CN207960509U - 射流冷裂式干热岩潜孔锤钻头 - Google Patents

Abstract

射流冷裂式干热岩潜孔锤钻头，属于干热岩钻探钻具技术领域，包括钻头体、钻井液流道、球齿及钻井液喷射孔，所述钻头体的工作面包括中间平面部及位于中间平面部外围的倾斜部；所述钻井液流道设置在钻头体中部，并沿钻头体轴向布置；所述钻井液流道设置在钻头体中部，并沿钻头体轴向布置；所述球齿包括底面齿和边齿，底面齿设置在中间平面部上，边齿设置在倾斜部上，每两个相邻的边齿之间设置有一个钻井液喷射孔；所述钻井液喷射孔与钻井液流道相通，钻井液喷射孔的中心轴线与钻头体的中心轴线的夹角呈锐角。本实用新型的钻头，可在钻头的边齿冲击破碎高温干热岩之前，对干热岩进行射流冷却降低干热岩岩体强度，提高干热岩的钻进效率。

Description

射流冷裂式干热岩潜孔锤钻头

技术领域

本实用新型属于干热岩钻探钻具技术领域，特别涉及一种射流冷裂式干热岩潜孔锤钻头。

背景技术

地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点，是一种现实可行且具有竞争力的清洁能源。与水热型地热资源相比，更多的地热能储存于地下无水或少水的高温岩体中形成干热岩型地热资源。

钻井是干热岩开发的关键环节。目前，干热岩开发过程中，钻井成本占到总成本的70％左右。过高的钻井成本与较长的钻井周期严重制约了干热岩的大规模开发利用。

目前钻井成本居高不下，对干热岩开发有严重制约的原因主要分为两种：一是干热岩地层多为高温高压下形成的火成岩与变质岩，如花岗岩、花岗闪长岩、石英岩、玄武岩等，地层研磨性强、可钻性差，一些岩层单轴抗压强度可达240MPa以上。二是常规回转钻进方法，碎岩效率低，钻头磨损快。运用潜孔锤钻进技术为大幅提高干热岩硬岩钻进效率提供了可能。液动潜孔锤与气动潜孔锤相比，由于其驱动介质的不可压缩性，在深孔及超深孔的高围压工作条件下适应性更强，并且效率高，能耗低，应用领域更为广泛，球齿钻头是与潜孔锤配套使用的一种钻头。如何对高温高压的火成岩进行预处理降低其破坏强度是提高干热岩钻进速度的另一种有效方法。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：为了解决现有干热岩开发周期长及成本高的难题，本实用新型提供一种射流冷裂式干热岩潜孔锤钻头，可在钻头的边齿冲击破碎高温干热岩之前，对干热岩进行射流冷却降低干热岩岩体强度，提高干热岩的钻进效率。

射流冷裂式干热岩潜孔锤钻头，其特征在于：包括钻头体、钻井液流道、球齿及钻井液喷射孔，所述钻头体的工作面包括中间平面部及位于中间平面部外围的倾斜部；所述钻井液流道设置在钻头体中部，并沿钻头体轴向布置；所述球齿包括底面齿和边齿，底面齿设置在中间平面部上，边齿设置在倾斜部上，每两个相邻的边齿之间设置有一个钻井液喷射孔；所述钻井液喷射孔与钻井液流道相通，钻井液喷射孔的中心轴线与钻头体的中心轴线的夹角呈锐角。

进一步，所述钻头体上还设置有排屑孔。

优选的，所述钻井液流道的直径与整个钻头体的最大径向距离比值为25％～40％。

优选的，所述钻井液喷射孔的中心轴线与钻头体的中心轴线的夹角呈20°～60°。

优选的，所述钻井液喷射孔呈圆形。

通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：本实用新型的干热岩潜孔锤钻头可在边齿对干热岩进行冲击破坏之前，用高速喷出的钻井液对干热岩进行急速冷却降低干热岩的破坏强度并产生裂纹，提高干热岩钻进的速度；持续高速喷出的钻井液携带被边齿冲击破坏后的岩屑向孔底两侧流动，保证了排屑效率。本实用新型钻头体上钻井液喷射孔的中心轴线与钻头体的中心轴线的夹角呈锐角，保证在冷却边齿前方高温干热岩的同时，后续被边齿破碎后的岩屑能跟随钻井液运动到井壁周围，这样设置钻井液喷射孔的角度既起到了射流冷却的效果，又保证了岩屑的正常排出。本实用新型钻头体上钻井液喷射孔数量根据边齿数量而设置，保证钻井液喷射孔数量足够，在边齿冲击之前能对边齿前方干热岩进行冷却。本实用新型钻头体上钻井液喷射孔设置在边齿之间，在保证冷却效果的同时，尽量减少了钻井液喷射孔的数量。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步详细的说明。

