CN108756762A - 一种磁性固定的脉冲射流钻头装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种磁性固定的脉冲射流钻头装置，包括双母套筒、导流螺旋桨、轴承支撑装置、支撑轴、钻头接头、上阀盘、下阀盘和钻头本体，所述导流螺旋桨与双目套筒固定连接，所述导流螺旋桨叶片轮缘与双目套筒内壁之间安装有固定导流螺旋桨的磁性装置，使得支撑轴固定不动。本发明避免流体介质对导流螺旋桨做功，不仅提高了冲击射流的瞬时打击能力，还减少了现有结构中由于导流螺旋桨旋转而消耗的机械能。

Description

一种磁性固定的脉冲射流钻头装置
技术领域
本发明涉及钻头装置，尤其涉及一种磁性固定的脉冲射流钻头装置。
背景技术
目前，随着钻头质量和轴承寿命的提高，钻具的机械钻速和行程钻速得到了很大的提高；大量使用的喷射钻头，由于每个钻头均匀出流，喷射出来的冲击液流速低，能量少，钻井效率受到严重限制。脉冲射流钻头可以形成不连续的脉冲射流，从而克服了现有连续射流喷嘴能量小的缺点，提高了射流的瞬时打击力。
脉冲射流钻头作为一种新型钻头，克服了传统连续射流喷嘴能量小的缺点，提高了射流的瞬时打击能力。专利申请号为CN201621082736.9的中国实用新型专利，公开了一种等流量脉冲射流钻头装置、专利申请号为CN201510339097.3的中国发明新型专利，公开了一种井下脉冲射流钻头装，包括共轴线的双母套筒、钻头接头和钻头本体，这些专利均是通过螺旋桨驱动上阀盘旋转做功形成脉冲射流，然而脉冲射流钻头虽然提高了射流的瞬时打击能力，但是存在脉冲射流钻头的钻井效率降低的问题。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种磁性固定的脉冲射流钻头装置，提高脉冲射流钻头的瞬时打击力和钻井效率。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种磁性固定的脉冲射流钻头装置，包括双母套筒、导流螺旋桨、轴承支撑装置、支撑轴、钻头接头、上阀盘、下阀盘和钻头本体，所述导流螺旋桨与双目套筒固定连接，使得支撑轴固定不动。
优选地，所述导流螺旋桨叶片轮缘与双目套筒内壁之间安装有固定导流螺旋桨的磁性装置。
优选地，所述磁性装置包括第一磁性部件和第二磁性部件，所述导流螺旋浆的叶片轮缘处均固定有第二磁性部件，所述第一磁性部件固定于双目套筒的内壁上，所述第一磁性部件与第二磁性部件相互吸引，并且吸合面之间存在一定间隙。
优选地，所述第一磁性部件为圆环形。
优选地，所述第二磁性部件为条状形。
优选地，所述第二磁性部件通过螺钉直接固定于导流螺旋桨叶片轮缘。
优选地，所述第一磁性部件置于双母套筒内壁上的凹槽内。
优选地，所述导流螺旋桨通过锁紧螺母安装于支撑轴的上半部分。
本发明的有益效果：
本发明在导流螺旋桨和双母套筒内壁之间分别安装具有吸合力的磁性部件，以固定导流螺旋桨，避免流体介质对导流螺旋桨做功，不仅提高了冲击射流的瞬时打击能力，还减少了现有结构中由于导流螺旋桨旋转而消耗的机械能。
因此，本发明在提高射流钻头瞬时打击能力的同时，大大降低了导流螺旋桨旋转造成的能力损失，提高了钻井效率。
附图说明
图1为本发明所述一种磁性固定的脉冲射流钻头装置的结构示意图。
图2为图1中A处的局部放大图。
图中：
1.双母套筒，2.导流螺旋桨，3.轴承支撑装置，4.支撑轴，5.钻头接头，6.上阀盘，7.下阀盘，8.钻头本体，9.磁性装置，10.第一磁性部件，11.第二磁性部件。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述的一种磁性固定的脉冲射流钻头装置，包括双母套筒1、导流螺旋桨2、轴承支撑装置3、支撑轴4、钻头接头5、上阀盘6、下阀盘7、钻头本体8和磁性装置9，双母套筒1的下端与钻头接头5的上端相旋接，钻头接头5的下端与钻头本体8的上端相旋接，钻头本体8的下端设有刀翼，钻头本体8的上端设有沿轴线向下延伸的圆柱形钻头水腔，圆柱形钻头水腔的底壁上分布有多个钻头水眼，各钻头水眼以轴线为中心均匀分布在同一圆周上，各钻头水眼分别向下延伸且分别与钻头本体8下端面的喷孔相通。
