CN114592797A - 一种保径块上设置有喷嘴的pdc钻头 - Google Patents

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陈浩
谭政博
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张沛
杨显鹏
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Abstract

本发明涉及钻井工程装备领域，特别涉及一种保径块上设置有喷嘴的PDC钻头。所述一种保径块上设置有喷嘴的PDC钻头，包括钻头本体、刀翼、钻头保径块、保径块喷嘴、保径块内流道一、保径块内流道二、排屑槽、PDC齿、保径齿。所述钻头保径块上布置有保径齿和保径块喷嘴，保径块后侧面上设置有保径块内流道一出口，可安装保径块喷嘴。本发明与传统PDC钻头相比，在钻头保径块上设置有若干喷嘴，加快了保径段排屑槽和保径块上部环空区域流体携岩上返速度，提升钻头携岩效率、防止泥包产生，提高钻井效率。

Description

一种保径块上设置有喷嘴的PDC钻头
技术领域
本发明涉及一种保径块上设置有喷嘴的PDC钻头，属于钻井工程装备领域。
技术背景
聚晶金刚石复合片钻头，即PDC钻头是一种切削型钻头，是在钻头胎体或刚体上镶焊或镶嵌了人工合成的金刚石复合片，这种复合片通过切削的方式破碎井底的岩石，具有较高的机械钻速和较为稳定的钻进性能，已成为油气勘探开发中的主力钻井装备。PDC钻头的水力结构对钻头的钻进效率影响显著，尤其是在泥岩或泥质含量较高的地层钻进过程中，需要钻头具有良好的水力性能来满足高速钻进中的岩屑运移、井底清洗、钻具冷却等需求，而PDC钻头的水力结构设计又多集中于喷嘴的布置。
针对上述问题，提出一种保径块上设置有喷嘴的PDC钻头。
发明内容
本发明提供一种保径块上设置有喷嘴的PDC钻头，该发明通过设置在钻头保径块上的若干喷嘴，加速流体携岩上返，防止岩屑堆积，降低钻头泥包风险增，提升钻井效率。
本发明的技术方案是：一种保径块上设置有喷嘴的PDC钻头，包括钻头本体、刀翼、钻头保径块、保径块内流道一、保径块内流道二、保径块喷嘴、排屑槽、PDC齿、保径齿，所述钻头本体上布置有5个刀翼，相邻两刀翼之间形成排屑槽，刀翼与钻头本体固定连接，所述刀翼上布置有若干PDC齿，钻头保径块上布置有若干保径齿和保径块喷嘴。
所述保径块喷嘴安装在保径块内流道一出口，保径块内流道一与保径块内流道二相交，保径块内流道二与钻头中心流道相通，保径块内流道一的出口位于保径块后侧面。
作为选择，一个保径块上可布置有一个或多个保径块喷嘴。
作为选择，保径块喷嘴可布置在一个或多个保径块上。
作为选择，所述保径块内流道一轴线与保径块轴线夹角α为5°～45°。
作为选择，保径块喷嘴喷射区域为保径段排屑槽和保径段上部环空区域。
作为选择，保径块内流道一的出口可在保径块后侧面上部、中部和下部。
作为选择，保径块喷嘴出口形状包括圆形、椭圆形、矩形。
作为选择，圆形出口的保径块喷嘴内径为1～12mm。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过在钻头保径块上设置喷嘴，保径块喷嘴的射流从保径块后侧面射出，方向与流体携岩上返方向大致相同，该射流可以提升保径段排屑槽级保径段上部环空区域内流体上返速度，从而加速岩屑上返，减少岩屑堆积，降低钻头泥包风险，延长钻头使用寿命。
2、本发明通过在钻头保径块上设置喷嘴，喷嘴的射流还可以抑制岩屑在该区域内的掉落同时加速掉落的岩屑上返提升钻井携岩效率。
3、在钻头保径块上设置椭圆形、矩形出口的喷嘴时，可以增大射流覆盖范围，以适应不同的地质和钻进需求，增加流体及岩屑加速区域大小，且保径块喷嘴的布置不会对PDC钻头的切削结构产生影响，提升了钻头水力结构利用效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方案对本发明做进一步详细说明。
图1为本专利一种保径块上设置有喷嘴的PDC钻头结构示意图。
图2为钻头保径块剖视图。
图3为钻头中心道和保径块内流道剖视。
图4为保径块喷嘴加速流体携岩示意图。
图中：1-钻头本体；2-刀翼；21-PDC齿；3-排屑槽；4-保径块；40-保径齿；41-圆形保径块喷嘴；42-椭圆形保径块喷嘴；43-矩形保径块喷嘴；401-保径块前侧面；402-保径块后侧面；5-常规喷嘴；6-钻头中心流道；7-保径块内流道二；8-保径块内流道一；9-岩屑；10-保径块喷嘴射流。
