CN210317169U - 一种适用于易水化泥岩地层的多喷嘴结构pdc取心钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适用于易水化泥岩地层的多喷嘴结构PDC取心钻头，涉及石油钻探工具领域，包括钻头冠部，钻头冠部上设置有3‑6个刀翼，取心工具与钻头冠部内侧无流道，钻头冠部外侧有排屑槽，每个排屑槽中设置有数个异型喷嘴与数个常规喷嘴组合，异型喷嘴与刀翼面的角度取0‑20°，喷嘴喷射方向与轴线的夹角取0‑10°，排屑槽内异型结构喷嘴分部在排屑槽两端靠近刀翼的位置，常规喷嘴直径取8‑14mm，布置于排屑槽中部位置，常规喷嘴与异型喷嘴夹角为10‑30°，以使其水力结构能在排屑槽内产生高低压区域，有利于岩屑的运移。本实用新型能够解决目前常规PDC取心钻头在易水化泥岩地层中钻进时，出现喷嘴堵死、泥包现象、机械钻速低等问题。

Description

一种适用于易水化泥岩地层的多喷嘴结构PDC取心钻头

技术领域

本实用新型涉及石油钻探工具领域，具体而言，涉及一种适用于易水化泥岩地层的多喷嘴结构PDC取心钻头。

背景技术

无论对于常规地质勘探钻进、油气井钻进还是服务于地学研究的科学钻探来说，岩心都是最重要的深部地下地质信息载体。因此，如何在不同地质条件下提高采取岩心效率，是钻探工作者所面临的一个永恒的课题。

在我国某些油田的地层中含有大段的泥岩，易水化、分散性强、容易泥包钻头；给取心带来限制，给提高机械钻速、节约时效、降低钻井成本造成很大的难度。因此如何提高取心钻头工作效率具有非常重要的意义。

实用新型内容

本实用新型提供了一种适用于易水化泥岩地层的多喷嘴结构PDC取心钻头，旨在解决现有技术中易水化地层的取心钻头存在的上述问题。

本实用新型是这样实现的：

一种适用于易水化泥岩地层的多喷嘴结构PDC取心钻头，具有位于轴心的主轴线，包括钻头冠部，在所述钻头冠部一端的周向上设置有3-6个刀翼，在相邻两个所述刀翼之间设置有排屑槽，每个所述排屑槽内设置有喷嘴组；

所述喷嘴组包括周向分布的若干个异型喷嘴和若干个常规喷嘴。

在本实用新型的一种实施例中，3-6个所述刀翼周向均布设置。

在本实用新型的一种实施例中，所述异型喷嘴在所述排屑槽内靠近所述刀翼设置。

在本实用新型的一种实施例中，所述异型喷嘴与所述主轴线的连线同相邻的所述刀翼的侧面与所述主轴线的连线之间形成0-20°的第一夹角。

在本实用新型的一种实施例中，所述异型喷嘴的喷射方向与所述主轴线之间形成0-10°的第二夹角。

在本实用新型的一种实施例中，位于同一个所述排屑槽内的相邻两个所述异型喷嘴之间设置有若干个所述常规喷嘴，所述常规喷嘴与所述主轴线的连线同相邻的所述异型喷嘴与所述主轴线的连线之间形成10-30°的第三夹角。

在本实用新型的一种实施例中，所述常规喷嘴与所述主轴线之间形成0-10°的第四夹角。

在本实用新型的一种实施例中，位于同一个所述排屑槽内的任意两个相邻所述常规喷嘴之间的夹角相同。

在本实用新型的一种实施例中，任意一个所述常规喷嘴与所述主轴线的连线同相邻的所述刀翼侧面与所述主轴线的连线形成的角度为20-50°。

本实用新型的有益效果是：前述方案及其实施例，能够解决目前常规取心钻头在易水化泥岩地层中取心钻进时，容易出现泥包现象、岩心冲蚀严重、机械钻速低等问题，通过优化冠部形状和切削齿参数更容易吃入泥岩地层，优化水力结构防止钻头泥包现象，有利于提高切削效率和收获率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本实用新型实施例提供的适用于易水化泥岩地层的多喷嘴结构PDC取心钻头的剖视图；

