CN2292893Y - 牙轮钻头用系列中长喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了石油钻井牙轮钻头用系列中长喷嘴,由主体(1)、加长段(2)、进口流道(3)和出口流道(4)组成一体,它的特点是主体(1)进口端面增加水孔保护段(10),卡簧固定端面深1.5mm的60°环形平面(11),加长段有一段平行平面(12),保护进口水孔(9)不被泥浆冲蚀,取卡簧和喷嘴容易。改进喷嘴内部流道及结构设计成单喷、抽喷、脉喷、旋喷、钭喷和反喷等六种结构不同的系列中长喷嘴,使用该系列中长喷嘴可提高钻头工作指标。

Description

牙轮钻头用系列中长喷咀

本实用新型属于石油及地质勘探钻井牙轮钻头上安装使用的硬质合金中长喷咀，特别是由统一外形结构和内部结构功能不同的单喷、抽喷、脉喷、旋喷、斜喷及反喷等六种喷咀组成的系列中长喷咀，供不同钻井工艺条件下选择使用，可提高钻头工作指标和降低钻井成本。

查阅了与本实用新型有关专利文献资料，了解牙轮钻头喷咀技术领域里的现状，有关普通中长喷咀的资料见江汉钻头厂产品目录《江汉三牙轮钻头》第18页，介绍了牙轮钻头用的短喷咀和中长喷咀。每只牙轮钻头有3个喷咀孔安装3个喷咀，用弹性卡簧固定和O形密封圈密封，在钻头工作时从喷咀喷出高速泥浆射流清洗井底岩屑，提高钻头工作指标。现有的中长喷咀都是在短喷咀主体上加长出口流道改制而成，提高清洗井底效果。使用现有中长喷咀存在三个问题，一是当高速泥浆进入喷咀时容易冲蚀进口水孔而导致钻头早期失效；二是更换喷咀取卡簧困难，用卡簧钳尖夹紧卡簧时，因钳尖易磨损而打滑，取不出卡簧，有时用钉子把卡簧撬变形后取出它；三是无法在安装位置直接取出喷咀，都是用一根带弯的钢筋从钻头丝扣方向打喷咀进口流道，使其从喷咀孔退出来，因此往往把喷咀打破无法再重复使用。以上问题是目前国内外在喷咀技术领域尚未解决的问题，是本实用新型要解决的问题。在喷咀内部流道结构改进导致功能的改进，关于抽喷咀咀和脉冲喷咀方面，未查到国外有相同的技术资料，国内有相类似的专利，如：ZL91110505.0和ZL89201391.5，前一项是把抽喷、脉喷和斜喷三种功能集中在一个喷咀上，因结构复杂难于实施，后一项是关于脉冲喷咀的专利，在实施时采用整体压制工艺成型，使脉冲腔内各部位的压制密度低和硬度低，它的抗泥浆冲蚀能力差，脉冲喷咀装在钻头上下井一次因冲蚀严重而报废了，前一项尚未实施就放弃专利权了；有关旋喷式中长喷咀国内外都没有相同的技术，但查到一份美国专利US4687066(1987年8月18日授权)，内容在短喷咀上开螺旋槽或钻钭孔来产生旋转射流；有关钭喷式中长喷咀查到两份专利，美国专利US4516642(1987年5月14日授权)，中国专利92201896.0，这两份专利提出的钭喷咀在结构上基本相似，在原短喷咀的流道加长，出口直径钭一角度，加长段进口内径和钭的出口内径相同，缺点是在使用中钭喷射流有一个侧向力大于喷咀外径与密封圈之间的摩擦力时就会转向把射流喷向井壁或牙轮壳体，把牙轮冲蚀失效；有关反喷中长喷咀国内外都没有相同的技术。

从以上查阅的专利文献与本实用新型没有完全相同的技术；它们都有以下缺点：一是原喷咀进口处水孔端面和进口水孔容易受泥浆冲蚀。二是取卡簧困难。三是取喷咀难，这些都是喷技领域时尚待解决的问题，它们的内部流道和结构也需改进。

本实用新型的目的就是改进外形结构，设计一种能防泥浆冲蚀进口水孔，取卡簧和喷咀容易的统一外形结构，同时改进喷咀内部结构和流道具有单喷、抽喷、脉喷、旋喷、钭喷和反喷等六种结构不同的系列中长喷咀，供不同钻井工艺条件下选择使用，可提高钻头工作指标和降低钻井成本。

本实用新型的解决方案和技术内容如下：

1、在外形结构设计上改进现有中长喷咀，一是在原喷咀进口处加一段可伸进钻头进口水孔的保护段，保护进口水孔不被泥浆冲蚀；二是在主体下端加工深1.5mm的60°环形平面；取卡簧容易；三是在喷咀的园柱形加长段表面加工一个平行平面，取喷咀时用活动搬手把它从喷咀孔撬出来。