具体实施方式
为了对本发明的设计方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合附图说明本发明的具体实施方式。
实施例
本发明提供的一种保径块上设置有喷嘴的PDC钻头，其结构示意图如图1所示，其包括：钻头本体1、刀翼2、PDC齿21、排屑槽3、保径块4、保径齿40、保径块内流道一8、保径块内流道二7、保径块喷嘴、常规喷嘴5；钻头本体1上布置有多个刀翼2，相邻两个刀翼之间形成排屑槽3，刀翼2与钻头本体1固定连接，刀翼2上布置有若干PDC齿21。
钻头保径块4上布置有若干保径齿40和保径块喷嘴，保径块喷嘴包括圆形保径块喷嘴41、椭圆形保径块喷嘴42、矩形保径块喷嘴43，一个保径块上可布置有一个或多个保径块喷嘴，保径块喷嘴可布置在一个或多个保径块上，如图4所示。
对于单个保径块来说，PDC钻头旋转方向的前侧面为保径块前侧面401，旋转方向的后侧面为保径块后侧面402，如图1所示。
如图2所示，保径块喷嘴安装在保径块内流道一8出口，保径块内流道一8与保径块内流道二7相交，保径块内流道一8的出口位于保径块后侧面402上，即射流由保径块后侧面射出。射流从保径块后侧面射出而非保径块前侧面是因为，保径块前侧面更接近切削面，切削产生的岩屑更容易在该面堆积从而堵塞喷嘴，如图4所示，所以选择岩屑相对较少的保径块后侧面。
如图3所示，保径块内流道二7与钻头中心流道6相通。
作为优选例，一个保径块上可布置有一个或多个保径块喷嘴。
作为优选例，保径块喷嘴可布置在一个或多个保径块上。
作为优选例，保径块内流道一8轴线与保径块轴线夹角α为5°～45°，如图2所示，不同的夹角α以适应不同钻头转速。
作为优选例，保径块喷嘴射流区域为保径段排屑槽和保径段上部环空区域。
作为优选例，保径块内流道一的出口可在保径块后侧面上部、中部和下部。
图4展示了保径块喷嘴加速流体携岩示意图，射流由布置在保径块内流道一出口的保径块喷嘴射出，该射流加速保径段排屑槽内和保径块上部环空区域流体上返，从而加速岩屑上返，减少岩屑堆积，降低钻头泥包风险，延长钻头使用寿命，同时还可以抑制岩屑在该区域内的掉落，提升钻井携岩效率。
作为优选例，保径块喷嘴出口形状包括圆形、椭圆形、矩形，和它们之间的组合设置，如图4所示。椭圆形、矩形保径块喷嘴或它们的组合布置可以根据不同钻井需求选择性增大射流覆盖范围，以适应不同的地质条件和钻进的携岩需求。
作为优选例，圆形保径块喷嘴内径为1～12mm，选用1～6mm的小内径喷嘴时，射流速度快，但射流覆盖范围小，可以选用多个组合的形式设置排列在保径块上，选用7～16mm的大内径喷嘴时，射流冲击力减弱，覆盖范围增加，喷嘴内径的大小可根据实际工况进行选择。
以上描述了本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种保径块上设置有喷嘴的PDC钻头，包括钻头本体、刀翼、钻头保径块、保径块喷嘴、保径块内流道一、保径块内流道二、排屑槽、PDC齿、保径齿，所述刀翼上布置有PDC齿，钻头保径块上布置有保径齿，相邻两刀翼之间形成排屑槽，所述保径块包括保径块前侧面与保径块后侧面，其特征在于：所述保径块喷嘴安装在保径块内流道一出口，保径块内流道一与保径块内流道二相交，保径块内流道二与钻头中心流道相通。
2.根据权利要求1所述的一种保径块上设置有喷嘴的PDC钻头，其特征在于，保径块后侧面设置有保径块内流道一的出口，可安装保径块喷嘴。
3.根据权利要求1所述的一种保径块上设置有喷嘴的PDC钻头，其特征在于，一个保径块上可布置有一个或多个保径块喷嘴。
4.根据权利要求1所述的一种保径块上设置有喷嘴的PDC钻头，其特征在于，保径块喷嘴可布置在一个保径块或多个保径块上。
5.根据权利要求1所述的一种保径块上设置有喷嘴的PDC钻头，其特征在于，所述保径块内流道一轴线与保径块轴线夹角α为5°～45°。
6.根据权利要求1所述的一种保径块上设置有喷嘴的PDC钻头，其特征在于，保径块喷嘴出口形状包括圆形、椭圆形、矩形。
7.根据权利要求1所述的一种保径块上设置有喷嘴的PDC钻头，其特征在于，保径块喷嘴喷射区域为保径段排屑槽和保径段上部环空区域。
8.根据权利要求2所述的保径块后侧面上设置有保径块内流道一的出口，其特征在于，保径块内流道一的出口可在保径块后侧面上部、中部和下部。
9.根据权利要求5所述的一种保径块上设置有喷嘴的PDC钻头，其特征在于，圆形出口的保径块喷嘴内径为1～12mm。
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