图1为本实用新型射流冷裂式干热岩潜孔锤钻头实施例钻头剖面图。

图2为本实用新型射流冷裂式干热岩潜孔锤钻头实施例结构示意俯视图。

图中各标记如下：1-钻头体、2-钻井液流道、3-边齿、4-钻井液喷射孔。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

本实用新型的工作原理：干热岩钻井属于硬岩钻井的一种，硬岩钻井中，钻头体1的边齿部位的岩石最难破碎。钻头体1通过边齿3冲击破碎干热岩之前，钻井液经过钻井液流道2进入钻井液喷射孔4并喷射在边齿3前方的干热岩上，由于钻井液相对待破碎干热岩温度较低，同时流速较快，在钻井液与干热岩接触时两者发生高效的热传递过程，干热岩迅速降温可多达100℃以上。此时高温的干热岩由于急剧降温导致的温差在表面形成拉应力甚至产生裂纹。由于钻井液喷射的方向指向井筒方向，并在边齿3碎岩后将冲击破碎后形成的岩屑随着高速喷出的钻井液往井筒方向运动最终随着钻井液排至地面。

如图1所示，本实施例提供一种射流冷裂式干热岩潜孔锤钻头，包括钻头体1、钻井液流道2、球齿及钻井液喷射孔4，所述钻头体1的工作面包括中间平面部及位于中间平面部外围的倾斜部；所述钻井液流道2设置在钻头体1中部，并沿钻头体1轴向布置，钻井液流道2的直径与整个钻头体1的最大径向距离比值为25％～40％，既保证钻头体1的强度和刚度，又保证钻井液顺畅流至钻井液喷射孔4处；所述球齿包括底面齿和边齿3，底面齿设置在中间平面部上，边齿3设置在倾斜部上，每两个相邻的边齿3之间设置有一个钻井液喷射孔4；钻井液喷射孔4的数量随着钻头体1上的边齿3数量的变化而变化，保证钻井液喷射孔4的数量足够并能对边齿3前方的干热岩进行充分冷却，为方便加工，钻井液喷射孔4形状为圆形，既便于加工又控制钻头整体成本。钻井液喷射孔4的孔径由潜孔锤工作流量而定，以保证从钻井液喷射孔4喷出的钻井液流速在10m/s左右为依据；所述钻井液喷射孔4与钻井液流道2相通，钻井液喷射孔4的中心轴线与钻头体1的中心轴线的夹角呈锐角，在边齿3破岩之前对高温干热岩进行急速冷却，并在边齿3碎岩后将岩屑携带至井筒周围最终排出至地面，优选的钻井液喷射孔4的中心轴线与钻头体1的中心轴线的夹角呈20°～60°，保证喷射出的钻井液喷射到边齿3目标破岩区域。

如图2所示，钻井液喷射孔4的数量和角度根据钻头体1上边齿3的排布而设定，保证每个钻井液喷射孔4设置于周围两个边齿3之间；钻井液喷射孔4喷出的钻井液既能对钻头体1前方干热岩岩体进行冷却，在边齿3破岩后又能携带破碎后的岩屑向井筒附近运移。

综上，本实用新型的干热岩潜孔锤钻头可在边齿3对干热岩进行冲击破坏之前，用高速喷出的钻井液对干热岩进行急速冷却降低干热岩的破坏强度并产生裂纹，提高干热岩钻进的速度；持续高速喷出的钻井液携带被边齿3冲击破坏后的岩屑向孔底两侧流动，保证了排屑效率。

Claims (5)

1.射流冷裂式干热岩潜孔锤钻头，其特征在于：包括钻头体(1)、钻井液流道(2)、球齿及钻井液喷射孔(4)，所述钻头体(1)的工作面包括中间平面部及位于中间平面部外围的倾斜部；所述钻井液流道(2)设置在钻头体(1)中部，并沿钻头体(1)轴向布置；所述球齿包括底面齿和边齿(3)，底面齿设置在中间平面部上，边齿(3)设置在倾斜部上，每两个相邻的边齿(3)之间设置有一个钻井液喷射孔(4)；所述钻井液喷射孔(4)与钻井液流道(2)相通，钻井液喷射孔(4)的中心轴线与钻头体(1)的中心轴线的夹角呈锐角。

2.根据权利要求1所述的射流冷裂式干热岩潜孔锤钻头，其特征在于：所述钻头体(1)上还设置有排屑孔。

3.根据权利要求1所述的射流冷裂式干热岩潜孔锤钻头，其特征在于：所述钻井液流道(2)的直径与整个钻头体(1)的最大径向距离比值为25％～40％。

4.根据权利要求1所述的射流冷裂式干热岩潜孔锤钻头，其特征在于：所述钻井液喷射孔(4)的中心轴线与钻头体(1)的中心轴线的夹角呈20°～60°。

5.根据权利要求1所述的射流冷裂式干热岩潜孔锤钻头，其特征在于：所述钻井液喷射孔(4)呈圆形。