深控制單元，但由于無法主動控制鉆遇復(fù)雜地層時的吃入深度，仍然有潛在的產(chǎn)生粘滑現(xiàn)象的可能，從而導(dǎo)致鉆進時的鉆頭扭矩波動較為強烈，引起鉆頭或者底部鉆具組合的疲勞損壞，也未能將此類鉆頭的鉆進效率提至最佳。因此，亟需一種能夠在復(fù)雜地層中利用應(yīng)力釋放原理提高機械鉆速又能自動平衡鉆進過程中由于粘滑現(xiàn)象產(chǎn)生的橫向沖擊扭矩的鉆頭，以滿足不同地層、不同井型井眼鉆井提速的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供了一種自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭，該鉆頭實現(xiàn)鉆進過程中扭矩的自適應(yīng)平衡，減緩甚至避免鉆進過程中粘滑現(xiàn)象產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)沖擊振動，達到自動吸收與釋放鉆進過程中的無效振動，進而保護鉆頭與底部鉆具組合的目的；同時由于領(lǐng)眼鉆頭和擴眼鉆頭的尺寸存在差異，可以實現(xiàn)鉆井過程中井底結(jié)構(gòu)的變化以提前釋放地層應(yīng)力加快鉆進速度。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭，包括轉(zhuǎn)換接頭、擴眼鉆頭和領(lǐng)眼鉆頭，還包括用于傳遞扭矩的扭矩傳動裝置，所述轉(zhuǎn)接接頭、所述扭矩傳動裝置與所述領(lǐng)眼鉆頭連接成一體，所述擴眼鉆頭位于所述轉(zhuǎn)接接頭與所述領(lǐng)眼鉆頭之間，安裝于所述扭矩傳動裝置外側(cè)；所述扭矩傳動裝置包括依次連接為一體的第一傳動件、轉(zhuǎn)動件和第二傳動件，所述第一傳動件與所述轉(zhuǎn)換接頭連接，所述第二傳動件與所述領(lǐng)眼鉆頭連接，所述轉(zhuǎn)動件上設(shè)有至少一個止動件，所述扭矩傳動裝置還包括與所述止動件配合的限位件，所述限位件設(shè)于擴眼鉆頭冠部；所述止動件與擴眼鉆頭冠部之間設(shè)有與所述止動件配合使用的用于傳遞部分擴眼鉆頭破巖扭矩、緩沖扭矩波動的第一彈性件。

進一步的，所述擴眼鉆頭冠部內(nèi)壁上設(shè)有用于放置所述第一彈性件的彈性件放置腔。

優(yōu)選的，所述擴眼鉆頭為pdc鉆頭、牙輪鉆頭、金剛石鉆頭中的任意一種，所述領(lǐng)眼鉆頭為pdc鉆頭、牙輪鉆頭、金剛石鉆頭中的任意一種，所述擴眼鉆頭與所述領(lǐng)眼鉆頭任意搭配形成不同種類的組合式鉆頭。

進一步的，所述轉(zhuǎn)動件內(nèi)設(shè)有用于鉆井液流通的主分流孔，所述第一傳動件和第二傳動件內(nèi)均設(shè)有與所述主分流孔連通的用于鉆井液流通的流通通道，所述第二傳動件上設(shè)有多個次分流孔。

進一步的，所述轉(zhuǎn)動件與所述擴眼鉆頭限位接頭之間設(shè)有第一止推軸承，所述轉(zhuǎn)動件上設(shè)有與所述第一止推軸承配合的止推軸承支撐面。

進一步的，所述轉(zhuǎn)動件與所述擴眼鉆頭冠部之間設(shè)有第二止推軸承，所述轉(zhuǎn)動件上設(shè)有與所述第二止推軸承配合的止推軸承限位面；所述擴眼鉆頭冠部設(shè)有用于支撐第二止推軸承的軸承座。

優(yōu)選的，所述軸承座、所述第二傳動件和所述擴眼鉆頭冠部三者安裝配合形成整流腔，所述整流腔分別與所述次分流孔以及擴眼鉆頭流道連通。

進一步的，還包括用于傳遞擴眼鉆頭破巖所用鉆壓、分配所述擴眼鉆頭與領(lǐng)眼鉆頭所占鉆壓比例的第二彈性件，所述第二彈性件放置于所述擴眼鉆頭冠部、所述轉(zhuǎn)動件與所述第二傳動件安裝配合后所形成的空間中。

