CN105888560A - 双流道pdc钻头 - Google Patents
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Abstract
一种双流道PDC钻头，包括：钻头本体，钻头本体内设置有进液孔；多个刀翼，多个刀翼设置于钻头本体的冠部；第一喷嘴，第一喷嘴设置于相邻刀翼之间，且与进液孔连通；以及增压喷嘴，增压喷嘴设置于刀翼顶部，且通过管道连通至增压装置。该双流道PDC钻头具有水利清岩和水利切削的作用，能够防止钻头钻井过程中钻进难、打滑等问题的发生。
Description
技术领域
本发明涉及钻头，特别涉及一种双流道PDC(Polycrystalline DiamondCompact，聚晶金刚石复合片)钻头。
背景技术
在石油钻井工程中，为了提高钻井速度，节约钻井成本，技术人员研发出各种用于切削地层的钻井工具。早期最为普及的是牙轮钻头，这种钻头的适用面广，能适应各种地层。但随着石油工程技术的进步，牙轮钻头的机械钻速和使用寿命都无法满足钻井要求。
PDC钻头以机械钻速快、使用寿命长等优点逐步替代了牙轮钻头。然而，对于PDC钻头来说，其适用地层范围并没有牙轮钻头广，有些地层并不能使用PDC钻头，其主要原因在于PDC钻头在钻遇含有砾岩和超硬地层时会出现钻头早期损坏和无法钻进的问题。由于砾岩对PDC切削齿有冲击作用，切削齿在早期很快就会被砾岩击碎，切削齿被击碎后钻头冠体将很快被损坏。所以一般含有砾岩的地层是无法使用PDC钻头的。为此，需要对PDC钻头进行改进，使得钻头更容易切入地层，提高其切削效力。
发明内容
本发明的目的是提供一种双流道PDC钻头，其具有水利清岩和水利切削的作用，能够防止钻头钻井过程中钻进难、打滑等问题的发生。
本发明采用以下解决方案：
一种双流道PDC钻头，包括：
钻头本体，所述钻头本体内设置有进液孔；
多个刀翼，所述多个刀翼设置于所述钻头本体的冠部；
第一喷嘴，所述第一喷嘴设置于相邻刀翼之间，且与所述进液孔连通；以及
增压喷嘴，所述增压喷嘴设置于所述刀翼顶部，且通过管道连通至增压装置。
优选地，所述管道包括依次连通的流道、衬管和延长管，所述流道穿过所述钻头本体，所述延长管连通至所述增压装置。
优选地，所述衬管和延长管能够承受的压力范围为100～200Mpa，所述衬管由硬质合金制成，所述延长管由钢制成。
优选地，所述增压喷嘴与所述双流道PDC钻头的中心的距离r等于所述刀翼的最大半径R的1/2。
优选地，所述增压喷嘴的轴线与垂直方向的夹角为10°～15°。
优选地，所述增压喷嘴的出口直径为1～2mm。
本发明的有益效果是设计一种双流道PDC钻头，其在刀翼顶部设置增压喷嘴，利用增压装置，使得钻井液获得高压，并经由增压喷嘴喷出。由于增压喷嘴距离地层较近，能够利用高压聚合喷射，喷射压力大，钻头钻进地层时，高压钻井液回旋切割地层，地层受到水利切削。此外，高压喷射极大地减小了岩石的地应力，使得PDC钻头能够更加有效地切削地层。
附图说明
通过结合附图对示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在示例性实施例中，相同的附图标记通常代表相同部件。
图1示出了根据示例性实施例的双流道PDC的俯视图；
图2示出了根据示例性实施例的双流道PDC的立体图；
图3示出了根据示例性实施例的双流道PDC剖视图。
主要附图标记说明：
1：钻头本体，2：刀翼，3：常压喷嘴，4：增压喷嘴，5：进液孔，6：管道，6-1：流道，6-2：衬管，6-3：延长管。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据示例性实施例的双流道PDC钻头包括：
钻头本体，钻头本体内设置有进液孔；
多个刀翼，设置于钻头本体的冠部；
第一喷嘴，设置于相邻刀翼之间，且与进液孔连通；以及
增压喷嘴，设置于刀翼顶部，且通过管道连通至增压装置。
钻头本体的顶端为冠部，一般情况下，冠部由钢材料制成并且表面敷焊耐磨层。刀翼设置于钻头本体的冠部上，通常情况下，在冠部上均匀设置4-6片刀翼，在每片刀翼上设置多个切削齿。与现有PDC钻头类似，根据示例性实施例的双流道PDC钻头的钻头本体内设置有进液孔，相邻刀翼之间设置有与进液孔连通的第一喷嘴，第一喷嘴喷射的液体能够在钻头钻进过程中冲洗岩屑，提高钻进速度。
根据示例性实施例的双流道PDC钻头与现有PDC钻头的主要区别在于：在刀翼顶部设置增压喷嘴，增压喷嘴通过管道连通至增压装置。由于增压喷嘴设置于刀翼顶部，因此在钻头钻进过程中，增压喷嘴距离底层更近，由增压装置增压的高压钻井液通过管道经由增压喷嘴喷射而出时，能量损失更少，钻头钻进地层时，高压钻井液回旋切割地层。此外，高压喷射极大地减小了岩石的地应力，使得PDC钻头能够更加有效地切削地层。