双母套筒1和钻头接头5的中心设有与所述圆柱形钻头水腔相通的中心水道，支撑轴4位于中心水道内，支撑轴4通过轴承支撑装置3支撑在双目套筒上，支撑轴4上端设有螺纹，且导流螺旋桨2通过锁紧螺母固定安装于支撑轴4的上半部分，所述导流螺旋桨2叶片轮缘和双母套筒1内壁之间安装有固定导流螺旋桨2的磁性装置9，支撑轴4的下端穿过钻头接头5伸入至圆柱形钻头水腔内，圆柱形钻头水腔的底壁上安装有下阀盘7，下阀盘7上设有下阀盘7水孔，下阀盘7上的各水孔与钻头水眼的孔径相同且分别与钻头水眼一一对应贯通，下阀盘7的上方覆盖有安装在支撑轴4末端的上阀盘6，上阀盘6上设有至少一个圆孔或扇形环孔，圆孔或扇形环孔径向距离与下阀盘7水孔的孔径相同且与下阀盘7水孔位于同一圆周上。
如图2所示，磁性装置9包括第一磁性部件10和第二磁性部件11，第二磁性部件11为条状形，导流螺旋浆2的叶片轮缘处均通过螺钉固定有第二磁性部件11，第一磁性部件10为圆环形，置于双母套筒1内壁上的凹槽内，第一磁性部件10与第二磁性部件11相互吸引，并且吸合面之间存在一定间隙。第一磁性部件10也可为条状形，并与第二磁性部件11一一对应。
本发明的工作原理与使用方法如下：
当钻井液通过双母套筒中心水道中的导流螺旋桨时，如果没有导流螺旋桨叶片轮缘的第一磁性部件和安装在双母套筒内壁的第二磁性部件相互作用并固定，高压钻井液将驱动导流螺旋桨2连续旋转，桨叶带动支撑轴4驱动上阀盘6转动，可以实现上阀盘6上的水孔和下阀盘7上的水孔周期性的贯通或关闭，从而形成脉冲射流，但驱动上阀盘6旋转将会消耗高压钻井液相当一部分能量。
当导流螺旋桨2在磁性固定装置9的作用下时，将使导流螺旋桨2保持固定不动，进而上阀盘6保持不动，而下阀盘7在钻头本体8的带动下旋转，也可实现上阀盘6的水孔和下阀盘7的水孔的周期性贯通和关闭，且根据不同的要求，只需改变钻头本体的转速即可实现不同的脉冲频率。通过ANSYS CFX等数值计算软件，对本发明和现有技术中未使导流螺旋桨2和双目套筒1固定的两种不同方案的流场进行数值计算，通过分析流场的速度、压力、能量分布以及瞬态响应，发现未改进方案的内流场能量消耗大，导致存在钻井效率低的问题，而本发明显著降低了导流螺旋桨旋转造成的能力损失，提高了钻井效率。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种磁性固定的脉冲射流钻头装置，包括双母套筒(1)、导流螺旋桨(2)、轴承支撑装置(3)、支撑轴(4)、钻头接头(5)、上阀盘(6)、下阀盘(7)和钻头本体(8)，其特征在于，所述导流螺旋桨(2)与双目套筒(1)固定连接，使得支撑轴(4)固定不动。
2.根据权利要求1所述的磁性固定的脉冲射流钻头装置，其特征在于，所述导流螺旋桨(2)叶片轮缘与双目套筒(1)内壁之间安装有固定导流螺旋桨(2)的磁性装置(9)。
3.根据权利要求2所述的磁性固定的脉冲射流钻头装置，其特征在于，所述磁性装置(9)包括第一磁性部件(10)和第二磁性部件(11)，所述导流螺旋浆(2)的叶片轮缘处均固定有第二磁性部件(11)，所述第一磁性部件(10)固定于双目套筒(1)的内壁上，所述第一磁性部件(10)与第二磁性部件(11)相互吸引，并且吸合面之间存在一定间隙。
4.根据权利要求3所述的磁性固定的脉冲射流钻头装置，其特征在于，所述第一磁性部件(10)为圆环形。
5.根据权利要求3所述的磁性固定的脉冲射流钻头装置，其特征在于，所述第二磁性部件(11)为条状形。
6.根据权利要求3所述的磁性固定的脉冲射流钻头装置，其特征在于，所述第二磁性部件(11)通过螺钉直接固定于导流螺旋桨(2)叶片轮缘。
7.根据权利要求3所述的磁性固定的脉冲射流钻头装置，其特征在于，所述第一磁性部件(10)置于双母套筒(1)内壁上的凹槽内。
8.根据权利要求1所述的磁性固定的脉冲射流钻头装置，其特征在于，所述导流螺旋桨(2)通过锁紧螺母安装于支撑轴(4)的上半部分。
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