CN205036302U - 一种适用于定向井钻头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于定向井的钻头，包括钻头体、固定刀翼、固定切削齿、流道、喷嘴等；其特征在于：钻头内流道设置有至少由2个间隔腔室组成的振荡腔室。该结构能够有效的改善钻头在定向井段钻压难以施加以及切削齿难以吃入地层的情况，自激振荡腔室将钻井液的液压能转换为机械能，将压力有效的传递到钻头体，钻头在定向井段更加容易的吃入地层，从而提高钻头的机械钻速，降低钻井成本。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探技术领域，具体是涉及一种破岩工具。
背景技术
固定切削齿钻头是钻井工程中用以破碎岩石、形成井筒的破岩工具。其中，PDC钻头依靠高硬度、耐磨、自锐的聚晶金刚石复合片来剪切、破碎岩石。PDC钻头在软到中硬地层中机械钻速高、寿命长，钻进成本低，因此其在油气井的钻进中得到广泛使用。
钻头在大位移井和水平井中容易出现托压现象，托压由于井眼轨迹以及各种阻力的原因使得钻具加压后，压力很难传递到钻头，一旦钻压不能有效的施加在钻头上，钻头就不能吃入地层，获得有效进尺。同时托压容易导致井底岩屑、沉砂过多形成砂床，正常钻进是无法清理干净，造成滑动钻井严重托压。目前对于托压现象的解决措施一般包括：加强井眼轨迹的控制、改变钻具结构、加强净化等等。
发明内容
本发明的目的就是直接针对托压致使钻压不能有效的施加在钻头上的问题，提出一种适用于定向井的钻头，它能够解决钻头在定向井段钻压难以施加和切削齿难以吃入地层的问题，自激振荡腔室将钻井液的液压能转换为机械能，将压力有效的传递到钻头体上，钻头在定向井段更加容易的吃入地层，从而提高钻头的机械钻速，降低钻井成本。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种适用于定向井的钻头，包括钻头体(1)、固定刀翼(2)、固定切削齿(21)、流道(3)、喷嘴(5)等，其特征在于：钻头内流道设置有至少由2个间隔腔室组成的振荡腔室，且所述间隔腔室横向剖面形状为扇形、椭圆形、圆形、多边形等。
上述方案中，钻井液通过振荡腔室的自激振荡，能够将高压钻井液的液压能转换为机械能，将压力有效的传递到钻头，相互间隔的振荡腔室可以减少大量无规则碰撞、干扰，从而降低振荡腔室的水力能力损失，有益于钻头吃入地层；同时这样的振动能够改变钻柱与井壁的接触状态，减小井下摩擦阻力、降低阻力矩，从而增强钻压的传送能力。针对不同的钻井条件来选择或调整不同几何形状腔室，来获得较好的冲击值。
作为优选，振荡腔室的入口直径大于等于出口直径的1.2倍，即D1/D2≥1.2。
上述方案中，高速流动的钻井液在腔室内经过振荡后，能量消耗、流速降低，减小腔室出口的尺寸，能够再次形成压力降，为外流道提供高速的钻井液。
作为优选，在钻头内流道形成至少一级台阶,且台阶面尺寸满足D3/D4≥1.2。
上述方案中，在钻头内流道存在台阶，高压钻井液的液压力将直接作用在台阶面上，形成台阶力作用在钻头本体上，为钻头体提供钻压，D3/D4值越大台阶效应越明显，。
作为优选，钻头体至少有一个逆向布置的外流道。
上述方案中，钻井液通过内流道与逆向的外流道获得反向速度(与常规外流道中钻井液速度相反)，这样以钻井液与钻头体为整体形成反冲，反向的钻井液将冲击力施加在钻头体上；钻井液的反向流动能够有效的防止岩屑沉积和减弱屑床的产生。
台阶面轴线是指垂直于台阶面，且通过台阶面圆心的直线。
作为优选，在钻头外流道形成至少一级台阶，且台阶面轴线与钻头轴线的夹角a≤45°。
上述方案中，在台阶面获得台阶力，作用于钻头体上，为钻头提供钻压，两轴向夹角越小，作用在钻头轴向上的力越大。
作为优选，切削齿为聚晶金刚石复合片、聚晶金刚石复合齿、热稳定聚晶金刚石切削齿、天然金刚石切削齿、孕镶金刚石切削齿、硬质合金切削齿、立方氮化硼切削齿、陶瓷切削齿、包含金刚石或立方氮化硼切削齿等等。
作为优选，钻头为胎体钻头。
上述方案中，有益于钻头内流道中设置振荡腔室，便于逆向外流道加工。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
1、钻井液通过振荡腔室的自激振荡，能够将高压钻井液的液压能转换为机械能，将压力有效的传递到钻头，有益于钻头吃入地层。钻井液在相互间隔的振荡腔室中，可以减少大量无规则碰撞、干扰，从而降低振荡腔室的水力能力损失。
2、钻井液在钻头体中振动、冲击时，会造成钻头体与钻柱的振动，这样的振动能够改变钻柱与井壁的接触状态，减小井下摩擦阻力、降低阻力矩，从而增强钻压的传送能力。
