CN1030851C - 用于钻头上的井底射流调节器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于钻头上的井底射流调节器，主要由轴承、外壳及盲孔三穿槽喷头组成。喷头用过滤套与外壳丝扣连接，又与节流阀滑动配合，节流阀与轴承、流量分配阀过渡配合，转向拨叉与导向阀大牙交错，再与承压板、螺母连接成一射流调节器，用锁紧螺母固定于钻头中心钻孔，即可下井打钻。本发明既能与边喷配合使用，解决井底中心垫层及钻头泥包，又可单独使用代替其它一切喷嘴，还可在入口处加一脉冲喷嘴，成为脉冲射流调节器。本发明结构简单、打钻效率高。

Description

本发明涉及石油钻井工艺技术，特别是用于钻头上的井底射流调节器。

国内外的喷射钻井，多用三牙轮钻头钻进，其次是研磨切削钻头钻进。三牙轮钻头大量的喷嘴安装接近钻头边沿(边喷射)，井底中心形成一个死角，三牙轮钻头钻井时，井底面积的85％不能直接冲洗，多数碎块作为垫层在井底重复破碎，在高压液柱作用下，这些垫层压持在井底，是导致钻井效率低的主要原因。钻头越大，这个矛盾越突出。在同样的钻井条件下，一只9三牙轮钻头要比一只8三牙轮钻头的钻速要低20-90％以上。国外模拟试验指出，在喷射的条件下，增加水力冲洗程度(指继续增强地面水力设备能力)，对克服局部成坑效应只有微小的作用，这是目前三牙轮钻头水眼布置的缺陷。由于三牙轮钻头自身的结构特点，发展了一种不等压流场，他们在钻头喷嘴布置上，喷嘴长短相异、大小相并，或减少数量、或堵死某一处喷嘴等方法钻进，这样虽可提高一定钻速，但带来了钻头的局部磨损大，并底钻井不平稳，易打斜井眼等弊病。因此部分松软地层的油汽田，已经不用上述布置喷嘴的不对称方案了。另外，国内外还出现了少量钻头中心喷嘴，几年前苏联人发明的中心对称三分岔喷嘴，主要目的是解决钻头包泥，但却只能用于12兆帕以下泵压打钻，如果泵压高了牙轮尖将会全部冲蚀掉。

一九八八年，有一种“用于牙轮钻头的井底清洗器”，(专利申请号为89212837.2)虽能使井底大面积得到冲洗，用淹没射流衰减原理，解决了切削刃被冲蚀现象，这只能解决井底钻头泥包。其钻速提高，不过15-30％，而且过滤器也易堵死，喷嘴的射流数量不能因钻井工艺要求而变化。申请号为90212418.8的“用于钻头上的空穴射流喷嘴”，虽能在超高压条件下打钻，钻速提高许多，但不能用在钻头中心上。因此，目前无论是边喷射还是中心喷射的现有技术，都不能按钻井工艺要求而调整井底射流数量，都不能解决高压钻井时冲蚀牙轮壳体的问题。

本发明的目的正是为了克服上述喷射钻井的缺陷，而设计一种安装在钻头中心，可以不起钻调节井底射流数量，使90％以上的井底平面得到良好的射流冲蚀，改进射流井底流场，形成一种水压等差场的板流水力结构的用于钻头上的井底射流调节器。以达到比较完美的喷射钻井工艺，从而大幅度的提高打井速度。本发明结构简单，安装方便，价格低，可用于各种牙轮钻头上。也可以单独把调节器部分(不包括喷头)用在其它任何钻头。

本发明的目的是通过以下措施来达到的：

本发明井底射流调节器主要由喷头、轴承、外壳等组成。喷头是采用盲孔三穿槽的特殊喷头，并用过滤套(器)与外壳丝扣连接，喷头还与节流阀滑动配合，节流阀再通过压缩弹簧顶住流量分配阀的上台肩，与转向拨叉所配合，节流阀又与轴承、流量分配阀过渡配合，转向拨叉还与导向阀犬牙交错，然后再与承压板、螺母丝扣连接，组成一连接操纵系统的射流调节器。再用锁紧螺母将射流调节器连接于钻头中心钻孔，涂上密封胶，即可下井打钻。当喷头穿槽宽大于5毫米时，可以取消过滤套(器)，还可在入口处增加一脉冲(空穴)喷嘴，转换成脉冲射流，成为井底脉冲射流调节器。

图1为本发明射流调节器剖视图。

图2为本发明射流调节器安装在牙轮钻头中心孔内的示范剖面图。

下面结合附图对本发明的结构、工作原理及其实施例作进一步的说明。

喷头1为盲孔三穿槽均布120的特殊喷头，喷头(1)用过滤套(器)(4)与外壳(12)丝扣连接，喷头(1)还与节流阀(2)滑动配合，节流阀(2)通过压缩弹簧(6)顶住流量分配阀(7)的上台肩，与转向拨叉(8)配合，节流阀(2)又与8201轴承(5)、流量分配阀(7)过渡配合，转向拨叉(8)与导向阀(9)犬牙交错，再与承压板(10)、螺母(11)丝扣连接，组成一连接操纵系统。锁紧螺母(3)将射流调节器固定在钻头中心孔上，这样即可下井打钻。该射流调节器既能与边喷配合使用，解决井底中心垫层及钻头泥包问题，又可单独使用代替其它一切喷嘴，安上调节机构可以不起钻在井底随时调节过水量。

