CN110029944B - 脉冲振荡实现冲击破岩的pdc钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脉冲振荡实现冲击破岩的PDC钻头，包括钻头体、脉冲短节、定位销钉、钻头接头、流体入口、销孔、右入射流道、右回流通道、右分流劈、右回旋流道、右流体出口、左流体出口、左回旋流道、左分流劈、左回流通道、左入射流道。钻井液进入脉冲振荡实现冲击破岩的PDC钻头后，经过脉冲短节后从钻头水眼流出，当钻井液进入脉冲短节时，通过脉冲短节的流体入口形成高速入射流，经过脉冲短节内部流道后流出，形成轴向方向的脉冲振动，作用与钻头上，提高钻头的破岩效率，增加机械钻速。本发明的脉冲振荡实现冲击破岩的PDC钻头利用钻井液在脉冲短节内循环，产生轴向脉冲振动，脉冲短节在钻头体内不会产生转动，提高了钻头工作稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于石油天然气钻井工程的脉冲振荡实现冲击破岩的PDC钻头，尤其是适用于新型油气资源条件下的油气井钻井工程。
背景技术
在石油天然气钻井工程中，由于地层环境的差异，导致软硬地层的不能均匀分布，当钻头钻达软硬交替地层时，常规PDC钻头在钻进过程中，钻头切削齿的损耗将会增大。当进入软地层的时候，常规PDC钻头会出现泥包等现象，当进入硬地层的时候，其岩石又会对齿的反作用力增大，导致钻头出现崩齿现象，降低钻头破岩效率，使用寿命也会因此而降低。因此，为了适应复杂地层的高效钻进，设计研制新型PDC钻头成为满足油气资源开发的重要选择。
目前，结合现有钻头设计技术方案与钻井工程实际情况，当钻头在硬地层或者研磨性较强的地层时，由于岩石的硬度大，钻头的破岩效率低。为了解决上述问题，通常在钻具组合中加入提速工具，辅助钻头破岩，但是现有的各类提速工具结构都较为复杂，且适用性不一定能够满足生产需求，并且由于加入提速工具，增加钻具组合长度，提速工具的工作参数对测井仪器的工作性能也会产生影响。因此为了降低提速工具带来的不利影响，将提速工具的功能直接叠加在钻头上，使钻头具备一定的提速效果，将会成为重要发展方向。
发明内容
为了探索解决背景技术中所述的提高钻头在硬地层或者研磨性较强的地层的破岩效率，本发明提供了一种脉冲振荡实现冲击破岩的PDC钻头。本发明的脉冲振荡实现冲击破岩的PDC钻头工作时，钻井液进入钻头体内后，经过脉冲短节后从钻头水眼流出，当钻井液进入脉冲短节时，通过脉冲短节的流体入口形成高速入射流，经过脉冲短节内部流道后从流体出口流出，由于流体在脉冲短节内轴线入射流入和流出，将会形成轴向方向的脉冲振动，作用钻头上，提高钻头的破岩效率，增加机械钻速，降低钻井成本。
本发明的技术方案是：脉冲振荡实现冲击破岩的PDC钻头主要由钻头体、脉冲短节、定位销钉、钻头接头、流体入口、销孔、右入射流道、右回流通道、右分流劈、右回旋流道、右流体出口、左流体出口、左回旋流道、左分流劈、左回流通道、左入射流道组成，所述的脉冲短节与定位销钉位于钻头体内，通过定位销钉将两件脉冲短节定位组合到一起，然后安装到钻头体内，在脉冲短节前端设置有凹槽，在钻头体内圆周上设置有凸台，通过钻头体内圆周上的凸台与脉冲短节前端的凹槽配合，保证组合后的脉冲短节在钻头体内不会产生相对转动，再通过钻头接头对脉冲短节进行轴向定位；所述的流体入口、销孔、右入射流道、右回流通道、右分流劈、右回旋流道、右流体出口、左流体出口、左回旋流道、左分流劈、左回流通道、左入射流道位于脉冲短节中心平面上，流体入口、右入射流道、右回流通道、右分流劈、右回旋流道、右流体出口、左流体出口、左回旋流道、左分流劈、左回流通道、左入射流道共同构成脉冲短节中心平面上的钻井液循环流道。
