CN116146113A - 一种自适应防掉喷嘴及钻头 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种自适应防掉喷嘴及钻头，包括；喷嘴主体，其内设有依次连通的流道和喷口，且流道的直径大于喷口直径，喷嘴主体外壁上开设有连通于流道的第一安装孔；第一限位件，其可移动的设于第一安装孔内，并可移动至凸出喷嘴主体的外壁；驱动件，其设于流道内并可沿流道轴向移动，且可被流道内的流体驱动至流道靠近喷口的一端，使第一限位件移动至凸出喷嘴主体的外壁。本申请通过第一安装孔、第一限位件和驱动件的设置，在钻进过程中，泥浆对驱动件产生压力使驱动件靠近喷口移动至流道靠近喷口的一端，使第一限位件凸出喷嘴主体的外壁并插入钻头水孔内壁的插孔内，第一限位件和插孔配合限制喷嘴与钻头脱离，提高钻头钻进时喷嘴的稳定性。

Description

一种自适应防掉喷嘴及钻头

技术领域

本申请涉及钻井技术的领域，特别涉及一种自适应防掉喷嘴及钻头。

背景技术

目前，喷嘴是PDC钻头重要组成部分，喷嘴作为单独的部件在钻头上的固定方式有螺纹连接固定或钎焊焊接固定，此外，还可以直接在钻头上打孔来形成喷嘴，但是直接在钻头上打孔作为喷嘴的方式，不适用于刚体钻头，因为井下泥浆会对刚体产生冲蚀，影响钻头使用寿命。

相关技术中，为了方便依据工况不同更换不同排量的喷嘴，喷嘴多采用螺纹连接固定的方式固定钻头上，并且需采用密封圈密封保护螺纹。

但是，由于井下工况恶劣，喷嘴密封圈在高温高压下容易老化导致密封失效，泥浆进入螺纹，在作业过程中反复冲刷喷嘴螺纹，对喷嘴螺纹进行冲蚀破坏，导致喷嘴松动落井。

发明内容

本申请实施例提供一种自适应防掉喷嘴及钻头，以解决相关技术中喷嘴与钻头采用螺纹连接固定的方式，喷嘴密封圈在高温高压下容易老化导致密封失效，泥浆进入螺纹，在作业过程中反复冲刷喷嘴螺纹，对喷嘴螺纹进行冲蚀破坏，导致喷嘴松动落井的问题。

一方面，本申请提供一种自适应防掉喷嘴，所采用的技术方案是：

一种自适应防掉喷嘴，包括：

喷嘴主体，其内设有依次连通的流道和喷口，且所述流道的直径大于所述喷口直径，所述喷嘴主体外壁上开设有连通于所述流道的第一安装孔；

第一限位件，其可移动的设于所述第一安装孔内，并可移动至凸出所述喷嘴主体的外壁；

驱动件，其设于所述流道内并可沿所述流道轴向移动，且可被所述流道内的流体驱动至所述流道靠近所述喷口的一端，使所述第一限位件移动至凸出所述喷嘴主体的外壁。

一些实施例中，所述驱动件包括同轴设于所述流道内的内筒，所述内筒的外径与所述流道直径相同，且所述内筒上开设有供流体流通的过孔。

一些实施例中，所述过孔与所述流道同轴，且沿远离所述喷口方向所述过孔的流通截面积逐渐增大。

一些实施例中，所述第一限位件包括第一限位杆，其活动穿设于所述第一安装孔内，所述第一限位杆轴线与所述流道轴线垂直且可沿轴向相对所述喷嘴主体移动，所述第一限位杆与所述喷嘴主体之间设有弹性件，所述弹性件用于使所述第一限位件不凸出所述喷嘴主体的外壁。

一些实施例中，所述第一安装孔包括同轴的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体直径大于所述第二腔体直径，且所述第一腔体与所述流道连通，所述第一限位杆包括同轴的第一杆体和第二杆体，所述第一杆体直径大于所述第二杆体直径，且所述第一杆体直径大于所述第二腔体直径，所述第一杆体位于所述第一腔体内，所述第二杆体穿设于所述第二腔体内，所述弹性件包括位于所述第一腔体内且同轴套设于所述第二杆体上的第一弹簧，所述第一弹簧两端分别与所述第一杆体端部和所述第一腔体底部抵触。

