CN204152441U - 一种具有逆向喷射功能的pdc钻头 - Google Patents

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李少伟
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Abstract

本实用新型公开了一种具有逆向喷射功能的PDC钻头,属于钻探用钻头技术领域。本实用新型的具有逆向喷射功能的PDC钻头,包括钻头体、刀翼、排屑槽、正向喷嘴和逆向喷嘴,其特征在于:钻头体的下端连接有刀翼,排屑槽在相邻的刀翼之间;排屑槽下部布置有正向喷嘴;刀翼的上部布置有逆向喷嘴;逆向喷嘴的喷射方向与正向喷嘴喷射方向相反。在钻进过程中,逆向喷射使堆积在钻头保径上端面的岩屑加速上返、增大钻井液上返速度和携岩能力,起到防止钻头泥包、粘卡事故的发生以及提高了钻头破岩的机械钻速和延长钻头的使用寿命的作用。

Description

—种具有逆向喷射功能的PDC钻头
技术领域
[0001] 本实用新型涉及石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等领域使用的钻探用钻头,具体的讲是涉及一种具有逆向喷射功能的PDC钻头。
背景技术
[0002] PDC钻头水力结构的主要功能是有效地清除井底岩屑和冷却PDC齿,因此水力结构对钻头的破岩效率有较大影响。由于PDC钻头钻速快、产生的岩屑多,在软泥岩地层,钻压过大,地层或钻屑与钻头表面形成直接接触,造成钻头泥包。钻头泥包后PDC齿吃入地层困难,降低钻头的机械钻速。
[0003] 如果钻进中排量小,同时钻进液携带岩屑上返速度不足,不能有效清携带粘于井壁的岩屑,在井内滞留时间长,粘附于井壁的岩屑形成厚泥饼,使PDC钻头造成粘卡现象而不能继续钻进,严重的粘卡会导致扭矩过大产生断钻具的风险。
[0004] PDC齿具有很高的硬度和耐磨性,但PDC齿的缺点是热稳定性差,在工作中,切削齿底部磨损面在压力作用下一直与岩石表面滑动摩擦要产生大量的摩擦热,当切削齿清洗冷却条件不好,局部温度较高时,就有可能导致切削齿的热摩损(350-700°C时切削齿的磨损速度很快,这一现象称为切削齿的热磨损)而影响钻头正常工作,所以钻头要避免热磨损出现就必须有很好的水力清洗冷却,润滑作用配合工作,这就是要求钻井液从喷嘴流出后水力分布要合理,能有效地保护切削齿,这即是对钻头水力计的基本要求之一。
实用新型内容
[0005] 针对上述存在的问题,本实用新型要解决的技术问题是提供一种具有逆向喷射功能的PDC钻头,这种钻头改进了钻头的水力结构设计,能够有效地预防钻头泥包、粘卡事故的发生,并提高钻头的破岩效率和使用寿命。
[0006] 为了解决上述技术问题,本实用新型一种具有逆向喷射功能的PDC钻头包括钻头体、刀翼、排屑槽、正向喷嘴和逆向喷嘴;钻头体的下端连接有刀翼,排屑槽在相邻的刀翼之间;排屑槽下部布置有正向喷嘴;刀翼的上部布置有逆向喷嘴;所述逆向喷嘴安装在第一逆向喷射水道内,第一逆向喷射水道与第二逆向喷射水道相交,第二逆向喷射水道连通钻头中心水道;所述第二逆向喷射水道与刀翼外侧相交处固结有保径柱;所述逆向喷嘴的喷射方向背离井底向上,与钻头回转轴线的夹角不超过10°。
[0007] 在上述技术方案中,在钻头刀翼的上部布置有逆向喷嘴,从逆向喷嘴发出的水力冲击,使堆积在钻头刀翼上端面的岩屑加速上返,增大钻井液上返速度和携岩能力,有效地预防钻头泥包事故的发生,提高了钻头破岩的机械效率。
[0008] 在上述技术方案中,钻在软泥岩钻进,通过调整逆向喷射角度,使水力喷射以较小的角度(不超过10° )射向井壁,可以对粘于井壁的岩屑形成有力的冲击,井壁得到有效冲洗,减少由于粘在井壁上的岩屑形成厚泥饼的可能,预防粘卡事故发生的可能。
[0009] 在上述技术方案中,逆向的水力冲击使钻井液加速上返,改善了钻头的水力清洗冷却条件,使PDC齿得到充分的冷却,不因PDC齿的热磨损而影响钻头的正常使用,延长了钻头的使用寿命。
[0010] 此外,在上述技术方案中,可以根据钻井参数和钻头的不同,可以在钻头上布置的逆向喷嘴数量为一个或多个。
[0011] 所述逆向喷嘴的喷射口内径为6 — 12mm。喷射口内径太大,会使钻头的正向喷嘴的的水功率变小,导致正向喷嘴的射流对井底岩屑的清除能力降低;而该喷射口内径太小,会导致逆向喷嘴所起到的作用降低,甚至使钻进液中的固体杂质堵塞喷嘴。
[0012] 钻进液通过高速射流从喷嘴冲喷射出来,产生的射流就要较高的冲蚀能力,因此所述逆向喷嘴的材料为硬质合金。采用硬质合金的逆向喷嘴,耐冲蚀能力较高,使用寿命较长。
[0013] 所述保径柱的形状是圆柱状,材料是金刚石复合片或硬质合金齿。
[0014] 综上所述,本实用新型具有逆向喷射功能的PDC钻头,具有良好的水力携岩能力,起到防止钻头泥包、粘卡事故的发生以及提闻了钻头破岩的机械钻速和延长钻头的使用寿命的作用。