2、在内部流道及结构进行改进，克服现有技术存在的缺点，设计出新结构的具有统一外形，内部结构功能不同的系列中长喷咀：

(1)单喷式中长喷咀，除上述外形改进外，采用等半径双曲面的进口流道，以减少泥浆进入加长段的阻力，现有技术进口流道都是不等半径的双曲面形状，加长段的进出口流道都是等直径。

(2)抽喷式中长喷咀，采用等半径的双曲面的进口流道减少水力阻力，加长段的进口内径比出口内径小1.5mm，在出口流道的上部有一个朝向钻头中心的吸入孔，增加抽吸能力，泥浆从井底上返时大部份从钻头与井壁之间的空间上返，在钻头中心牙轮的上方是个低压区，吸入孔朝这个方向更能吸进泥浆和它携带的岩屑再随主射喷向井底清洗井底。

(3)脉喷式中长喷咀有上述统一外形，由上喷咀和下喷咀组焊而成，脉冲腔由上喷咀出口处的45°钭面，下喷咀进口直径及30°尖角钭面的环形空间组成，辅助振腔由上喷咀下部外径与下喷咀的进口内径的环形空间组成，采用两体分开压制提高了它们的抗泥浆冲蚀能力，在结构上与现有两项专利有所不同和改进。

(4)旋喷式中长喷咀，采用上述统一外形，由上喷头和下喷管组焊而成，在上喷头下部内外径间环形体上有三条沿内径切线方向的喷射槽，宽2mm长10mm，从喷射槽喷出泥浆射流道遇到下喷管进口内径园柱面产生旋转射流进入下喷管的园锥形流道后与上喷头出口内径喷出的射流汇合从出口流道喷向井底，以旋转射流喷向井底，搅拌沉积在井底的岩屑层，使岩屑离开井底随泥浆上返。

(5)钭喷式中长喷咀，采用等半双园弧曲面进口流道，在加长段采用同一内径16mm和不同的钭的出口内径，钭角为α＝5°-10°，为防止钭喷射产生的侧向力使喷咀转向采用偏心环固定磨偏心的加长段根部，固定环高25mm，上部有一个长10mm的平行平面，其中一个平面上有一个防松螺栓，搬紧固定环使喷咀固定后，再上紧螺栓压紧加长段上的一个平面上，这样偏心环不会松动也掉不下来很安全。

(6)反喷式中长喷咀，采用等半径双曲面的进口流道在较长的加长段的下部有两个5mm的反喷孔，孔间夹角120°反喷孔的钭角β＝30°，在加长段的内径16mm，下部有反喷孔处的内径为8mm，反喷射流可改善并底流场，提高周围泥浆的上返速度，控制喷咀转向可采用上述钭喷咀防转向技术。

本实用新型与现有技术相比有以下优点：

1、采用有水孔保护段，取卡簧和取喷咀容易统一的外部形状和结构及等半径双曲面进口流道。保护钻头进口水孔不被泥浆冲蚀，取卡簧和喷咀容易，减少泥浆进口阻力都现有技术做不到的。

2、采用抽喷式中长喷，采用等半径双曲面进口流道，具有三项优点的统一外形结构，抽喷腔长30mm，有一个朝向钻头中心的吸入孔，加长段的进口内径比出口内径小，增大抽吸钻头中心部位泥浆的能力和对井底的冲击能力，更好地清洗井底。这几点优于现有技术。

3、采用脉喷式中长喷咀，采用统一的外形结构和改进脉冲腔结构，采用两个零件分开压制组焊成一体，加长了出口流道在结构上与现有技术不同，有利于提高喷咀使用寿命和对井底的冲击能力及清洗井底效果。

4、采用旋喷式中长喷咀，由带喷射槽的上喷头和下喷管组焊而成能产生高速旋转射流，更有利于清洗井底岩屑，这是国内外现有技术做不到；

5、采用钭喷式中长喷咀，采用等半径双曲面进口流道和加长段采用同一个内径和不同的钭的出口内径及可固定喷咀转向技术都是优于现有技术的；

6、采用反喷式中长喷咀，它的下部有两个反喷孔，反喷射流可改善井底流场提高从井底上返泥浆的上返速度，有利于钻头指标的提高，这是现有技术所没有的。

下面结合附图进一步描述本实用新型的具体结构。

图1是现有技术中长喷咀在钻头喷咀孔中的结构示意图；

图2是本实用新型单喷式中长喷咀在钻头喷咀孔中的结构示意图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是本实用新型抽喷式中长喷咀结构示意图；

