一種具有逆向噴射功能的pdc鑽頭的製作方法
2023-12-02 12:08:46 1
一種具有逆向噴射功能的pdc鑽頭的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有逆向噴射功能的PDC鑽頭,屬於鑽探用鑽頭【技術領域】。本實用新型的具有逆向噴射功能的PDC鑽頭，包括鑽頭體、刀翼、排屑槽、正向噴嘴和逆向噴嘴，其特徵在於：鑽頭體的下端連接有刀翼，排屑槽在相鄰的刀翼之間；排屑槽下部布置有正向噴嘴；刀翼的上部布置有逆向噴嘴；逆向噴嘴的噴射方向與正向噴嘴噴射方向相反。在鑽進過程中，逆向噴射使堆積在鑽頭保徑上端面的巖屑加速上返、增大鑽井液上返速度和攜巖能力，起到防止鑽頭泥包、粘卡事故的發生以及提高了鑽頭破巖的機械鑽速和延長鑽頭的使用壽命的作用。
【專利說明】—種具有逆向噴射功能的PDC鑽頭
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及石油天然氣、礦山工程、建築基礎工程施工、地質、水文等領域使用的鑽探用鑽頭，具體的講是涉及一種具有逆向噴射功能的PDC鑽頭。
【背景技術】
[0002]PDC鑽頭水力結構的主要功能是有效地清除井底巖屑和冷卻PDC齒，因此水力結構對鑽頭的破巖效率有較大影響。由於PDC鑽頭鑽速快、產生的巖屑多，在軟泥巖地層，鑽壓過大，地層或鑽屑與鑽頭表面形成直接接觸，造成鑽頭泥包。鑽頭泥包後PDC齒吃入地層困難，降低鑽頭的機械鑽速。
[0003]如果鑽進中排量小，同時鑽進液攜帶巖屑上返速度不足，不能有效清攜帶粘於井壁的巖屑，在井內滯留時間長，粘附於井壁的巖屑形成厚泥餅，使PDC鑽頭造成粘卡現象而不能繼續鑽進，嚴重的粘卡會導致扭矩過大產生斷鑽具的風險。
[0004]PDC齒具有很高的硬度和耐磨性，但PDC齒的缺點是熱穩定性差，在工作中，切削齒底部磨損面在壓力作用下一直與巖石表面滑動摩擦要產生大量的摩擦熱，當切削齒清洗冷卻條件不好，局部溫度較高時，就有可能導致切削齒的熱摩損(350-700°C時切削齒的磨損速度很快，這一現象稱為切削齒的熱磨損)而影響鑽頭正常工作，所以鑽頭要避免熱磨損出現就必須有很好的水力清洗冷卻，潤滑作用配合工作，這就是要求鑽井液從噴嘴流出後水力分布要合理，能有效地保護切削齒，這即是對鑽頭水力計的基本要求之一。
實用新型內容
[0005]針對上述存在的問題，本實用新型要解決的技術問題是提供一種具有逆向噴射功能的PDC鑽頭，這種鑽頭改進了鑽頭的水力結構設計，能夠有效地預防鑽頭泥包、粘卡事故的發生，並提高鑽頭的破巖效率和使用壽命。
[0006]為了解決上述技術問題，本實用新型一種具有逆向噴射功能的PDC鑽頭包括鑽頭體、刀翼、排屑槽、正向噴嘴和逆向噴嘴；鑽頭體的下端連接有刀翼，排屑槽在相鄰的刀翼之間；排屑槽下部布置有正向噴嘴；刀翼的上部布置有逆向噴嘴；所述逆向噴嘴安裝在第一逆向噴射水道內，第一逆向噴射水道與第二逆向噴射水道相交，第二逆向噴射水道連通鑽頭中心水道；所述第二逆向噴射水道與刀翼外側相交處固結有保徑柱；所述逆向噴嘴的噴射方向背離井底向上，與鑽頭迴轉軸線的夾角不超過10°。
[0007]在上述技術方案中，在鑽頭刀翼的上部布置有逆向噴嘴，從逆向噴嘴發出的水力衝擊，使堆積在鑽頭刀翼上端面的巖屑加速上返，增大鑽井液上返速度和攜巖能力，有效地預防鑽頭泥包事故的發生，提高了鑽頭破巖的機械效率。
