CN104453724A - 油田钻井用长喷嘴合金钻头 - Google Patents

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李国庆
韩昌
袁国强
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Daqing Petroleum Administration Bureau
China National Petroleum Corp
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/60—Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids
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Abstract

一种油田钻井用长喷嘴合金钻头。主要解决现有普通喷嘴合金钻头射流到达井底的水力能量低，井底流场水力能量分布差，水力破岩及清岩作用差，漩涡对合金钻头冲蚀高的问题。其特征在于：甲喷嘴(2)在主体(1)上面Ⅰ象限内，乙喷嘴(3)在主体(1)上面Ⅱ象限内，丙喷嘴(4)在主体(1)上面Ⅲ象限内，丁喷嘴(5)在主体(1)上面Ⅳ象限内，甲喷嘴(2)和丙喷嘴(4)高出主体(1)上面55毫米，乙喷嘴(3)和丁喷嘴(5)高出主体(1)上面35毫米。该油田钻井用长喷嘴合金钻头具有提高射流到达井底的水力能量，改善井底流场水力能量分布，增强水力破岩及清岩作用，减少局部漩涡对合金钻头冲蚀的特点。

Description

油田钻井用长喷嘴合金钻头
技术领域
本发明涉及一种油田钻井所用的钻头，尤其是油田钻井用长喷嘴合金钻头。
背景技术
在油田钻井领域中，普通喷嘴合金钻头的喷嘴长短一致，在钻进中利用钻井液通过喷射式钻头喷嘴时，所产生的高速射流水力破岩及清岩作用，提高机械钻速，冷却钻头。而现有普通喷嘴合金钻头存在：普通喷嘴合金钻头射流出喷嘴后，钻井泥浆液固双相流的冲蚀，水力喷射处于喷射的扩散区，高压区和低压区不明显，钻头处存在重复破碎，削弱了漫流对井底岩屑的横扫作用，水力效应没有完全发挥、水力能量有所损失，局部漩涡对合金钻头冲蚀严重，在快速钻进中易泥包钻头，严重影响钻进效率和合金钻头的使用寿命。
发明内容
为了解决现有普通喷嘴合金钻头射流到达井底的水力能量低，井底流场水力能量分布差，水力破岩及清岩作用差，漩涡对合金钻头冲蚀高的问题。本发明提供一种油田钻井用长喷嘴合金钻头。该油田钻井用长喷嘴合金钻头具有提高射流到达井底的水力能量，改善井底流场水力能量分布，增强水力破岩及清岩作用，减少局部漩涡对合金钻头冲蚀的特点。
本发明的技术方案是：该油田钻井用长喷嘴合金钻头包括主体、甲喷嘴、乙喷嘴、丙喷嘴以及丁喷嘴。甲喷嘴、乙喷嘴、丙喷嘴以及丁喷嘴在主体上面，甲喷嘴在主体上面Ⅰ象限内，乙喷嘴在主体上面Ⅱ象限内，丙喷嘴在主体上面Ⅲ象限内，丁喷嘴在主体上面Ⅳ象限内，甲喷嘴和丙喷嘴高出主体上面55毫米，乙喷嘴和丁喷嘴高出主体上面35毫米。
本发明具有如下有益效果：该油田钻井用长喷嘴合金钻头由于采用甲喷嘴、乙喷嘴、丙喷嘴以及丁喷嘴在主体上面，甲喷嘴在主体上面Ⅰ象限内，乙喷嘴在主体上面Ⅱ象限内，丙喷嘴在主体上面Ⅲ象限内，丁喷嘴在主体上面Ⅳ象限内，甲喷嘴和丙喷嘴高出主体上面55毫米，乙喷嘴和丁喷嘴高出主体上面35毫米的结构。利用长短喷嘴不对称组合，高压区和低压区相对集中，极大地提高了射流到达井底的水力能量，从而提供了一个较好的井底液流场，低压区面积较大，因而清岩效果更好；所产生的井底压力对清岩效果更好，水力破岩作用得到提高。所以说该油田钻井用长喷嘴合金钻头具有提高射流到达井底的水力能量，改善井底流场水力能量分布，增强水力破岩及清岩作用，减少局部漩涡对合金钻头冲蚀的特点。
附图说明
附图1是本发明结构示意图。
图中1-主体，2-甲喷嘴，3-乙喷嘴，4-丙喷嘴，5-丁喷嘴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
由附图所示，该油田钻井用长喷嘴合金钻头包括主体1、甲喷嘴2、乙喷嘴3、丙喷嘴4以及丁喷嘴5。甲喷嘴2、乙喷嘴3、丙喷嘴4以及丁喷嘴5在主体1上面，甲喷嘴2在主体1上面Ⅰ象限内，乙喷嘴3在主体1上面Ⅱ象限内，丙喷嘴4在主体1上面Ⅲ象限内，丁喷嘴5在主体1上面Ⅳ象限内，甲喷嘴2和丙喷嘴4高出主体1上面55毫米，乙喷嘴3和丁喷嘴5高出主体1上面35毫米。
该油田钻井用长喷嘴合金钻头是在不增加地面泥浆泵功率的条件下，利用射流动力学原理对钻头水力系统和射流发生装置进行优化，缩短钻头上喷嘴出口到井底的距离，减少射流出喷嘴后巨大的功率和压力损失，从而提高射流到达井底的水力能量，增强水力破岩能力。改进后，井底流场水力能量分布得到改善，涡心与射流区的距离增加,漩涡边界流体切入到漫流层中并附壁上返, 漩涡强度减弱, 漫流区厚度与速度增加, 携岩能力提高, 清洗与冷却能力增强，对合金钻头冲蚀降低。
对现有喷嘴的结构和形状调整、设计，使得水力喷射等速核长度超过喷嘴到切削面的距离，发挥最大的水力效应。在一定的条件下，射流的喷射速度每秒达到160～180 米，冲击力达到600～700 公斤，甚至更高，实现该油田钻井用长喷嘴合金钻头的高压喷射辅助破岩及清岩作用，该油田钻井用长喷嘴合金钻头更接近井底岩面，根据淹没非自由射流的理论计算，在相同水力参数下，应用两个长度为55毫米的长喷嘴和两个长度为35毫米普通喷嘴对称安装的钻头，其井底岩面上的射流轴心动压力、冲击力和水马力可分别提高48%、25%和22%，提高了井底漫流速度，还起到了清洗钻头的作用。该油田钻井用长喷嘴合金钻头在20支钻井队进行实验， 200口井实验。与现有喷嘴合金钻头相比，平均机械钻速由31.46m/h提高到42.56m/h，提高了35.3%；平均建井周期由5.34天缩短到4.89天，缩短了8.43%。口井建井周期降低0.45天。

Claims (1)

1.一种油田钻井用长喷嘴合金钻头，包括主体(1)、甲喷嘴(2)、乙喷嘴(3)、丙喷嘴(4)以及丁喷嘴(5)，其特征在于：甲喷嘴(2)、乙喷嘴(3)、丙喷嘴(4)以及丁喷嘴(5)在主体(1)上面，甲喷嘴(2)在主体(1)上面Ⅰ象限内，乙喷嘴(3)在主体(1)上面Ⅱ象限内，丙喷嘴(4)在主体(1)上面Ⅲ象限内，丁喷嘴(5)在主体(1)上面Ⅳ象限内，甲喷嘴(2)和丙喷嘴(4)高出主体(1)上面55毫米，乙喷嘴(3)和丁喷嘴(5)高出主体(1)上面35毫米。
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