另外，当喷头穿槽宽度大于5毫米时，可以取消过滤套(器)，还可在入口处增加一个脉冲(空穴)喷嘴，就可以转换成脉冲射流，成为井底脉冲射流调节器，达到旋转钻进最佳打井效果。它大幅度提高钻速、节约大量的起下钻时间，由于钻井周期缩短很多，井身质量好，可以防止或减少井下隐患事故。本发明射流调节器受到冲蚀的各部件均采用钢结硬质合金或钨钴硬质合和工业耐磨陶瓷、碳化硼，压模烧结或机加工成型，其余部件采用炭钢渗硼处理。

本发明的工作原理是：调节器用于钻井时，喷头最接近井底，是充分利用淹没射流直接冲蚀井底岩削垫层的，它有异于不等压流场，而是同心等差流场，它对井底的冲蚀大大优于不等压流场，减少涡流，及时形成板流的水力结构，冷却钻头各部时散热快、直接冲蚀井底垫层及微裂间隙，把原来15％的直接冲蚀区变成90％以上的直接冲蚀区。它还有不起钻调节井底射流大小的特殊功能。正常打井时，要求射流速度大一点，可以把喷头过水断面调得最小，当遇到松软地层、井底复杂情况时，需要回流速度大一点，可把喷头过水断面调得大一点，当打完钻时，为保持井底清洁，要求不起钻时就把回流速度调整得最大，可把喷头过水断面调整得最大。这样既减少了起下钻的繁琐工序，又节省了钻头，同时还避免了不少隐患事故，大大提高了钻井工艺水平，是目前旋转钻进时其它喷射钻井所不能比拟的。

当调节器加工成如图所示的结构后，打井时高速流通过钻杆中心进入钻头浆孔，直接压迫承压板(环)(10)、转向拨叉(8)顶着流量分配阀(7)，在工作时，压缩弹簧(6)使节流阀(2)定位在流量分配阀(7)的上台阶或高或矫作为过水断面变化的控制基点，以达到最佳钻井工艺，当需要调整，停一下泵即能转换一次，其水量是按地层变化、井下复杂情况等因素具体调节过水断面的大小和档次。

调节器为工人摆脱了大量繁重的体力劳动，并大幅度的提高钻速约0.5至2倍以上，还使勘探成本费用节约20％以上。

本发明具有如下优点：

1.本发明用于钻头打井，射流冲蚀井底面积达90％以上，大于牙轮钻头边沿安喷嘴能冲蚀到面积的5倍以上。

2.井底钻头不起(取)出，直接分配射流数量，大量节约了起下钻时间及费用，并减轻了繁重的体力劳动。

3.能与各种喷嘴配合使用，提高打井速度，也能在钻头上单独使用。即满足低泵压钻进，又满足用于20兆帕以上的超高压的快速钻进，完善了喷射钻井的井底射流要求的钻进工艺。

4.由于是等差流场，形成合理的水力结构可使钻井平稳，降低了钻头局部磨损，提高钻头使用寿命。

5.可用于所有的牙轮钻头上，其它切削研磨钻头可以改喷头为导流管配合钻头水眼调节射流。

6.提高钻速0.5-2倍以上。

Claims (5)

1.一种用于钻头上的井底射流调节器，主要由喷头、轴承及外壳等组成，其特征在于设计了盲孔三穿槽的特殊喷头(1)，喷头(1)用过滤套(器)(4)与外壳(12)丝扣连接，喷头(1)还与节流阀(2)滑动配合，节流阀(2)通过压缩弹簧(6)顶住流量分配阀(7)的上台肩，再与转向拨叉(8)配合，节流阀(2)又与8201轴承(5)、流量分配阀(7)过渡配合，转向拨叉(8)与导向阀(9)犬牙交错，再与承压板(10)、螺母(11)丝扣连接成一射流调节器，用锁紧螺母(3)将射流调节器连接于钻头中心钻孔，涂上密封胶，即可下井打钻。

2.按照权利要求1所说的射流调节器，其特征在于盲孔三穿槽喷头均为120°的三对称分布的特殊喷头。

3.按照权利要求1或2所说的射流调节器，其特征在于当喷头穿槽宽大于5毫米时，可以取消过滤套(器)，在入口处增加一脉冲(空穴)喷嘴，则成为井底脉冲射流调节器。

4.按照权利要求1或2所说的射流调节器，其特征在于调节器受到冲蚀的各部件均采用钢结硬质合金或钨钻硬质合金和工业耐磨陶瓷、碳化硼，压模烧结或机加工成型，其余部件采用炭钢。

5.按照权利要求1或2所说的射流调节器，其特征在于该调节器可连接各种钻头中心钻孔，并用密封耐磨胶涂于调节器与钻头交接处。

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