钻井液在钻井液循环流道内循环，钻井液从流体入口进入循环流道后进入右入射流道与左入射流道，当钻井液流过右分流劈与左分流劈时，在楔形作用下，部分钻井液将进入右回流通道与左回流通道，其余钻井液经过右回旋流道与左回旋流道后，通过右流体出口与左流体出口流出。
所述的定位销钉分两组对称分布，每组数量为3个，并且单组定位销钉分布在同一中心线上，降低加工难度。
所述的右入射流道与左入射流道之间呈一定的夹角α，且夹角α的取值范围为45°≤α≤60°；所述的右回流通道与左回流通道呈180°平行分布；所述的右流体出口与左流体出口呈180°平行分布；所述的右回旋流道、左回旋流道分别与右入射流道、左入射流道相切。
所述的钻头体与钻头接头之间通过螺纹连接，然后将两者通过焊接方式焊接在一起，保证两者之间不会存在间隙，再对焊缝进行打磨抛光，保证焊缝位置的光洁度。
本发明的有益效果是：（1）通过利用钻井液在脉冲短节内循环，产生轴向脉冲振动，辅助钻头破岩，有效提高钻井效率；（2）脉冲短节通过定位销钉进行组合装配，组装和拆卸方便，节约装配时间；（3）钻井液通过轴向入射，完成循环后，从轴向方向流出，不产生其他方向的射流，保证了轴向方向的脉冲振动强度足够；（4）脉冲短节在钻头体内不会产生转动，避免了钻井液作用后，钻头产生晃动。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的外部轮廓图。
图3是脉冲短节的结构示意图。
图4是本发明图2中的A-A截面图。
图5是本发明图2中的B-B截面图。
图6是本发明图2中的C-C截面图。
图7是本发明图2中的D-D截面图。
图8是本发明图2中的E-E截面图。
图中1.钻头体，2.脉冲短节，3.定位销钉，4.钻头接头，5.流体入口，6.销孔，7.右入射流道，8.右回流通道，9.右分流劈，10.右回旋流道，11.右流体出口，12.左流体出口，13.左回旋流道，14.左分流劈，15.左回流通道，16.左入射流道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
参见附图，脉冲振荡实现冲击破岩的PDC钻头主要由钻头体1、脉冲短节2、定位销钉3、钻头接头4、流体入口5、销孔6、右入射流道7、右回流通道8、右分流劈9、右回旋流道10、右流体出口11、左流体出口12、左回旋流道13、左分流劈14、左回流通道15、左入射流道16组成，所述的脉冲短节2与定位销钉3位于钻头体1内，通过定位销钉3将两件脉冲短节2定位组合到一起，然后安装到钻头体1内，在脉冲短节2前端设置有凹槽，在钻头体1内圆周上设置有凸台，通过钻头体1内圆周上的凸台与脉冲短节2前端的凹槽配合，保证组合后的脉冲短节2在钻头体1内不会产生相对转动，再通过钻头接头4对脉冲短节2进行轴向定位；所述的流体入口5、销孔6、右入射流道7、右回流通道8、右分流劈9、右回旋流道10、右流体出口11、左流体出口12、左回旋流道13、左分流劈14、左回流通道15、左入射流道16位于脉冲短节2中心平面上，流体入口5、右入射流道7、右回流通道8、右分流劈9、右回旋流道10、右流体出口11、左流体出口12、左回旋流道13、左分流劈14、左回流通道15、左入射流道16共同构成脉冲短节2中心平面上的钻井液循环流道。
钻井液在钻井液循环流道内循环，钻井液从流体入口5进入循环流道后进入右入射流道7与左入射流道16，当钻井液流过右分流劈9与左分流劈14时，在楔形作用下，部分钻井液将进入右回流通道8与左回流通道15，其余钻井液经过右回旋流道10与左回旋流道13后，通过右流体出口11与左流体出口12流出。
