CN105443044B - 一种环流射吸减围压钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环流射吸减围压钻头，包括钻头本体和环流射吸装置；所述钻头本体设有多个刀翼，相邻的两个刀翼之间形成排屑槽，每个刀翼上均设置有一排切削齿；所述钻头本体的内部沿轴向设有中心流道；所述钻头本体的内部还设有多个分别与中心流道连通的喷射流道，每个喷射流道的出水口处均设有钻头面喷嘴；钻头本体的内部设有反向射流通道；环流射吸装置包括环形射吸套和射吸泵，环形射吸套与钻头本体的外壁之间形成环形空腔；环形空腔与反向射流通道的出液口连通；所述射吸泵包括射吸管和射吸喷嘴。本发明能够使井底的压力始终处于较低的状态，实现降低钻头工作面围压的目的，减小压持效应，从而显著提高钻井的机械钻速。

Description

一种环流射吸减围压钻头

技术领域

本发明涉及一种石油钻探用的钻井工具，具体涉及一种环流射吸减围压钻头。

背景技术

目前，在石油钻探领域，主要使用聚晶金刚石钻头破岩，也称为PDC钻头。现有的PDC钻头主要由钻头本体、刀翼、切削齿和钻头面喷嘴构成。现有的PDC钻头存在如下缺点：在钻井过程中，通常井筒液柱压力大于地层压力，井底形成围压，，钻头切削下来的岩屑被压持在井底，不利于岩屑的清除，造成重复切削，极大地降低了钻头的破岩效率。特别是在高密度钻井液的钻井过程中更为突出。钻探实践表明，降低井底围压，减小压持效应，可以显著提高机械钻速，从而提高钻井效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是为了提供一种环流射吸减围压钻头，本发明增加了与钻头面喷嘴反向的射吸结构，依据射流泵的原理，能够使井底的压力始终处于较低的状态，实现降低钻头工作面围压的目的，减小压持效应，从而显著提高钻井的机械钻速。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种环流射吸减围压钻头，其特征在于：包括钻头本体和环流射吸装置；

所述钻头本体的下端沿圆周设置有多个刀翼，相邻的两个刀翼之间形成排屑槽，每个刀翼上均设置有一排切削齿；所述钻头本体的内部沿轴向设有中心流道；所述钻头本体的内部还设有多个分别与中心流道连通的喷射流道，喷射流道的出水口位于相邻的两个刀翼之间，每个喷水流道的出水口处均设有一个钻头面喷嘴；所述钻头本体的内部还设有至少一个反向射流通道，所述反向射流通道的进水口与中心流道连通，其出水口贯穿所述钻头本体的外侧壁；

所述环流射吸装置包括一个环形射吸套和至少一组射吸泵，所述环形射吸套固定在所述钻头本体的外壁上，所述环形射吸套与所述钻头本体的外壁之间形成有环形空腔；所述环形空腔的一端设有与所述排屑槽连通的进液口，其另一端设有至少一个出液口；所述环形空腔与反向射流通道的出液口连通；所述射吸泵包括一射吸管和一射吸喷嘴；所述射吸管安装在所述环形空腔的出液口中，所述射吸喷嘴安装在所述反向射流通道的出液口中；所述射吸管和射吸喷嘴的中心线位于同一轴线上，所述射吸管和射吸喷嘴之间留有间距。

实现本发明的一种实施方式是：所述钻头本体的中心流道中设有过滤装置；所述过滤装置为带有过滤孔的过滤管。

实现本发明的一种实施方式是：所述环形射吸套的外壁上设置倒划眼齿。

实现本发明的一种实施方式是：所述切削齿通过焊接固定在钻头本体的刀翼上；所述钻头面喷嘴通过螺纹连接在喷水流道的出水口中。

实现本发明的一种实施方式是：所述环形射吸套与钻头本体之间通过定位销定位并通过焊接固定连接。

实现本发明的一种实施方式是：所述环形射吸套的侧壁上还开设有耐磨带与耐磨齿，作为钻头的加强保径，侧壁间的空间形成回流排屑槽。

实现本发明的一种实施方式是：所述反向射流通道的数量为为一个、二个、三个、四个或五个，与之对应，所述射吸泵的数量为为一组、二组、三组、四组或五组，所述环形空腔的出液口的数量为一个、二个、三个、四个或五个。