進一步的，所述轉(zhuǎn)動件上設(shè)有與第二彈性件配合的彈性件限位面，所述擴眼鉆頭冠部設(shè)有用于放置所述第二彈性件的彈性件安裝座，所述彈性件安裝座、所述第二傳動件和所述擴眼鉆頭冠部三者安裝配合形成整流腔，所述整流腔分別與所述次分流孔以及擴眼鉆頭流道連通。

優(yōu)選的，所述第一傳動件上設(shè)有第一密封件，所述第二傳動件上依次設(shè)有第二密封件和第三密封件；所述次分流孔位于所述第二密封件和所述第三密封件之間。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭內(nèi)部使用了扭矩傳動裝置和第一彈性件，扭矩傳動裝置用于傳遞擴眼鉆頭與領(lǐng)眼鉆頭的破巖扭矩，第一彈性件可以吸收擴眼鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆進過程中產(chǎn)生的多余無效振動，大大減緩甚至避免鉆進過程中粘滑現(xiàn)象產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)沖擊振動，達到保護鉆頭及其底部鉆具組合免受沖擊損壞的目的，延長鉆井井下工具的壽命，產(chǎn)生更快更加連續(xù)的鉆井速度，減少了不必要的非生產(chǎn)時間。

(2)本發(fā)明自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭內(nèi)部還設(shè)有第二彈性件，可以傳遞上部鉆具組合所施加的鉆壓與擴眼鉆頭，并主動控制擴眼鉆頭在地層中的吃入深度，分配擴眼鉆頭與領(lǐng)眼鉆頭之間的鉆壓，既可以將領(lǐng)眼鉆頭與擴眼鉆頭鉆壓分配調(diào)整至最佳，將鉆進速度控制至最合理，還能減緩潛在的由于鉆頭吃入地層過深而導(dǎo)致的粘滑效應(yīng)。

(3)本發(fā)明自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭原理及結(jié)構(gòu)簡單，不需要安裝其他工具，不影響其他鉆井工序的實施；適用范圍廣，可用于直井、定向井等各種井型，并且可以直接連接鉆鋌，也可以與動力鉆具或脈沖射流發(fā)生裝置等其他井下工具配合使用。

(4)本發(fā)明自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭采用擴眼鉆頭和領(lǐng)眼鉆頭兩級結(jié)構(gòu)，還可以組成多級鉆頭，鉆井過程中增加了鉆頭與井底的接觸面積，使得鉆頭的方向操控穩(wěn)定性更好，非常適用于定向鉆進；同時多級結(jié)構(gòu)在鉆進過程中使得井壁更加規(guī)則，提高了井眼質(zhì)量。

(5)本發(fā)明自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭采用擴眼鉆頭與領(lǐng)眼鉆頭組合的形式，實現(xiàn)鉆井過程中井底結(jié)構(gòu)的變化，改變了井底應(yīng)力場，提前釋放地層應(yīng)力，提高了鉆進速度。

(6)本發(fā)明自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭在鉆井過程中，其操作施工與常規(guī)鉆井完全相同，對地面設(shè)施、鉆井管柱、鉆頭類型都無特殊要求，有利于鉆頭的推廣和使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明圖1所示自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭的a-a剖面圖。

圖3為本發(fā)明圖1所示自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭的b-b剖面圖。

圖4為本發(fā)明圖1所示自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭的扭矩傳動裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明圖1所示自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭的擴眼鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6位本發(fā)明另一實施例自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明圖6所示自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭的扭矩傳動裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明圖6所示自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭的擴眼鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖。