一些实施例中，所述内筒靠近所述喷口一端的外侧边沿设有倒角。

一些实施例中，所述第一限位杆靠近所述流道的一端设为球面。

一些实施例中，所述喷嘴主体上设有第二限位件，其用于限制所述驱动件脱离所述流道。

一些实施例中，所述喷嘴主体外壁上设有螺纹。

第二方面，本申请提供一种钻头，包括：

喷嘴主体，其内设有依次连通的流道和喷口，且所述流道的直径大于所述喷口直径，所述喷嘴主体外壁上开设有连通于所述流道的第一安装孔；

第一限位件，其可移动的设于所述第一安装孔内，并可移动至凸出所述喷嘴主体的外壁；

驱动件，其设于所述流道内并可沿所述流道轴向移动，且可被所述流道内的流体驱动至所述流道靠近所述喷口的一端，使所述第一限位件移动至凸出所述喷嘴主体的外壁；

钻头主体，其上开设有供所述喷嘴主体安装的水孔，所述水孔内壁上开设有插孔，所述第一限位件移动至凸出所述喷嘴主体的外壁时插入所述插孔内。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种自适应防掉喷嘴，其通过在喷嘴主体上开设第一安装孔，并安装第一限位件，同时在流道内安装驱动件，驱动件可在流道内沿轴向移动，喷嘴安装在钻头的水孔内时，在钻进过程中，泥浆经过流道后从喷口喷出，泥浆对驱动件产生压力使驱动件靠近喷口移动，驱动件在移动至流道靠近喷口的一端时，使第一限位件移动至凸出喷嘴主体的外壁；在设计钻头时，钻头的水孔内壁上开设插孔，插孔位置与第一限位件对应，第一限位件凸出喷嘴主体的外壁后插入插孔内，从而通过第一限位件和插孔配合限制喷嘴与钻头脱离，即在钻进过程中，泥浆从喷嘴喷出的过程中，驱动件始终受到泥浆的压力而使第一限位件保持在插入插孔内的状态，提高钻头钻进时喷嘴的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的自适应防掉喷嘴的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的自适应防掉喷嘴的剖面示意图；

图3为本申请实施例提供的钻头的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的钻头中第一限位件和插孔的配合示意图；

图5为本申请实施例提供的自适应防掉喷嘴中第一限位件的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的自适应防掉喷嘴中内筒的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的钻头中第二限位件与水孔内壁的配合示意图；

图8为本申请实施例提供的自适应防掉喷嘴中第二限位件的结构示意图。

图中：1、喷嘴主体；11、流道；12、喷口；13、第一安装孔；131、第一腔体；132、第二腔体；14、第二安装孔；2、第一限位件；21、第一杆体；22、第二杆体；3、内筒；31、过孔；4、第二限位件；41、第三杆体；42、第四杆体；5、第一弹簧；6、钻头主体；61、水孔；62、插孔；63、密封槽；64、密封圈；7、第二弹簧；8、挡块。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种自适应防掉喷嘴及钻头，其能解决目前喷嘴与钻头采用螺纹连接固定的方式，喷嘴密封圈在高温高压下容易老化导致密封失效，泥浆进入螺纹，在作业过程中反复冲刷喷嘴螺纹，对喷嘴螺纹进行冲蚀破坏，导致喷嘴松动落井的问题。

参照图1-8所示，本申请实施例提供一种自适应防掉喷嘴，包括喷嘴主体1，喷嘴主体1内设有依次连通的流道11和喷口12，且流道11的直径大于喷口12直径，喷嘴主体1外壁上开设有连通于流道11的第一安装孔13；第一安装孔13内设置有第一限位件2，第一限位件2可移动的设于第一安装孔13内，并可移动至凸出喷嘴主体1的外壁；在流道11内还设有驱动件，且驱动件可沿流道11轴向移动，且驱动件可被流道11内流体驱动至流道11靠近喷口12的一端，使第一限位件2移动至凸出喷嘴主体1的外壁。

参照图1-4所示，具体的，第一安装孔13位于流道11靠近喷口12的一端，第一限位件2为限位杆，其活动穿设于第一安装孔13内，第一限位杆轴线与流道11轴线垂直且可沿轴向相对喷嘴主体1移动；在本实施例中，第一限位杆轴线与流道11轴线垂直且相交。

参照图1-4所示，进一步地，第一限位杆与喷嘴主体1之间设有弹性件，弹性件用于使第一限位件2不凸出喷嘴主体1的外壁；以在驱动件不位于流道11靠近喷口12一端时，第一限位杆不突出喷嘴主体1外壁，从而便于将喷嘴从钻头水孔61中取出。

参照图1-5所示，具体的，第一安装孔13包括同轴的第一腔体131和第二腔体132，第一腔体131直径大于第二腔体132直径，且第一腔体131和流道11连通，而第二腔体132则靠近喷嘴主体1外壁；第一限位杆包括第一杆体21和第二杆体22，第一杆体21直径大于第二杆体22直径，且第一杆体21直径大于第二腔体132直径；第一杆体21位于第一腔体131内，第二杆体22穿设于第二腔体132内，从而使第一限位杆不会从向喷嘴主体1外壁方向与第一安装孔13脱离；弹性件包括位于第一腔体131内且同轴套设于第二杆体22上的第一弹簧5，并且第一弹簧5两端分别与第一杆体21端部和第一腔体131底部抵触；则相应地，第一弹簧5在自然状态下，即不受到第一杆体21的压力时，第二杆体22远离第一杆体21的一端不突出喷嘴主体1的外壁。