图2是本实用新型实施例提供的适用于易水化泥岩地层的多喷嘴结构PDC取心钻头的俯视视角结构示意图。

图标：1-钻头本体；2-PDC切削齿；3-刀翼；4-排屑槽；5-异型喷嘴；6-常规喷嘴。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本实用新型提供了一种适用于易水化泥岩地层的多喷嘴结构PDC取心钻头。这种多喷嘴结构PDC取心钻头具有位于轴心的主轴线，包括钻头冠部，在钻头冠部一端的周向上均布有3-6个刀翼，取心钻头内部未设置流道，因此没有流体流出，在相邻两个刀翼之间设置有排屑槽，每个排屑槽内设置有喷嘴组；喷嘴组包括周向分布的若干个异型喷嘴和若干个直径为8-14mm的常规喷嘴。常规喷嘴可以为目前取心钻头中常用的圆柱型喷嘴，可以在钻头冠部直接的钻孔形成，也可以通过在钻头冠部安装形成。异型喷嘴具有喇叭口，能够散射型喷射流体。

喷嘴组至少包括分布在排屑槽两端的1-2个异型喷嘴，异型喷嘴与主轴线的连线同相邻的刀翼的侧面与主轴线的连线之间形成0-20°的第一夹角β。异型喷嘴的喷射方向的中心线与主轴线之间形成0-10°的第二夹角α。在一个排屑槽内还设置有三个常规喷嘴，任意一个常规喷嘴与主轴线的连线同相邻的刀翼侧面与主轴线的连线形成20-50°的第五夹角γ。常规喷嘴的喷射方向同主轴线之间的夹角为0-10°的第四夹角。

优选的，排屑槽靠近刀翼的位置即排屑槽的两端各设置一个异型喷嘴，第一夹角β的角度设置为0-5°。第二夹角的角度设置为0-10°。该方案中，由于异型喷嘴的出口面积较大，相对流速较低，与常规喷嘴的高流速形成了井底的高低压流速区，钻井液从排屑槽中部的高压区，流向两端的刀翼位置的低压区，形成了合理且覆盖完整的井底流场。配合出口面积大的异型喷嘴所形成的喷嘴出口处的大流量，对整个刀翼和切削齿进行有效全面的清洗。

两个异型喷嘴之间布置有三个常规喷嘴，第四夹角的角度设置为0-10°。通过计算机有限元仿真模拟分析，三个常规喷嘴配合两个异型喷嘴能够在井底形成一个高速且高低压差分部合理的流场，并且流场的流线分部均匀，矢量方向合理，对及时将岩屑排出有明显的帮助作用。

钻头冠部上周向均布的3-6个刀翼厚度均等。

优选的，刀翼两侧面分别设置异型喷嘴，第一夹角β取8°，第二夹角取0°，三个常规喷嘴与主轴线的连线同相邻的刀翼侧面与主轴线的连线的夹角取20-50°，常规喷嘴的喷射方向与钻头的主轴线的第二夹角α取0°。由于上述水力结构设计，可在排屑槽内形成高低压流场，具有十分有利的排屑特征，保证了切削齿得到充分的冷却和清洗，能够及时带走岩屑，避免泥岩粘附在切削齿表面影响切削效率。该水力结构设计，改善了以往通过内水道来清洗切削齿和携岩的方式，能够有效防止钻头泥包现象的发生。

需要说明的是，在其他实施方式中，随着使用场景的改变，或者制造工艺的提升，常规喷嘴也可以不为完全正规的圆柱型喷嘴，会有适当的变形。但是主要目的还是通过具有喇叭口的异型喷嘴与常规喷嘴的组合形成井液从排屑槽中部的高压区，流向两端的刀翼位置的低压区，因此不会脱离本实用新型所提供的保护范围。