[0008]在上述技術方案中，鑽在軟泥巖鑽進，通過調整逆向噴射角度，使水力噴射以較小的角度(不超過10° )射向井壁，可以對粘於井壁的巖屑形成有力的衝擊，井壁得到有效衝洗，減少由於粘在井壁上的巖屑形成厚泥餅的可能，預防粘卡事故發生的可能。
[0009]在上述技術方案中，逆向的水力衝擊使鑽井液加速上返，改善了鑽頭的水力清洗冷卻條件，使PDC齒得到充分的冷卻，不因PDC齒的熱磨損而影響鑽頭的正常使用，延長了鑽頭的使用壽命。
[0010]此外，在上述技術方案中，可以根據鑽井參數和鑽頭的不同，可以在鑽頭上布置的逆向噴嘴數量為一個或多個。
[0011]所述逆向噴嘴的噴射口內徑為6 — 12mm。噴射口內徑太大，會使鑽頭的正向噴嘴的的水功率變小，導致正向噴嘴的射流對井底巖屑的清除能力降低；而該噴射口內徑太小，會導致逆向噴嘴所起到的作用降低，甚至使鑽進液中的固體雜質堵塞噴嘴。
[0012]鑽進液通過高速射流從噴嘴衝噴射出來，產生的射流就要較高的衝蝕能力，因此所述逆向噴嘴的材料為硬質合金。採用硬質合金的逆向噴嘴，耐衝蝕能力較高，使用壽命較長。
[0013]所述保徑柱的形狀是圓柱狀，材料是金剛石複合片或硬質合金齒。
[0014]綜上所述，本實用新型具有逆向噴射功能的PDC鑽頭，具有良好的水力攜巖能力，起到防止鑽頭泥包、粘卡事故的發生以及提聞了鑽頭破巖的機械鑽速和延長鑽頭的使用壽命的作用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]下面結合附圖和本實用新型的實施方式對本實用新型做進一步詳細說明。
[0016]圖1是本實用新型的第一種實施方式逆向噴射結構的剖視圖。
[0017]圖2是本實用新型的第二種實施方式逆向噴射結構的剖視圖。
[0018]圖3是本實用新型每個刀翼上端均布置有逆向噴嘴的俯視圖。
[0019]圖4是本實用新型只在部分刀翼上端布置有逆向噴嘴的俯視圖。
[0020]圖中標記:1_鑽頭體、2-刀翼、3-排削槽、4-正向噴嘴、5-逆向噴嘴、6a_第一逆向噴射水道、6b-第二逆向噴射水道、7-鑽頭中心水道、8-保徑柱。
【具體實施方式】
[0021]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0022]圖1和圖2示意的表示出具有逆向噴射功能的PDC鑽頭，是布置於鑽頭刀翼2上部的逆向噴嘴5，該逆向噴嘴5的噴射方向背離井底向上，與布置在排屑槽3下部的正向噴嘴4的噴射反向相反。所述逆向噴嘴5安裝在鑽頭體I的第一逆向噴射水道6a內，第二逆向噴射水道6b連通鑽頭中心水道7與第一逆向噴射水道6a。用鑽孔的方式加工第二逆向噴射水道6b，鑽孔的方向是從刀翼2外側向鑽頭體I內進行，因此將保徑柱8以釺焊的形式固結在第二逆向噴射水道6b與刀翼2的外側處，該保徑柱8即封堵了鑽井液從刀翼外側噴射出的通道，也起到了鑽頭保徑的作用。
[0023]圖1和圖2示意的表示出本實用新型逆向噴射中鑽井液的流向和逆向噴射方向，採用了逆向噴射的水力結構使鑽井液能夠通過鑽頭中心水道7和兩條逆向噴射水道，從逆向噴嘴5噴射出來，形成水力衝擊。根據不同的鑽井條件，可將噴射方向調整成與鑽頭迴轉軸線成一定的夾角，使逆向噴射能夠有效清除粘附在井壁的巖屑，但以過大的角度噴射井壁會造成井壁垮塌，因此本實用新型提出的逆向噴射角度與鑽頭迴轉軸線所成的夾角不超過 10。。