1、扭矩傳動裝置，101、第一傳動件，102、轉(zhuǎn)動件，103、第二傳動件，104、止動件，105、限位件，106、主分流孔，107、次分流孔，108、止推軸承支撐面，109、止推軸承限位面，110、整流腔，111、第一密封件，112、第二密封件，113、第三密封件，114、公頭外接螺紋，115、母頭內(nèi)接螺紋，116、彈性件限位面，2、轉(zhuǎn)換接頭，201、轉(zhuǎn)換接頭外螺紋，202、上扣圓柱面，3、擴眼鉆頭，301、擴眼鉆頭限位接頭，302、擴眼鉆頭冠部，303、彈性件放置腔，304、軸承座，305、擴眼鉆頭流道，306、擴眼鉆頭噴嘴，307、擴眼鉆頭刀翼，308、擴眼鉆頭切削齒，309、彈性件安裝座，4、領(lǐng)眼鉆頭，401、領(lǐng)眼鉆頭接頭，402、領(lǐng)眼鉆頭冠部，403、領(lǐng)眼鉆頭刀翼，404、領(lǐng)眼鉆頭切削齒，405、領(lǐng)眼鉆頭噴嘴，501、第一止推軸承，502、第二止推軸承，6、第一彈性件，7、第二彈性件。

具體實施方式

下面，通過示例性的實施方式對本發(fā)明進行具體描述。然而應(yīng)當理解，在沒有進一步敘述的情況下，一個實施方式中的元件、結(jié)構(gòu)和特征也可以有益地結(jié)合到其他實施方式中。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭的長度方向為安裝后的豎向；術(shù)語“內(nèi)”、“外”、“上”、“中”、“下”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

實施例一：參見圖1、圖2、圖4，提供了一種自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭，包括轉(zhuǎn)換接頭2、擴眼鉆頭3和領(lǐng)眼鉆頭4，還包括用于傳遞扭矩的扭矩傳動裝置1，所述轉(zhuǎn)接接頭2、所述扭矩傳動裝置1與所述領(lǐng)眼鉆頭4連接成一體，所述擴眼鉆頭3位于所述轉(zhuǎn)接接頭2與所述領(lǐng)眼鉆頭4之間，安裝于所述扭矩傳動裝置1外側(cè)；所述扭矩傳動裝置1包括依次連接為一體的第一傳動件101、轉(zhuǎn)動件102和第二傳動件103，所述第一傳動件101與所述轉(zhuǎn)換接頭2連接，所述第二傳動件103與所述領(lǐng)眼鉆頭4連接，所述轉(zhuǎn)動件102上設(shè)有至少一個止動件104，所述扭矩傳動裝置1還包括與所述止動件104配合的限位件105，所述限位件105設(shè)于擴眼鉆頭冠部302；所述止動件104與擴眼鉆頭冠部302之間設(shè)有與所述止動件104配合使用的用于傳遞部分擴眼鉆頭破巖扭矩、緩沖扭矩波動的第一彈性件6。扭矩傳動裝置1上接轉(zhuǎn)換接頭2、下接領(lǐng)眼鉆頭4，中部安裝擴眼鉆頭3，其作用首先用于傳遞上部鉆具的鉆壓與扭矩給領(lǐng)眼鉆頭4，其次將扭矩通過止動件104傳遞給擴眼鉆頭3，并且與擴眼鉆頭3和第一彈性件6相互作用實現(xiàn)鉆井過程中扭矩的自適應(yīng)控制，達到減小破巖扭矩波動并減緩甚至避免粘滑效應(yīng)的目的，再次將鉆壓通過扭矩傳動裝置1上的止推軸承限位面109和第二止推軸承502共同傳遞給擴眼鉆頭。擴眼鉆頭3相對于扭矩傳動裝置1、轉(zhuǎn)換接頭2和領(lǐng)眼鉆頭4構(gòu)成的整體可以有一定角度的沿軸線方向的往復(fù)旋轉(zhuǎn)運動。

本發(fā)明上述實施例所述自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭，采用扭矩傳動裝置1和第一彈性件6實現(xiàn)擴眼鉆頭3鉆進過程中扭矩的自適應(yīng)平衡，減緩甚至避免鉆井過程中粘滑現(xiàn)象產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)沖擊振動，達到吸收鉆進過程中的無效振動、進而保護鉆頭與底部鉆具組合的目的；并通過領(lǐng)眼鉆頭4與擴眼鉆頭3的尺寸差異實現(xiàn)鉆井過程中井底結(jié)構(gòu)的變化以提前釋放地層應(yīng)力，加快鉆進速度。