附图说明
[0015] 下面结合附图和本实用新型的实施方式对本实用新型做进一步详细说明。
[0016] 图1是本实用新型的第一种实施方式逆向喷射结构的剖视图。
[0017] 图2是本实用新型的第二种实施方式逆向喷射结构的剖视图。
[0018] 图3是本实用新型每个刀翼上端均布置有逆向喷嘴的俯视图。
[0019] 图4是本实用新型只在部分刀翼上端布置有逆向喷嘴的俯视图。
[0020] 图中标记:1_钻头体、2-刀翼、3-排削槽、4-正向喷嘴、5-逆向喷嘴、6a_第一逆向喷射水道、6b-第二逆向喷射水道、7-钻头中心水道、8-保径柱。
具体实施方式
[0021] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
[0022] 图1和图2示意的表示出具有逆向喷射功能的PDC钻头,是布置于钻头刀翼2上部的逆向喷嘴5,该逆向喷嘴5的喷射方向背离井底向上,与布置在排屑槽3下部的正向喷嘴4的喷射反向相反。所述逆向喷嘴5安装在钻头体I的第一逆向喷射水道6a内,第二逆向喷射水道6b连通钻头中心水道7与第一逆向喷射水道6a。用钻孔的方式加工第二逆向喷射水道6b,钻孔的方向是从刀翼2外侧向钻头体I内进行,因此将保径柱8以钎焊的形式固结在第二逆向喷射水道6b与刀翼2的外侧处,该保径柱8即封堵了钻井液从刀翼外侧喷射出的通道,也起到了钻头保径的作用。
[0023] 图1和图2示意的表示出本实用新型逆向喷射中钻井液的流向和逆向喷射方向,采用了逆向喷射的水力结构使钻井液能够通过钻头中心水道7和两条逆向喷射水道,从逆向喷嘴5喷射出来,形成水力冲击。根据不同的钻井条件,可将喷射方向调整成与钻头回转轴线成一定的夹角,使逆向喷射能够有效清除粘附在井壁的岩屑,但以过大的角度喷射井壁会造成井壁垮塌,因此本实用新型提出的逆向喷射角度与钻头回转轴线所成的夹角不超过 10。。
[0024] 图1是本实用新型具有逆向喷射功能的PDC钻头的第一种实施方式,逆向喷嘴5的喷射方向与钻头回转轴线的夹角为0°这种方式可以有效的避免水力喷射对井壁和钻柱的冲击。
[0025] 图2是本实用新型具有逆向喷射功能的PDC钻头的第二种实施方式,逆向喷嘴5的喷射方向与钻头回转轴线的夹角为10°,喷射方向指向井壁。这种方式可以利用水力喷射冲洗粘附在井壁的岩屑,避免粘卡的事故发生。
[0026] 根据钻井参数和地层条件的需要,可以选择在钻头上布置的逆向喷嘴数量为一个或多个,如图3所示在钻头的每个刀翼上都设置有逆向喷嘴5 ;如图4所示,只在部分钻头刀翼上设置有逆向喷嘴5。
[0027] 为了更好的实施本实用新型的钻头,所述逆向喷嘴的喷射口内径为6 — 12mm。喷射口内径太大,会使钻头的正向喷嘴的的水功率变小,导致正向喷嘴的射流对井底岩屑的清除能力降低;而该喷射口内径太小,会导致逆向喷嘴所起到的作用降低,甚至使钻进液中的固体杂质堵塞喷嘴。
[0028] 钻进液通过高速射流从喷嘴冲喷射出来,产生的射流就要较高的冲蚀能力,因此本实用新型的逆向喷嘴的材料为硬质合金。采用硬质合金的逆向喷嘴,耐冲蚀能力较高,使用寿命较长。
[0029] 所述保径柱的形状是圆柱状,材料是金刚石复合片或硬质合金齿。
[0030] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型。例如,本实用新型的实施方式还包括逆向喷嘴5的喷射方向与钻头回转轴线的夹角不超过10°,其喷射方向可以偏井筒内侧。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具有逆向喷射功能的PDC钻头,包括钻头体(I)、刀翼(2)、排屑槽(3)、正向喷嘴(4)和逆向喷嘴(5),其特征在于:钻头体(I)的下端连接有刀翼(2),排屑槽(3)在相邻的刀翼(2)之间;排屑槽(3)下部布置有正向喷嘴(4);刀翼(2)的上部布置有逆向喷嘴(5);所述逆向喷嘴(5)安装在第一逆向喷射水道(6a)内,第二逆向喷射水道(6b)与第一逆向喷射水道(6a)相交,第二逆向喷射水道(6b)连通钻头中心水道(7);所述第二逆向喷射水道(6b)与刀翼(2)外侧相交处固结有保径柱(8);所述逆向喷嘴(5)的喷射方向背离井底向上,与钻头回转轴线的夹角不超过10°。
2.根据权利要求1所述的一种具有逆向喷射功能的PDC钻头,其特征在于:钻头上布置逆向喷嘴(5)的数量为一个或多个。
3.根据权利要求1所述的一种具有逆向喷射功能的PDC钻头,其特征在于:逆向喷嘴(5)的喷射口内径为6 — 12mm。
4.根据权利要求1所述的一种具有逆向喷射功能的PDC钻头,其特征在于:逆向喷嘴(5)的材料为硬质合金。
5.根据权利要求1所述的一种具有逆向喷射功能的PDC钻头,其特征在于:所述保径柱(8)的形状是圆柱状,材料是金刚石复合片或硬质合金齿。
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