实现本发明的一种实施方式是：所述刀翼的数量为三个、四个、五个、六个或七个，与之对应，所述切削齿的数量为三排、四排、五排、六排或七排。

实现本发明的一种实施方式是：所述喷水流道的数量为三个、四个、五个、六个或七个，与之对应，所述钻头面喷嘴的数量为三个、四个、五个、六个或七个。

本发明的有益效果在于：

本发明在现有聚晶金刚石钻头结构的基础上，增加与钻头面喷嘴反向的环流射吸装置。钻井液经钻头中心流道后分流，一部分仍由原来的钻头面喷嘴冲击井底后带动岩屑上返；另一部分由过滤装置过滤后流入环流射吸装置，这部分钻井液经射吸喷嘴流出后会产生高速低压区，从而将经钻头面喷嘴上返部分的岩屑快速地吸入射吸管混合，进行动量与质量的交换，在射吸管的末端，岩屑与钻井液仍具有较高的流速(动能)，进入与井壁的环空后，流速降低，部分动能转换成压能，带动岩屑迅速上返到地面。由于射吸喷嘴喷出的钻井液压力较低，井底的岩屑与钻井液被吸入射吸管并即时上返，使井底的压力始终处于较低的状态，实现降低钻头工作面围压的目的，减小压持效应，从而显著提高钻井的机械钻速。

附图说明

图1为本发明实施例1的环流射吸减围压钻头的仰视结构示意图。

图2为图1的A-A向剖视图。

其中，1、钻头本体；11、中心流道；12、喷水流道；13、反向射流通道；2、刀翼；21、排屑槽；3、切削齿；4、钻头面喷嘴；5、环流射吸装置；51、环形射吸套；511、加强保径及回流排屑槽；52、射吸泵；521、射吸管；522、射吸喷嘴；6、环形空腔；7、过滤装置。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

实施例1：

参照图1-图2，本实施例所述的一种环流射吸减围压钻头，包括钻头本体1和环流射吸装置5；

所述钻头本体1的下端沿圆周设置有六个刀翼2，相邻的两个刀翼2之间形成排屑槽21，每个刀翼2上均设置有一排切削齿3；所述钻头本体1的内部沿轴向设有中心流道11；所述钻头本体1的内部还设有六个分别与中心流道11连通的喷水流道12，喷水流道12的出水口位于相邻的两个刀翼2之间，每个喷水流道12的出水口处均设有一个钻头面喷嘴4；所述钻头本体1的内部还设有三个反向射流通道13，所述反向射流通道13的进水口与中心流道11连通，其出水口贯穿所述钻头本体1的外侧壁；

所述环流射吸装置5包括一个环形射吸套51和三组射吸泵52，所述环形射吸套51固定在所述钻头本体1的外壁上，所述环形射吸套51与钻头本体1之间通过定位销定位并通过焊接固定连接。所述环形射吸套51与所述钻头本体1的外壁之间形成有环形空腔6；所述环形空腔6的一端设有与所述排屑槽21连通的进液口，其另一端设有三个出液口；所述环形空腔6与反向射流通道13的出液口连通；所述射吸泵52包括一射吸管521和一射吸喷嘴522；所述射吸管521安装在所述环形空腔6的出液口中，所述射吸喷嘴522安装在所述反向射流通道13的出液口中，所述钻头面喷嘴4通过螺纹连接在喷水流道12的出水口中，作用是清洁切削齿3，带动切削后的岩屑上返到地面。所述射吸管521和射吸喷嘴522的中心线位于同一轴线上，所述射吸管521和射吸喷嘴522之间留有间距。

所述射吸管521和射吸喷嘴522之间的距离可根据需要进行调节，反向射流通道13与钻头本体1的中心流道11连通，作用是生成低压区，低压通过环形射吸套51传递到钻头面，从而降低钻头面围压，提高钻头的破岩效率；通过调整射吸管521与射吸喷嘴522之间的距离，使射吸排量大于泵排量，加速井底环空液流的上返，从而显著提高井底漫流速度，使岩屑迅速脱离井底；环形射吸套51除提供射吸泵52环形射吸的内腔以及外部回流的空间外，还可以作为钻头的保径使用，保证井眼的大小。

所述钻头本体1的中心流道11中设有过滤装置7。过滤装置7的作用是过滤钻井液中较大的杂质，防止堵塞射吸喷嘴522或钻头面喷嘴4，使环流射吸装置5失效。所述过滤装置7为带有过滤孔的过滤片。