參見圖2，作為上述實施例自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭的優(yōu)選設(shè)計，所述擴眼鉆頭冠部302內(nèi)壁上設(shè)有用于放置所述第一彈性件6的彈性件放置腔303。彈性件放置腔303用于限制第一彈性件6的位置。作為優(yōu)選方案，所述第一彈性件6為機械彈簧或液力彈簧，作為替代方案，還可以為其他具有彈性功能的部件或者具有液壓阻尼作用的元件。

作為上述實施例自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭的優(yōu)選設(shè)計，所述擴眼鉆頭為pdc鉆頭、牙輪鉆頭、金剛石鉆頭中的任意一種，所述領(lǐng)眼鉆頭為pdc鉆頭、牙輪鉆頭、金剛石鉆頭中的任意一種，所述擴眼鉆頭與所述領(lǐng)眼鉆頭任意搭配形成不同種類的組合式鉆頭。例如：領(lǐng)眼pdc鉆頭與擴眼pdc鉆頭組合、領(lǐng)眼pdc鉆頭與擴眼牙輪鉆頭組合、領(lǐng)眼牙輪鉆頭與擴眼pdc鉆頭、領(lǐng)眼牙輪鉆頭與擴眼牙輪鉆頭等，共可以形成9種不同的組合方式。

繼續(xù)參見圖4，所述轉(zhuǎn)動件102內(nèi)設(shè)有用于鉆井液流通的主分流孔106，所述第一傳動件101和第二傳動件103內(nèi)均設(shè)有與所述主分流孔106連通的用于鉆井液流通的流通通道，所述第二傳動件103上設(shè)有多個次分流孔107。進入第一傳動件101的流通通道的鉆井液經(jīng)扭動轉(zhuǎn)動件102內(nèi)的主分流孔進入第二傳動件103的流通通道內(nèi)，然后一部分經(jīng)次分流孔107進入擴眼鉆頭冠部302內(nèi)，另一部分直接經(jīng)第二傳動件103的流通通道進入領(lǐng)眼鉆頭4內(nèi)。

對上述實施例自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭優(yōu)選設(shè)計，所述止動件為多個時，均布在所述轉(zhuǎn)動件102的外表面，止動件104的數(shù)量根據(jù)鉆頭所遇地層性質(zhì)的差異設(shè)置為兩個或多個。作為優(yōu)選方案，繼續(xù)參見圖4，所述止動件104設(shè)有兩個，為弧狀結(jié)構(gòu)突起；所述限位件105的形狀與所述止動件104的形狀互補，為弧狀結(jié)構(gòu)腔體，所述止動件104放置于限位件105內(nèi)，兩者配合工作，可以進行一定角度的往復(fù)旋轉(zhuǎn)。繼續(xù)參見圖4，所述彈性件放置腔303設(shè)于限位件104的內(nèi)部，所述彈性件放置腔303的形狀為與所述限位件105相同的弧狀結(jié)構(gòu)，且所述彈性件放置腔303的弧度大于所述所述限位件105的弧度，所述止動件104穿過所述彈性件放置腔303與所述限位件105配合使用，用于傳遞鉆進過程中的扭矩，所述第一彈性件6放置于所述止動件104的兩側(cè)，與所述止動件104配合使用，用于吸收鉆進過程中的無效扭轉(zhuǎn)沖擊振動。

繼續(xù)參見圖1、圖4，對上述實施例自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭進一步設(shè)計，所述轉(zhuǎn)動件102與所述擴眼鉆頭限位接頭301之間設(shè)有第一止推軸承501，所述轉(zhuǎn)動件102上設(shè)有與第一止推軸承501配合的止推軸承支撐面108。第一止推軸承501設(shè)置于止推軸承支撐面108上，用于在上提本發(fā)明實施例所述自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭時，承受擴眼鉆頭4的重量，同時減小擴眼鉆頭4鉆進過程相對于所述扭矩傳動裝置1旋轉(zhuǎn)時的內(nèi)部摩擦阻力。