参照图1-6所示，进一步地，驱动件包括同轴设于流道11内的内筒3，内筒3的外径与流道11的直径相同，即使内筒3的外壁与流道11内壁接触，以使内筒3在流道11内移动时可驱动第一限位件2向第一安装孔13外移动；内筒3上还开设有供流体流通的过孔31，流体由喷嘴主体1的流道11进入，经过驱动件的过孔31后流向喷口12，以使内筒3能够被流体驱动向流道11靠近喷口12一端移动，同时不影响喷嘴内流体的正常流通。

参照图2所示，进一步地，为了增大内筒3受到的流体的驱动力，过孔31设置为与流道11同轴，并且沿远离喷口12方向过孔31的直径逐渐增大；此设置可使流体经过过孔31时，对过孔31内壁产生沿流道11轴向且方向为朝向喷口12方向的压力，即使流体经过喷嘴使对内筒3产生沿流道11轴向且朝向喷口12方向的压力，从而在钻头钻进时内筒3能够被驱动至流道11靠近喷口12的一端，以将第一限位杆推动至凸出喷嘴主体1外壁。

参照图4-6所示，进一步地，内筒3靠近喷口12一端的外侧边沿设有倒角，倒角可以为圆弧形倒角或者平面形倒角，相对应的，第一限位杆靠近流道11的一端设为球面，以与内筒3的边沿倒角相适配，使内筒3在流道11内向靠近喷口12移动至于第一限位杆接触时，内筒3边沿倒角和第一限位杆端部球面接触，第一限位杆能够顺利的被内筒3驱动至向第一安装孔13外移动，直至凸出喷嘴主体1外壁。

参照图1所示，进一步地，喷嘴主体1上的第一安装孔13设有多个，多个第一安装孔13沿喷嘴主体1的周向间隔设置，相应地，每个第一安装孔13内均设置有第一限位杆和第一弹簧5，从而进一步提高喷嘴主体1在钻头上的安装稳定性。

参照图3和图7-8所示，进一步地，在喷嘴主体1上还设有第二限位件4，其用于限制驱动件脱离流道11；具体的，在喷嘴主体1的外壁上还开设有第二安装孔14，第二安装孔14同样与流道11连通，且第二安装孔14位于流道11远离喷口12的一端，第二安装孔14轴线与流道11轴线垂直且相交，第二安装孔14包括同轴的第三腔体和第四腔体，第三腔体直径大于第四腔体直径，第四腔体与流道11连通，而第三腔体则靠近喷嘴主体1的外壁；第二限位件4包括活动穿设于第二安装孔14内的第二限位杆，第二限位杆包括第三杆体41和第四杆体42，第三杆体41直径大于第四杆体42直径且大于第四腔体直径，第三杆体41位于第三腔体内，而第四杆体42穿设于第四腔体并可凸出流道11的内壁；在第三杆体41远离第四杆体42的一端固定有第二弹簧7，第二弹簧7轴线与第二限位杆同轴，第二弹簧7远离第二限位杆的一端固定有挡块8；在将喷嘴安装在钻头上时，通过按压挡块8使第二弹簧7压缩，直至挡块8嵌入第一安装孔13内，此时第二限位杆的第四杆体42凸出至流道11内，将喷嘴安装在钻头水孔61内后，挡块8与水孔61内壁抵接，使第二限位杆保持凸出流道11内部的状态，从而可限制内筒3从流道11远离喷口12一端掉落，而在需要将内筒3取出时，先将喷嘴从钻头水孔61内取出，并将第二限位杆取出即可将内筒3从流道11内取出。

参照图1所示，进一步地，喷嘴主体1的外壁上设有螺纹，以使喷嘴主体1能够螺纹装配于钻头水孔61内；在本实施例中，喷嘴主体1的螺纹段设在第一安装孔13和第二安装孔14之间，喷嘴的结构简单，安装方便。

第二方面，本申请实施例还提供一种钻头，其包括如上所述的自适应防掉喷嘴和钻头主体6。

参照图3所示，其中，钻头主体6上开设有供喷嘴主体1安装的水孔61，水孔61的内壁上设有与喷嘴主体1外壁螺纹相配合的螺纹，以使喷嘴主体1螺纹装配于水孔61内，同时，在水孔61内壁上开设有插孔62，插孔62位置与喷嘴主体1上的第一安装孔13和第一限位件2位置相对应，以使第一限位件2移动至凸出喷嘴主体1的外壁时插入插孔62内，相应的，插孔62开设有多个，多个插孔62分别与多个第一安装孔13位置对应。