本实用新型提供的适用于易水化泥岩地层的多喷嘴结构PDC取心钻头具有以下有益效果：能够解决目前常规PDC取心钻头在泥岩地层中取心钻进时，容易出现泥包现象、岩心冲蚀严重、机械钻速低等问题，通过优化冠部形状和切削齿参数更容易吃入泥岩地层，优化水力结构防止钻头泥包现象，有利于提钻进效率和保证收获率便于地质岩石分析。

实施例

针对江苏油田戴南组和阜宁组岩性主要以砂、泥岩为主。易水化、分散性强、容易泥包钻头，给常规PDC取心钻头带来限制，给提高机械钻速、节约时效、降低钻井成本造成很大的难度。鉴于这种情况，本实施例提供了一种适用于易水化泥岩地层的多喷嘴结构PDC取心钻头，请参阅图1和图2。

在本实施例中，在钻头本体1上均布四个刀翼3，钻头本体1内侧没有流体流出，刀翼3厚度均等，每个刀翼3上设置有五个PDC切削齿2，每个排屑槽4内靠近刀翼3的两端布置一组异型喷嘴5，两个异型喷嘴5中间布置三个固定喷嘴6，异型喷嘴5与刀翼3侧面的第一夹角β为8°，与轴线的第二夹角α为0°，常规喷嘴6与刀翼3侧面的第五夹角γ为22°，三个常规喷嘴6均布在排屑槽4中部，任意相邻两个常规喷嘴6与主轴线的连线形成的夹角为14°，常规喷嘴6的喷射方向与主轴线的夹角为0°；各刀翼3之间设置排屑槽4，排屑槽4斜面与主轴线的夹角为20°。

前述方案及其实施例，能够解决目前常规取心钻头在易水化泥岩地层中取心钻进时，容易出现泥包现象、岩心冲蚀严重、机械钻速低等问题，通过优化冠部形状和切削齿参数更容易吃入泥岩地层，优化水力结构防止钻头泥包现象，有利于提高切削效率和收获率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于易水化泥岩地层的多喷嘴结构PDC取心钻头，具有位于轴心的主轴线，其特征在于，包括钻头冠部，在所述钻头冠部周向上设置有3-6个刀翼，相邻两个所述刀翼之间设置有排屑槽，每个所述排屑槽内设置有喷嘴组；

所述喷嘴组包括周向分布的若干个异型喷嘴和若干个常规喷嘴。

2.根据权利要求1所述的适用于易水化泥岩地层的多喷嘴结构PDC取心钻头，其特征在于，3-6个所述刀翼周向均布设置。

3.根据权利要求1所述的适用于易水化泥岩地层的多喷嘴结构PDC取心钻头，其特征在于，所述异型喷嘴在所述排屑槽内靠近所述刀翼设置。

4.根据权利要求3所述的适用于易水化泥岩地层的多喷嘴结构PDC取心钻头，其特征在于，所述异型喷嘴与所述主轴线的连线同相邻的所述刀翼侧面与所述主轴线的连线之间形成0-20°的第一夹角。

5.根据权利要求3所述的适用于易水化泥岩地层的多喷嘴结构PDC取心钻头，其特征在于，所述异型喷嘴的喷射方向与所述主轴线之间形成0-10°的第二夹角。

6.根据权利要求1所述的适用于易水化泥岩地层的多喷嘴结构PDC取心钻头，其特征在于，位于同一个所述排屑槽内的相邻两个所述异型喷嘴之间设置有若干个所述常规喷嘴，所述常规喷嘴与所述主轴线的连线同相邻的所述异型喷嘴与所述主轴线的连线之间形成10-30°的第三夹角。

7.根据权利要求6所述的适用于易水化泥岩地层的多喷嘴结构PDC取心钻头，其特征在于，所述常规喷嘴的喷射方向与所述主轴线之间形成0-10°的第四夹角。

8.根据权利要求6所述的适用于易水化泥岩地层的多喷嘴结构PDC取心钻头，其特征在于，任意一个所述常规喷嘴与所述主轴线的连线同相邻的所述刀翼侧面与所述主轴线的连线形成的角度为20-50°。

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