繼續(xù)參見圖1、圖4，對上述實施例自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭進一步設(shè)計，所述轉(zhuǎn)動件102與所述擴眼鉆頭冠部302之間設(shè)有第二止推軸承502，所述轉(zhuǎn)動件102上設(shè)有與第二止推軸承502配合的止推軸承限位面109。第二止推軸承502設(shè)置于止推軸承限位面109之下，用于在本發(fā)明實施例所述自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭鉆進過程中給擴眼鉆頭3施加鉆壓，同時減小擴眼鉆頭3鉆進過程相對于所述扭矩傳動裝置1旋轉(zhuǎn)時的內(nèi)部摩擦阻力。止推軸承限位面109為轉(zhuǎn)動件102與第二傳動件103的而過渡平面，用于限制第二止推軸承502的軸向移動。

繼續(xù)參見圖1、圖4，對上述實施例自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭進一步設(shè)計，所述擴眼鉆頭冠部302設(shè)有用于支撐所述第二止推軸承502的軸承座304，所述軸承座304與所述止推軸承限位面109配合固定所述第二止推軸承502，用于限制所述第二止推軸承502的軸向活動。

繼續(xù)參見圖1，對上述實施例自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭優(yōu)選設(shè)計，所述軸承座304、所述第二傳動件103和所述擴眼鉆頭冠部302三者安裝配合形成整流腔110，所述整流腔110分別與所述次分流孔107以及擴眼鉆頭流道305連通。整流腔110將從次分流孔107中過流的鉆井液進行摻混整合，并輸送到擴眼鉆頭流道305中。作為優(yōu)選方案，所述整流腔110位由軸承座304、所述第二傳動件103和所述擴眼鉆頭冠部302三者安裝配合形成的圓環(huán)狀腔室。

繼續(xù)參見圖1、圖4，對上述實施例自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭進一步設(shè)計，所述第一傳動件101上設(shè)有第一密封件111，所述第二傳動件103上依次設(shè)有第二密封件112和第三密封件113，以上所述密封件均為動密封。第一密封件111用于阻隔鉆柱環(huán)空中的鉆井液進入擴眼鉆頭3中。第二密封件112與軸承座304配合工作，用于防止流入整流腔110中的鉆井液回流入由擴眼鉆頭3與扭矩傳動裝置1上的兩者安裝所形成的限位件105和彈性件放置腔303中；第一密封件111和第二密封件112兩者之間所密封的腔體，可以使用潤滑油或者其他液體材料填充。第三密封件113與擴壓鉆頭冠部302配合工作，用于阻隔外部井眼環(huán)空與整流腔110中的鉆井液相摻混，實現(xiàn)鉆頭的內(nèi)部密封。

繼續(xù)參見圖4，對上述實施例自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭優(yōu)選設(shè)計，所述次分流孔107位于所述第二密封件112和所述第三密封件113之間，用于將主分流孔106的部分鉆井液分流給擴眼鉆頭3。

繼續(xù)參見圖1、圖4，對上述實施例自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭優(yōu)選設(shè)計，所述第一傳動件101為圓柱狀中空軸，所述第一傳動件101的上部外側(cè)設(shè)有公頭外接螺紋114，所述第一傳動件1通過公頭外接螺紋114與所述轉(zhuǎn)換接頭2連接，用于傳遞底部鉆具組合的鉆壓與扭矩。所述第二傳動件103的上部與轉(zhuǎn)動件102連接為一體，下部通過母頭內(nèi)接螺紋115與所述領(lǐng)眼鉆頭4連接，并為領(lǐng)眼鉆頭4提供鉆進過程中的鉆壓與扭矩。

繼續(xù)參見圖1，對本發(fā)明上述實施例自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭優(yōu)選設(shè)計，轉(zhuǎn)換接頭2的外側(cè)上部為用于連接上部鉆具的轉(zhuǎn)換接頭外螺紋201,下部為用于上扣時施加扭矩的上扣圓柱面202；轉(zhuǎn)換接頭2的內(nèi)側(cè)上部為用于鉆井液過流的鉆井液過流通道，下部為用于連接第一傳動件101的連接扣。