所述环形射吸套51的外壁上设置倒划眼齿，确保钻头起钻。

本发明的工作原理：

钻井液进入钻头本体的中心流道后，经过滤装置分流，一部分经钻头面喷嘴流出带动岩屑上返，但由于井筒液柱压力大于地层压力形成的钻头面围压，使很大一部分切削下来的岩屑被压持在井底；另一部分钻井液经射吸喷嘴后形成高速低压的动力液，将部分带有岩屑的钻井液吸入射吸管充分混合，进行动量与质量的交换。在射吸管的末端，岩屑及钻井液仍具有很高的流速(动能)，进入环形空腔(即环空)后，流速降低，部分动能转换成压能，带动岩屑加速上返；部分钻井液会回流到钻头面，与部分带有岩屑的钻井液混合后一起被吸入射吸管后上返到地面。

其它实施例：

所述反向射流通道的数量为为一个、二个、四个、五个或者更多，与之对应，所述射吸泵的数量为为一组、二组、四组、五组或者更多，所述环形空腔的出液口的数量为一个、二个、四个、五个或者更多。

所述螺旋刀翼的数量为三个、四个、五个、七个或更多，与之对应，所述切削齿的数量为三排、四排、五排、七排或更多。

所述喷水流道的数量为三个、四个、五个、七个或更多，与之对应，所述钻头面喷嘴的数量为三个、四个、五个、七个或更多。

其它与实施例1相同。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种环流射吸减围压钻头，其特征在于：包括钻头本体和环流射吸装置；

所述钻头本体的下端沿圆周设置有多个刀翼，相邻的两个刀翼之间形成排屑槽，每个刀翼上均设置有一排切削齿；所述钻头本体的内部沿轴向设有中心流道；所述钻头本体的内部还设有多个分别与中心流道连通的喷射流道，喷射流道的出水口位于相邻的两个刀翼之间，每个喷射流道的出水口处均设有一个钻头面喷嘴；所述钻头本体的内部还设有至少一个反向射流通道，所述反向射流通道的进水口与中心流道连通，其出水口贯穿所述钻头本体的外侧壁；

所述环流射吸装置包括一个环形射吸套和至少一组射吸泵，所述环形射吸套固定在所述钻头本体的外壁上，所述环形射吸套与所述钻头本体的外壁之间形成有环形空腔；所述环形空腔的一端设有与所述排屑槽连通的进液口，其另一端设有至少一个出液口；所述环形空腔与反向射流通道的出液口连通；所述射吸泵包括一射吸管和一射吸喷嘴；所述射吸管安装在所述环形空腔的出液口中，所述射吸喷嘴安装在所述反向射流通道的出液口中；所述射吸管和射吸喷嘴的中心线位于同一轴线上，所述射吸管和射吸喷嘴之间留有间距;

所述环形射吸套的侧壁上还开设有耐磨带与耐磨齿，作为钻头的加强保径，侧壁间的空间形成回流排屑槽。

2.根据权利要求1所述的环流射吸减围压钻头，其特征是：所述钻头本体的中心流道中设有过滤装置。

3.根据权利要求2所述的环流射吸减围压钻头，其特征是：所述过滤装置为带有过滤孔的过滤管。

4.根据权利要求1所述的环流射吸减围压钻头，其特征是：所述环形射吸套的外壁上设置倒划眼齿。

5.根据权利要求1所述的环流射吸减围压钻头，其特征是：所述切削齿通过焊接固定在钻头本体的刀翼上；所述钻头面喷嘴通过螺纹连接在喷水流道的出水口中。

6.根据权利要求1所述的环流射吸减围压钻头，其特征是：所述环形射吸套与钻头本体之间通过定位销定位并通过焊接固定连接。

7.根据权利要求1所述的环流射吸减围压钻头，其特征是：所述反向射流通道的数量为一个、二个、三个、四个或五个，与之对应，所述射吸泵的数量为一组、二组、三组、四组或五组，所述环形空腔的出液口的数量为一个、二个、三个、四个或五个。

8.根据权利要求1所述的环流射吸减围压钻头，其特征是：所述刀翼的数量为三个、四个、五个、六个或七个，与之对应，所述切削齿的数量为三排、四排、五排、六排或七排。

9.根据权利要求1所述的环流射吸减围压钻头，其特征是：所述喷射流道的数量为三个、四个、五个、六个或七个，与之对应，所述钻头面喷嘴的数量为三个、四个、五个、六个或七个。