CN111255383A - 一种异形渐变式物探钻头流道结构 - Google Patents
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Abstract
本发明一种异形渐变式物探钻头流道结构，主要由钻头本体、主流道、分流道、排屑槽、钻头头部组成。主流道位于钻头本体中轴线处上端，分流道位于钻头头部内部；分流道由内轮廓线和外轮廓线组成，分流道自上而下分别为分流段、转向弯曲段以及锥形加速段。本发明在传统物探钻头的基础上，改变流道的形状及布置方式，提高气体的排屑效率，降低钻井成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种异形渐变式物探钻头流道结构，用于油气勘探开发等钻井工程领域。
背景技术
加大油气资源的勘探开发力度是目前石油工业发展的主旋律。在山地、丘陵等地区，物探钻头被广为使用。物探钻头钻进地层时会在井底产生大量岩屑，为了及时清除井底堆积的岩屑，在钻进的同时需要向钻杆内部注入高压气体。气体从钻头喷出携带岩屑并经过钻杆与井壁间的环形空间返回地面。现有的物探钻头内部流道设计不合理，一方面，在主流道与分流道的衔接段，由于流道直径的突变，气体减速严重。另一方面，分流道与钻头轴线的夹角决定了气体的有效冲刷面积，夹角过小，气体直接冲击井底，速度损耗严重；夹角过大，气体的有效冲刷面积减小，这些都不利于岩屑的排出。
为了提高物探钻头的排屑效率，降低钻井成本，提出一种异形渐变式物探钻头流道结构，通过扩大分流道入口直径、缩小分流道出口直径、调整分流道出口倾角的方式，提高气体流速和排屑效率。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种异形渐变式物探钻头流道结构，提高气体流速和排屑效率，降低钻井成本。
本发明采用的技术方案是：
本发明一种异形渐变式物探钻头流道结构，主要由钻头本体、主流道、分流道、排屑槽、钻头头部组成。主流道位于钻头本体中轴线处上端，分流道位于钻头头部内部；分流道由内轮廓线和外轮廓线组成，分流道自上而下分别为分流段、转向弯曲段以及锥形加速段。
内轮廓线的曲率为6.8，外轮廓线的曲率为5.8。
分流道的分流段、转向弯曲段、锥形加速段横截面均为圆形。
分流道数量为三个，各分流道出口互成120°布置于钻头头部底端。
各分流道出口位置分别对应有排屑槽。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.在物探钻头内部主流道与分流道的衔接段，增大分流道初始段的直径，使之与主流道相同，极大程度的缓解了因空间限制导致的气体减速；
2.分流道利用曲率为6.8的内轮廓线以及曲率为5.8的外轮廓线，完成流道倾角的转变，在保证气体流速的同时，增大气体的有效冲刷面积，提高排屑效率；
3.分流道末端直径逐渐缩小，利用空间收缩的作用，使气体提速，优化气体的冲刷效果，减少岩屑的重复破碎，提高钻井效率。
附图说明
图1是本发明一种异形渐变式物探钻头流道结构的垂直剖面图。
图2是本发明一种异形渐变式物探钻头流道结构的井底水平面投影图。
图中：1.钻头本体，2.主流道，3.外轮廓线，4.内轮廓线，5.分流段，6.转向弯曲段，7.锥形加速段，8.分流道，9.排屑槽，10.钻头头部。
具体实施方式
实施例1：下面结合附图对本发明做进一步说明。如图1、图2所示，本发明一种异形渐变式物探钻头流道结构，主要由钻头本体1、主流道2、分流道8、排屑槽9、钻头头部10组成。主流道2位于钻头本体1中轴线处上端，分流道8位于钻头头部10内部；分流道8由内轮廓线4和外轮廓线3组成，分流道8自上而下分别为分流段5、转向弯曲段6以及锥形加速段7。内轮廓线4的曲率为6.8，外轮廓线3的曲率为5.8。
分流道8的分流段5、转向弯曲段6、锥形加速段7横截面均为圆形。
分流道8数量为三个，各分流道8出口互成120°布置于钻头头部10底端。
各分流道8出口位置分别对应有排屑槽9。
本发明一种异形渐变式物探钻头流道结构，其工作原理是：
空压机从地面将高压气体输入钻杆内部，气体首先达到钻头本体1的主流道2，然后分成三股射流依次通过分流道8的分流段5、转向弯曲段6以及锥形加速段7。气体从狭小的锥形加速段7喷出后，形成高速射流冲击井底，形成横向漫流。岩屑在横向漫流的携带下，被推移至井壁边缘。在气体的举升力作用下，岩屑被运移至钻杆与井壁之间的环空区域，最终到达地面，完成整个物探作业的排屑过程。
实施例2：对上述发明一种异形渐变式物探钻头流道结构进行三维建模，采用仿真软件进行现场钻井模拟。设置主流道2入口的气体速度为165m/s，测量一种异形渐变式物探钻头流道结构与传统物探钻头在分流道8出口位置的气体流速。气体流速的对比见表1所示。
表1
| 钻头类型 | 分流道出口气体流速(m/s) |
| 一种异形渐变式物探钻头流道结构 | 238.7 |
| 传统钻头 | 182.6 |
由仿真实验可以看出：在相同的初始速度165m/s下，一种异形渐变式物探钻头流道结构的分流道8出口气体流速为238.7m/s，对比传统物探钻头提高了30.7％。这说明，一种异形渐变式物探钻头流道结构能够产生更高的气体流速，提高钻头的排屑能力，降低钻井成本。
Claims (5)
1.一种异形渐变式物探钻头流道结构，主要由钻头本体(1)、主流道(2)、分流道(8)、排屑槽(9)、钻头头部(10)组成，其特征在于：所述主流道(2)位于钻头本体(1)中轴线处上端，分流道(8)位于钻头头部(10)内部；分流道(8)由内轮廓线(4)和外轮廓线(3)组成，分流道(8)自上而下分别为分流段(5)、转向弯曲段(6)以及锥形加速段(7)。
2.根据权利要求1所述的一种异形渐变式物探钻头流道结构，其特征在于：所述内轮廓线(4)的曲率为6.8，外轮廓线(3)的曲率为5.8。
3.根据权利要求1所述的一种异形渐变式物探钻头流道结构，其特征在于：所述分流道(8)的分流段(5)、转向弯曲段(6)、锥形加速段(7)横截面均为圆形。
4.根据权利要求1所述的一种异形渐变式物探钻头流道结构，其特征在于：所述分流道(8)数量为三个，各分流道(8)出口互成120°布置于钻头头部(10)底端。
5.根据权利要求1所述的一种异形渐变式物探钻头流道结构，其特征在于：所述各分流道(8)出口位置分别对应有排屑槽(9)。
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Cited By (1)
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