繼續(xù)參見圖1以及圖3、圖5，對本發(fā)明上述實施例自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭優(yōu)選設(shè)計，擴眼鉆頭3包括上部的擴眼鉆頭限位接頭301和下部的擴眼鉆頭冠部302。擴眼鉆頭限位接頭301的外側(cè)為直徑與轉(zhuǎn)換接頭的上扣圓柱面202直徑相等的圓柱面；擴眼鉆頭限位接頭301的內(nèi)側(cè)上部形狀與第一傳動件101外徑面相同，中下部為第一止推軸承501的止推軸承限位面(圖中未示出)，用于固定第一止推軸承501并防止第一止推軸承501做軸向上的運動，下端為形狀與轉(zhuǎn)動件102相配合的轉(zhuǎn)動件扶正面(圖中未示出)，底端為固接連接面，為擴眼鉆頭限位接頭301和擴眼鉆頭冠部302的固接提供界面。擴眼鉆頭冠部302頂端為擴眼鉆頭冠部302與擴眼鉆頭限位接頭301連接的擴眼鉆頭冠部連接面(圖中未示出)，擴眼鉆頭冠部連接面以下為鉆頭冠；擴眼鉆頭冠部連接面與擴眼鉆頭限位接頭301底端的固接連接面形狀互補，實現(xiàn)擴眼鉆頭冠部302與擴眼鉆頭限位接頭301的連接。擴眼鉆頭冠部302內(nèi)側(cè)上部的形狀與轉(zhuǎn)動件102的主體部分形狀相互間隙配合，用于安裝轉(zhuǎn)動件102；擴眼鉆頭冠部302內(nèi)側(cè)下部設(shè)有傳動件通孔，用于安裝第二傳動件103，并對第二傳動件103進行支撐限位。擴眼鉆頭冠部302外側(cè)均布有數(shù)量、形狀隨所鉆地層特性而變化的擴眼鉆頭刀翼307，擴眼鉆頭刀翼307上分布有數(shù)量、尺寸隨所鉆地層特性而變化的擴眼鉆頭切削齒308。擴眼鉆頭冠部302內(nèi)側(cè)、整流腔110下部至擴眼鉆頭冠部302底端擴眼鉆頭刀翼307根部開有擴眼噴嘴流道304，擴眼噴嘴流道304底端安裝有擴眼鉆頭噴嘴306。由于擴眼鉆頭冠部302的特征會隨著隨所鉆地層的地質(zhì)特征和工程需要做出相應(yīng)的改變，設(shè)于擴眼鉆頭冠部302上的擴眼鉆頭噴嘴流道304、擴眼鉆頭噴嘴306、擴眼鉆頭刀翼307和擴眼鉆頭切削齒308的形狀、尺寸和數(shù)量都會隨著擴眼鉆頭冠部302變化而變化。作為優(yōu)選方案，所述擴眼鉆頭噴嘴306可以是普通射流噴嘴，也可以安裝旋轉(zhuǎn)射流噴嘴、空射射流噴嘴等高性能輔助破巖噴嘴，以使其性能達到最佳。