进一步地，在水孔61靠近底部的侧壁上沿周向开设有密封槽63，在密封槽63内嵌设有密封圈64，喷嘴主体1安装在水孔61内后穿设在密封圈64内，密封圈64套设在喷嘴主体1外并与喷嘴主体1外壁挤压，以实现喷嘴与钻头的密封连接；喷嘴的结构简单，易于与钻头进行组装或者对喷嘴进行更换，适用于具有多尺寸喷嘴需求的应用场景。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种自适应防掉喷嘴，其特征在于，包括：

喷嘴主体(1)，其内设有依次连通的流道(11)和喷口(12)，且所述流道(11)的直径大于所述喷口(12)直径，所述喷嘴主体(1)外壁上开设有连通于所述流道(11)的第一安装孔(13)；

第一限位件(2)，其可移动的设于所述第一安装孔(13)内，并可移动至凸出所述喷嘴主体(1)的外壁；

驱动件，其设于所述流道(11)内并可沿所述流道(11)轴向移动，且可被所述流道(11)内的流体驱动至所述流道(11)靠近所述喷口(12)的一端，使所述第一限位件(2)移动至凸出所述喷嘴主体(1)的外壁。

2.根据权利要求1所述的自适应防掉喷嘴，其特征在于：所述驱动件包括同轴设于所述流道(11)内的内筒(3)，所述内筒(3)的外径与所述流道(11)直径相同，且所述内筒(3)上开设有供流体流通的过孔(31)。

3.根据权利要求2所述的自适应防掉喷嘴，其特征在于：所述过孔(31)与所述流道(11)同轴，且沿远离所述喷口(12)方向所述过孔(31)的流通截面积逐渐增大。

4.根据权利要求2所述的自适应防掉喷嘴，其特征在于：所述第一限位件(2)包括第一限位杆，其活动穿设于所述第一安装孔(13)内，所述第一限位杆轴线与所述流道(11)轴线垂直且可沿轴向相对所述喷嘴主体(1)移动，所述第一限位杆与所述喷嘴主体(1)之间设有弹性件，所述弹性件用于使所述第一限位件(2)不凸出所述喷嘴主体(1)的外壁。

5.根据权利要求4所述的自适应防掉喷嘴，其特征在于：所述第一安装孔(13)包括同轴的第一腔体(131)和第二腔体(132)，所述第一腔体(131)直径大于所述第二腔体(132)直径，且所述第一腔体(131)与所述流道(11)连通，所述第一限位杆包括同轴的第一杆体(21)和第二杆体(22)，所述第一杆体(21)直径大于所述第二杆体(22)直径，且所述第一杆体(21)直径大于所述第二腔体(132)直径，所述第一杆体(21)位于所述第一腔体(131)内，所述第二杆体(22)穿设于所述第二腔体(132)内，所述弹性件包括位于所述第一腔体(131)内且同轴套设于所述第二杆体(22)上的第一弹簧(5)，所述第一弹簧(5)两端分别与所述第一杆体(21)端部和所述第一腔体(131)底部抵触。

6.根据权利要求4所述的自适应防掉喷嘴，其特征在于：所述内筒(3)靠近所述喷口(12)一端的外侧边沿设有倒角。

7.根据权利要求6所述的自适应防掉喷嘴，其特征在于：所述第一限位杆靠近所述流道(11)的一端设为球面。

8.根据权利要求1所述的自适应防掉喷嘴，其特征在于：所述喷嘴主体(1)上设有第二限位件(4)，其用于限制所述驱动件脱离所述流道(11)。

9.根据权利要求1所述的自适应防掉喷嘴，其特征在于：所述喷嘴主体(1)外壁上设有螺纹。

10.一种钻头，其特征在于，包括：

喷嘴主体(1)，其内设有依次连通的流道(11)和喷口(12)，且所述流道(11)的直径大于所述喷口(12)直径，所述喷嘴主体(1)外壁上开设有连通于所述流道(11)的第一安装孔(13)；

第一限位件(2)，其可移动的设于所述第一安装孔(13)内，并可移动至凸出所述喷嘴主体(1)的外壁；

驱动件，其设于所述流道(11)内并可沿所述流道(11)轴向移动，且可被所述流道(11)内的流体驱动至所述流道(11)靠近所述喷口(12)的一端，使所述第一限位件(2)移动至凸出所述喷嘴主体(1)的外壁；

钻头主体(6)，其上开设有供所述喷嘴主体(1)安装的水孔(61)，所述水孔(61)内壁上开设有插孔(62)，所述第一限位件(2)移动至凸出所述喷嘴主体(1)的外壁时插入所述插孔(62)内。

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