根据示例性实施例的双流道PDC钻头采用双流道设计：第一条流道包括进液孔和第一喷嘴，流经这条流道的钻井液没有增压，主要作用是提供携岩、清岩介质，将切削下的岩石带离井底，同时对钻头进行冷却。此外，钻井液还具有平衡井底压力、防止地层压力造成井喷等作用，是钻井中不可缺少的。第二条流道包括增压喷嘴和与之连通的管道，流经这条流道的流体经过增压装置的增压，能够更加有效地切削地层。
作为优选方案，管道包括依次连通的流道、衬管和延长管，其中流道穿过钻头本体，延长管连通至增压装置。
作为优选方案，衬管和延长管采用耐高压的硬管。作为更优选方案，衬管和延长管能够承受的压力范围为100～200Mpa，衬管由硬质合金制成，延长管由钢制成。
作为优选方案，增压喷嘴与双流道PDC钻头的中心的距离r等于刀翼最大半径R的1/2。将增压喷嘴设置于刀翼顶部距离钻头中心1/2R处的主要原因在于钻头一般在此处最先接触地层，增压喷嘴设在此处有利于水利切削先于钻头切削地层，先行破坏岩石结构，从而可以减轻地层对钻头的损伤。使用时，增压喷嘴与地层的距离可小至10mm。
作为优选方案，增压喷嘴的轴线与垂直方向的夹角为10°～15°，这样的角度设置可使液流倾斜流出，钻井液经地层反射到空中，而不会反射到钻头上，从而减轻了高压钻井液对钻头的损坏。
总体来说，增压喷嘴的上述位置和方向设置可以使得通过增压喷嘴喷射的流体更加有效地携带岩屑，减少增压喷嘴引起的钻井液反射对钻头的损害。
作为优选方案，增压喷嘴的出口直径为1～2mm，以保证钻井液以高压被喷射出来。
图1、图2和图3分别示出了根据示例性实施例的双流道PDC的俯视图、立体图和剖视图。以下参考图1-3详细描述根据示例性实施例的双流道PDC钻头。
如图1-3所示，根据示例性实施例的双流道PDC钻头包括钻头本体1、刀翼2、常压喷嘴3和增压喷嘴4。
钻头本体1内设置有进液孔5。5片刀翼均匀分布于钻头本体1的冠部。常压喷嘴3设置于相邻刀翼之间，且与进液孔5连通。在本实施例中，共设置了5个常压喷嘴3。
增压喷嘴4设置于刀翼2的顶部，其通过管道6连通至增压装置(未显示)。在本实施例中，仅设置一个增压喷嘴4。增压喷嘴4与双流道PDC钻头的中心的距离r等于刀翼2的最大半径R的1/2，增压喷嘴4的轴线与垂直方向的夹角为10°，增压喷嘴4的出口直径为1～2mm。管道6包括依次连通的流道6-1、硬质合金衬管6-2和延长管6-3，其中流道6-1穿过钻头本体1，延长管6-3连接至增压装置(未显示)。
上述技术方案只是本发明的一种实施例，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开的原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施例的描述，因此前面的描述只是优选的，而并不具有限制性的意义。
Claims (6)
1.一种双流道PDC钻头，包括：
钻头本体，所述钻头本体内设置有进液孔；
多个刀翼，所述多个刀翼设置于所述钻头本体的冠部；
第一喷嘴，所述第一喷嘴设置于相邻刀翼之间，且与所述进液孔连通；以及
增压喷嘴，所述增压喷嘴设置于所述刀翼顶部，且通过管道连通至增压装置。
2.根据权利要求1所述的双流道PDC钻头，其中所述管道包括依次连通的流道、衬管和延长管，所述流道穿过所述钻头本体，所述延长管连通至所述增压装置。
3.根据权利要求2所述的双流道PDC钻头，其中所述衬管和延长管能够承受的压力范围为100～200Mpa，所述衬管由硬质合金制成，所述延长管由钢制成。
4.根据权利要求1所述的双流道PDC钻头，其中所述增压喷嘴与所述双流道PDC钻头的中心的距离r等于所述刀翼的最大半径R的1/2。
5.根据权利要求1所述的双流道PDC钻头，其中所述增压喷嘴的轴线与垂直方向的夹角为10°～15°。
6.根据权利要求1所述的双流道PDC钻头，其中所述增压喷嘴的出口直径为1～2mm。
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Cited By (4)
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| CN110331944A (zh) * | 2019-08-20 | 2019-10-15 | 立府精密机械有限公司 | 一种水雾冷却钻头 |
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