繼續(xù)參見圖1，對本發(fā)明上述實施例自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭優(yōu)選設(shè)計，領(lǐng)眼鉆頭4包括上部的領(lǐng)眼鉆頭接頭401和下部的領(lǐng)眼鉆頭冠部402，領(lǐng)眼鉆頭接頭401與領(lǐng)眼鉆頭冠部402連接為一體。領(lǐng)眼鉆頭接頭401外側(cè)的上部設(shè)有用于與所述第二傳動件103連接的連接螺紋(圖中未示出)，下部為領(lǐng)眼鉆頭接頭固接連接面，為領(lǐng)眼鉆頭接頭401與領(lǐng)眼鉆頭冠部402的固接提供空間；領(lǐng)眼鉆頭接頭401內(nèi)側(cè)設(shè)有鉆井液流道，用于為鉆井液提供過流空間。領(lǐng)眼鉆頭冠部402外側(cè)上端為領(lǐng)眼鉆頭冠部固接連接面，下端為領(lǐng)眼鉆頭頭冠，領(lǐng)眼鉆頭冠部固接連接面與領(lǐng)眼鉆頭接頭固接連接面形狀互補，用于實現(xiàn)領(lǐng)眼鉆頭接頭401與領(lǐng)眼鉆頭冠部402的固接。領(lǐng)眼鉆頭冠部402形狀根據(jù)地層特征變化，與常規(guī)鉆頭設(shè)計方法相同；領(lǐng)眼鉆頭冠部402內(nèi)側(cè)上端為鉆井液過流孔，領(lǐng)眼鉆頭冠部402上布有數(shù)量不等的領(lǐng)眼鉆頭刀翼403，領(lǐng)眼鉆頭刀翼403上分布有用于切削破碎地層的領(lǐng)眼鉆頭切削齒404；領(lǐng)眼鉆頭冠部402內(nèi)側(cè)上端鉆井液過流孔與領(lǐng)眼鉆頭刀翼403根部間開有鉆頭噴嘴流道，領(lǐng)眼鉆頭噴嘴流道底端安裝有領(lǐng)眼鉆頭噴嘴405；領(lǐng)眼鉆頭刀翼403、領(lǐng)眼鉆頭切削齒404、領(lǐng)眼鉆頭噴嘴405的數(shù)量與所鉆地層的特性密切相關(guān)，需要進行個性化設(shè)計，其設(shè)計方法與常規(guī)鉆頭相同。

本實施例所述自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭工作時，上部鉆具組合將鉆壓、扭矩傳遞給轉(zhuǎn)換接頭2，并通過扭矩傳動裝置1首先傳遞給領(lǐng)眼鉆頭4用于破碎巖石，鉆出一個直徑較小的井眼達到釋放井底應(yīng)力的目的；與此同時，擴眼鉆頭3破巖所用的鉆壓則通過扭矩傳動裝置1上的止推軸承限位面109和第二止推軸承502共同傳遞，扭矩傳動裝置1旋轉(zhuǎn)過程中通過傳動件102上的止動件104、第一彈性件6和限位件105的相互作用帶動擴眼鉆頭3旋轉(zhuǎn)，提供破巖扭矩、達到擴眼鉆頭3鉆進過程中無效扭矩的自適應(yīng)平衡的目的。基于以上作用原理，本實施例所述自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭能夠達到鉆進過程中扭矩波動的自適應(yīng)平衡和提高鉆進速度的目的。

實施例二：參見圖6，提供了一種自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭，與上述實施例一不同的是，在本實施例中，所述自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭不僅包括上述實施例所述的扭矩傳動裝置1、轉(zhuǎn)換接頭2、擴眼鉆頭3、領(lǐng)眼鉆頭4和第一彈性件6，還包括用于傳遞擴眼鉆頭3破巖所用鉆壓、分配所述擴眼鉆頭3與領(lǐng)眼鉆頭4所占鉆壓比例的第二彈性件7，所述第二彈性件7放置于所述擴眼鉆頭冠部302、所述轉(zhuǎn)動件102與所述第二傳動件103安裝配合后所形成的空間中。扭矩傳動裝置1上接轉(zhuǎn)換接頭2、下接領(lǐng)眼鉆頭4，中部安裝擴眼鉆頭3，其作用首先用于傳遞上部鉆具的鉆壓與扭矩給領(lǐng)眼鉆頭4；其次將鉆壓通過止動件104傳遞給擴眼鉆頭3，通過與擴眼鉆頭3和第一彈性件6相互作用實現(xiàn)鉆井過程中扭矩的自適應(yīng)控制，達到減小破巖扭矩波動并減緩甚至避免粘滑效應(yīng)的目的；再次，通過與擴眼鉆頭3和第二彈性件7的配合工作實現(xiàn)鉆進過程中鉆壓的自動調(diào)節(jié)，達到自適應(yīng)調(diào)整擴眼鉆頭吃深的目的。擴眼鉆頭3相對于扭矩傳動裝置1、轉(zhuǎn)換接頭2和領(lǐng)眼鉆頭4所構(gòu)成的整體可以進行軸向上一定位移的相對運動；同時擴眼鉆頭3相對于扭矩傳動裝置1可以進行一定角度的往復(fù)旋轉(zhuǎn)運動。