3、在钻头内流道存在台阶，高压钻井液的液压力将直接作用在台阶面上，形成台阶力作用在钻头本体上，为钻头体提供钻压。
4、逆向外流道获得反向流速的钻井液同钻头体形成反冲，使钻头获得向下冲击力，同时钻井液的反向流速能够有效的防止岩屑沉积和减弱屑床的产生。
附图说明
图1为钻头剖视图
图2为图1A—A横向截面视图
附图中标记相应零部件名称：1-钻头体、2-固定刀翼、21-固定切削齿、3-内流道、31-振荡腔室、32-间隔腔室、4-外流道、5-喷嘴。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步的说明。
实施例
一种适用于定向井的钻头，包括钻头体(1)、固定刀翼(2)、固定切削齿(21)、流道(3)、喷嘴(5)等，其特征在于：钻头内流道设置有至少由2个间隔腔室组成的振荡腔室，且所述间隔腔室横向剖面形状为扇形、椭圆形、圆形、多边形等。
作为选择，振荡腔室的入口直径大于等于出口直径的1.2倍，即D1/D2≥1.2。
作为选择，在钻头内流道形成至少一级台阶,且台阶面尺寸满足D3/D4≥1.2。
作为选择，钻头体至少有一个逆向布置的外流道。
作为选择，在钻头外流道形成至少一级台阶，且台阶面轴线与钻头轴线的夹角a≤45°。
作为选择，切削齿为聚晶金刚石复合片、聚晶金刚石复合齿、热稳定聚晶金刚石切削齿、天然金刚石切削齿、孕镶金刚石切削齿、硬质合金切削齿、立方氮化硼切削齿、陶瓷切削齿、包含金刚石或立方氮化硼的切削齿等等。
作为选择，钻头为胎体钻头。
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，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 (13)
1.一种适用于定向井的钻头，包括钻头体、固定刀翼、固定切削齿、流道、喷嘴等，其特征在于：钻头内流道设置有至少由2个间隔腔室组成的振荡腔室，且所述间隔腔室横向剖面形状为扇形、椭圆形、圆形、矩形或多边形。
2.根据权利要求1所述一种适用于定向井的钻头，其特征在于：所述振荡腔室的入口直径大于等于出口直径的1.2倍，即D1/D2≥1.2。
3.根据权利要求1或2所述一种适用于定向井的钻头，其特征在于：在钻头内流道形成至少一级台阶，且D3/D4≥1.2。
4.根据权利要求1所述一种适用于定向井的钻头，其特征在于：所述钻头体至少有一个逆向布置的外流道。
5.根据权利要求1或4所述一种适用于定向井的钻头，其特征在于：在钻头外流道形成至少一级台阶，且台阶面轴线与钻头轴线的夹角a≤45°。
6.根据权利要求1、2或4所述一种适用于定向井的钻头，其特征在于：所述固定切削齿为聚晶金刚石复合片、聚晶金刚石复合齿、热稳定聚晶金刚石切削齿、天然金刚石切削齿、孕镶金刚石切削齿、硬质合金切削齿、立方氮化硼切削齿、陶瓷切削齿或包含金刚石或立方氮化硼的切削齿。
7.根据权利要求3所述一种适用于定向井的钻头，其特征在于：所述固定切削齿为聚晶金刚石复合片、聚晶金刚石复合齿、热稳定聚晶金刚石切削齿、天然金刚石切削齿、孕镶金刚石切削齿、硬质合金切削齿、立方氮化硼切削齿、陶瓷切削齿或包含金刚石或立方氮化硼的切削齿。
8.根据权利要求5所述一种适用于定向井的钻头，其特征在于：所述固定切削齿为聚晶金刚石复合片、聚晶金刚石复合齿、热稳定聚晶金刚石切削齿、天然金刚石切削齿、孕镶金刚石切削齿、硬质合金切削齿、立方氮化硼切削齿、陶瓷切削齿或包含金刚石或立方氮化硼的切削齿。
9.根据权利要求1、2或4所述一种适用于定向井的钻头，其特征在于：钻头为胎体钻头。
10.根据权利要求3所述一种适用于定向井的钻头，其特征在于：钻头为胎体钻头。
11.根据权利要求5所述一种适用于定向井的钻头，其特征在于：钻头为胎体钻头。
12.根据权利要求7所述一种适用于定向井的钻头，其特征在于：钻头为胎体钻头。
13.根据权利要求8所述一种适用于定向井的钻头，其特征在于：钻头为胎体钻头。
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| CN116696241A (zh) * | 2023-07-31 | 2023-09-05 | 陕西星通石油工程技术有限公司 | 一种在线监测型pdc钻头 |
| CN118682173A (zh) * | 2024-08-22 | 2024-09-24 | 徐州润达钻探工具有限公司 | 一种分布式内流道分体刀翼钻头 |
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