[0024]圖1是本實用新型具有逆向噴射功能的PDC鑽頭的第一種實施方式，逆向噴嘴5的噴射方向與鑽頭迴轉軸線的夾角為0°這種方式可以有效的避免水力噴射對井壁和鑽柱的衝擊。
[0025]圖2是本實用新型具有逆向噴射功能的PDC鑽頭的第二種實施方式，逆向噴嘴5的噴射方向與鑽頭迴轉軸線的夾角為10°，噴射方向指向井壁。這種方式可以利用水力噴射衝洗粘附在井壁的巖屑，避免粘卡的事故發生。
[0026]根據鑽井參數和地層條件的需要，可以選擇在鑽頭上布置的逆向噴嘴數量為一個或多個，如圖3所示在鑽頭的每個刀翼上都設置有逆向噴嘴5 ;如圖4所示，只在部分鑽頭刀翼上設置有逆向噴嘴5。
[0027]為了更好的實施本實用新型的鑽頭，所述逆向噴嘴的噴射口內徑為6 — 12mm。噴射口內徑太大，會使鑽頭的正向噴嘴的的水功率變小，導致正向噴嘴的射流對井底巖屑的清除能力降低；而該噴射口內徑太小，會導致逆向噴嘴所起到的作用降低，甚至使鑽進液中的固體雜質堵塞噴嘴。
[0028]鑽進液通過高速射流從噴嘴衝噴射出來，產生的射流就要較高的衝蝕能力，因此本實用新型的逆向噴嘴的材料為硬質合金。採用硬質合金的逆向噴嘴，耐衝蝕能力較高，使用壽命較長。
[0029]所述保徑柱的形狀是圓柱狀，材料是金剛石複合片或硬質合金齒。
[0030]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型。例如，本實用新型的實施方式還包括逆向噴嘴5的噴射方向與鑽頭迴轉軸線的夾角不超過10°，其噴射方向可以偏井筒內側。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種具有逆向噴射功能的PDC鑽頭，包括鑽頭體(I)、刀翼(2)、排屑槽(3)、正向噴嘴(4)和逆向噴嘴(5)，其特徵在於:鑽頭體(I)的下端連接有刀翼(2)，排屑槽(3)在相鄰的刀翼(2)之間；排屑槽(3)下部布置有正向噴嘴(4);刀翼(2)的上部布置有逆向噴嘴(5);所述逆向噴嘴(5)安裝在第一逆向噴射水道(6a)內，第二逆向噴射水道(6b)與第一逆向噴射水道(6a)相交,第二逆向噴射水道(6b)連通鑽頭中心水道(7);所述第二逆向噴射水道(6b)與刀翼(2)外側相交處固結有保徑柱(8);所述逆向噴嘴(5)的噴射方向背離井底向上，與鑽頭迴轉軸線的夾角不超過10°。
2.根據權利要求1所述的一種具有逆向噴射功能的PDC鑽頭，其特徵在於:鑽頭上布置逆向噴嘴(5)的數量為一個或多個。
3.根據權利要求1所述的一種具有逆向噴射功能的PDC鑽頭，其特徵在於:逆向噴嘴(5)的噴射口內徑為6 — 12mm。
4.根據權利要求1所述的一種具有逆向噴射功能的PDC鑽頭，其特徵在於:逆向噴嘴(5)的材料為硬質合金。
5.根據權利要求1所述的一種具有逆向噴射功能的PDC鑽頭，其特徵在於:所述保徑柱(8)的形狀是圓柱狀，材料是金剛石複合片或硬質合金齒。
【文檔編號】E21B10/61GK204152441SQ201420594653
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月15日 優先權日:2014年10月15日
【發明者】張佔奎, 王秀彬, 李少偉, 張國亮, 王建濤, 劉偉京 申請人:滄州格銳特鑽頭有限公司