本發(fā)明上述實施例所述自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭，采用扭矩傳動裝置1和第一彈性件6實現(xiàn)擴眼鉆頭3鉆進過程中扭矩的自適應(yīng)平衡，減緩甚至避免鉆井過程中粘滑現(xiàn)象產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)沖擊振動，達到吸收鉆進過程中的無效振動、進而保護鉆頭與底部鉆具組合的目的；利用第二彈性件7，主動控制擴眼鉆頭3在地層中的吃入深度，傳遞分配擴眼鉆頭3與領(lǐng)眼鉆頭4之間的鉆壓，既可以將領(lǐng)眼鉆頭4與擴眼鉆頭3鉆壓分配調(diào)整至最佳，將鉆進速度控制至最合理，還能減緩潛在的由于鉆頭吃入地層過深而導(dǎo)致的粘滑效應(yīng)；并通過領(lǐng)眼鉆頭4與擴眼鉆頭3的尺寸差異實現(xiàn)鉆井過程中井底結(jié)構(gòu)的變化以提前釋放地層應(yīng)力，加快鉆進速度。

繼續(xù)參見圖6以及參見圖7、圖8，對本發(fā)明上述實施例自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭進一步設(shè)計，所述轉(zhuǎn)動件102上設(shè)有與第二彈性件7配合的彈性件限位面116，所述擴眼鉆頭冠部302設(shè)有用于放置所述第二彈性件7的彈性件安裝座309。彈性件安裝座309與彈性限位面116配合用于限制并固定第二彈性件7的軸向活動。作為優(yōu)選方案，所述第二彈性件7采用彈簧，作為替代方案，所述第二彈性件還可以為其他具有彈性功能的部件或者具有液壓阻尼作用的元件。

繼續(xù)參見圖6，對本發(fā)明上述實施例自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭進一步設(shè)計，所述彈性件安裝座309、所述第二傳動件103和所述擴眼鉆頭冠部302三者安裝配合形成整流腔110，所述整流腔110分別與所述次分流孔107以及擴眼鉆頭流道305連通。整流腔110將從次分流孔107中過流的鉆井液進行摻混整合，并輸送到擴眼鉆頭流道305中。作為優(yōu)選方案，所述整流腔110為由彈性件安裝座309、所述第二傳動件103和所述擴眼鉆頭冠部302三者安裝配合形成的圓環(huán)狀腔室。

繼續(xù)參見圖6、圖7，對上述實施例自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭進一步設(shè)計，所述第一傳動件101上設(shè)有第一密封件111，所述第二傳動件103上依次設(shè)有第二密封件112和第三密封件113。第一密封件111用于阻隔鉆柱環(huán)空中的鉆井液進入擴眼鉆頭3中。第二密封件112與彈性件安裝座309配合工作，用于防止流入整流腔110中的鉆井液回流入由擴眼鉆頭3與扭矩傳動裝置1上的兩者兩者安裝所形成的限位件105和彈性件放置腔303中；第一密封件111和第二密封件112兩者之間所密封的腔體，可以使用潤滑油或者其他液體材料填充。第三密封件113與擴壓鉆頭冠部302配合工作，用于阻隔外部井眼環(huán)空與整流腔110中的鉆井液相摻混，實現(xiàn)鉆頭的內(nèi)部密封。

本實施例所述自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭工作時，在具有上述實施例一所述鉆頭的優(yōu)勢之外，不同之處在于，擴眼鉆頭3的鉆壓施加是通過扭矩傳動裝置1上的彈性件限位面116和第二彈性件7的相互作用傳遞，由于第二彈性件7的彈性作用可以使擴眼鉆頭3吃入深度進行自適應(yīng)控制，這樣就可以進一步的減緩由于擴眼鉆頭3吃入深度過大所導(dǎo)致的粘滑振動，使鉆進效率進一步的提高。

將上述實施例所述自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭的領(lǐng)眼鉆頭更換為小直徑實施例所述自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭構(gòu)成三級自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭；依照上述方式，將三級自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭的領(lǐng)眼鉆頭更換為更小直徑的實施例所述自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭，可形成四級自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭。根據(jù)該方法可以構(gòu)造出多級自適應(yīng)扭矩平衡差壓式鉆頭。

上述實施例用來解釋本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。