所述的定位销钉3分两组对称分布，每组数量为3个，并且单组定位销钉3分布在同一中心线上，降低加工难度。
所述的右入射流道7与左入射流道16之间呈一定的夹角α，且夹角α的取值范围为45°≤α≤60°；所述的右回流通道8与左回流通道15呈180°平行分布；所述的右流体出口11与左流体出口12呈180°平行分布；所述的右回旋流道10、左回旋流道13分别与右入射流道7、左入射流道16相切。
所述的钻头体1与钻头接头4之间通过螺纹连接，然后将两者通过焊接方式焊接在一起，保证两者之间不会存在间隙，再对焊缝进行打磨抛光，保证焊缝位置的光洁度。
Claims (5)
1.脉冲振荡实现冲击破岩的PDC钻头，其特征在于：所述的脉冲振荡实现冲击破岩的PDC钻头主要由钻头体（1）、脉冲短节（2）、定位销钉（3）、钻头接头（4）、流体入口（5）、销孔（6）、右入射流道（7）、右回流通道（8）、右分流劈（9）、右回旋流道（10）、右流体出口（11）、左流体出口（12）、左回旋流道（13）、左分流劈（14）、左回流通道（15）、左入射流道（16）组成，所述的脉冲短节（2）与定位销钉（3）位于钻头体（1）内，通过定位销钉（3）将两件脉冲短节（2）定位组合到一起，然后安装到钻头体（1）内，在脉冲短节（2）前端设置有凹槽，在钻头体（1）内圆周上设置有凸台，通过钻头体（1）内圆周上的凸台与脉冲短节（2）前端的凹槽配合，保证组合后的脉冲短节（2）在钻头体（1）内不会产生相对转动，再通过钻头接头（4）对脉冲短节（2）进行轴向定位；所述的流体入口（5）、销孔（6）、右入射流道（7）、右回流通道（8）、右分流劈（9）、右回旋流道（10）、右流体出口（11）、左流体出口（12）、左回旋流道（13）、左分流劈（14）、左回流通道（15）、左入射流道（16）位于脉冲短节（2）中心平面上，流体入口（5）、右入射流道（7）、右回流通道（8）、右分流劈（9）、右回旋流道（10）、右流体出口（11）、左流体出口（12）、左回旋流道（13）、左分流劈（14）、左回流通道（15）、左入射流道（16）共同构成脉冲短节（2）中心平面上的钻井液循环流道。
2.根据权利要求1所述的脉冲振荡实现冲击破岩的PDC钻头，其特征在于：钻井液在钻井液循环流道内循环，钻井液从流体入口（5）进入循环流道后进入右入射流道（7）与左入射流道（16），当钻井液流过右分流劈（9）与左分流劈（14）时，在楔形作用下，部分钻井液将进入右回流通道（8）与左回流通道（15），其余钻井液经过右回旋流道（10）与左回旋流道（13）后，通过右流体出口（11）与左流体出口（12）流出。
3.根据权利要求1所述的脉冲振荡实现冲击破岩的PDC钻头，其特征在于：所述的定位销钉（3）分两组对称分布，每组数量为3个，并且单组定位销钉（3）分布在同一中心线上，降低加工难度。
4.根据权利要求1所述的脉冲振荡实现冲击破岩的PDC钻头，其特征在于：所述的右入射流道（7）与左入射流道（16）之间呈一定的夹角α，且夹角α的取值范围为45°≤α≤60°；所述的右回流通道（8）与左回流通道（15）呈180°平行分布；所述的右流体出口（11）与左流体出口（12）呈180°平行分布；所述的右回旋流道（10）、左回旋流道（13）分别与右入射流道（7）、左入射流道（16）相切。
5.根据权利要求1所述的脉冲振荡实现冲击破岩的PDC钻头，其特征在于：所述的钻头体（1）与钻头接头（4）之间通过螺纹连接，然后将两者通过焊接方式焊接在一起，保证两者之间不会存在间隙，再对焊缝进行打磨抛光，保证焊缝位置的光洁度。
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