图5是本实用新型脉喷式中长喷咀结构示意图；

图6是本实用新型旋喷式中长喷咀结构示意图；

图7是图6的B-B剖视图；

图8是本实用新型钭喷式中长喷咀在钻头喷咀孔中结构示意图：

图9是本实用新型反喷式中长喷咀结构示意图。

本实用新型附图编号：1—主体，2—加长段，3—进口流道，4—出口流道，5—钻头喷咀孔，6—卡簧，7—密封圈，8—喷咀孔进口端面，9—进口水孔，10—水孔保护段，11—60°环形平面，12—平行平面，13—平行平面下端面，14—进口内径，15—出口内径，16—吸入孔，17—上喷咀，18—下喷咀，19—45°钭面，20—脉冲腔，21—30°尖角钭面，22—辅助振腔，23—上喷头，24—下喷管，25—喷射槽，26—进口内径园柱面27—园锥面流道，28—上喷头出口内径，29—反喷孔，α—钭角，30—固定环，31—固定螺栓，β—反喷角。

参照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9进一步描述具体结构和实施内容。

图1是现有技术中长喷咀在钻头喷咀孔中的结构示意图，是由主体1、加长段2、进口流道3和出口流道4组成一个整体喷咀，安装在钴头喷咀孔5中，用卡簧6固定，密封卷7密封，在钻头工作时泥浆从进口水孔9进入喷咀，从出口流道喷向井底，存在的缺点是喷咀进口水孔端面8和进口水孔9易受泥浆冲蚀，取卡簧和喷咀困难。

图2是本实用新型单喷式中长喷咀在钻头喷咀孔中的结构示意图，图3是图2的A-A剖视图，从两图中看出在改进后的中长喷由卡簧6固定在钻头喷咀孔5中，由密封圈7密封，在喷咀主体1的进口处增加水孔保护段10，保护原喷咀孔端面8和进口水孔9不被泥浆冲蚀，在主体面下端面卡簧固定位置有一个深1.5mm的60°环形平面11，取卡簧时使钳尖有足够插入深度，夹紧卡簧一次就可以取出卡簧，在加长段2的园柱面上有一段平行平面12，取喷咀时用活动搬左右活动喷咀后用搬手尖撬平面的下端面13，可一次把喷咀从钻头喷咀孔中撬出来。原中长喷咀进口流道3都是不等半径双曲面进口流道，现在改进成等半径双曲面进口流道3，减少泥浆进入加长段时的阻力，以上四点改进是优于现有技术的。

图4是本实用新型抽喷式中长喷咀结构示意图，是在我发明的《一种用于牙轮钻头的喷咀》原专利基础上改进的，一是采用上述改进的统一外形结构，二是采用等半径双曲面进口流道3，三是加长段进口内径14比出口内径15小1.5mm，出口内径上部有一个指向钻头中心的吸入孔16，改进的依据是泥浆从喷咀喷向井底时大部份泥浆从钻头与井壁之间的空间上返，在钻头中心牙轮上方是一个低压区，吸入孔朝这个方向更能吸进泥浆和它携带的岩屑，再随主射流喷向井底有更大的冲击力，根据试验发现在井底的清洗位置向有孔的方向偏钭，因此射流在井底的清洗位置靠近钻头中心的牙齿破碎坑附近，更有利于改善钻头中心井底流场和更好的清洗井底岩屑。以上的各项改进的实用新型不同于原专利技术，并优于原专利技术。

图5是本实用新型脉喷式中长喷咀结构示意图，在已被放弃尚未实施的原专利基础上改进成实用新型由上喷咀17和下喷咀18组焊而成改进内容，一是采用统一的外形结构，二是在上喷咀出口处有一个45°钭面19，下喷咀的进口内径和30°尖角钭面21组成的环形脉冲腔20，辅助振腔22是由上喷咀下部外与下喷咀的进口内径组成的环形空间组成。三是下喷咀的出口流道4是等内径的流道。四是采用上喷咀和下喷咀分开压制，提高了它们的使用寿命，五是采用真空扩散焊组焊上喷咀和下喷咀。以上各项改进与原专利技术不同；也不同于另一项脉冲喷咀专利，优于这两项专利，更具有实用价值。

图6是本实用新型旋喷式中长喷咀结构示意图，图7是图6的B-B剖视图，该喷咀是由上喷管23和下喷管24组焊而成，下喷咀管由进口内径园柱面26，园锥形流道27和出口流道4组成，上喷头下部内外径组成的环形体有三条沿内径切线方向的喷射槽25，槽宽2mm，长10mm；当泥浆从槽喷出后遇到下喷管的进口内径园柱面后，就形成高速旋转射流进园锥形流道加速旋转与上喷头出口内径28喷出的射流汇合从出口流道4喷向井底，这种旋转射流对沉积在井底的岩屑层有很强搅拌作用，使岩屑离开井底随泥浆上返。国内外没有与本实用新型相同的技术，并优于国外现有专利技术。

图8是本实用新型钭喷式中长喷咀在钻头喷咀孔中的结构示意图，结构特点：一是采用统一的外形结构；二是采用等半径双曲面进口流道3；三是在加长段采用同一个进口内径14为16mm和不同的钭的出口内径15，钭角α＝5°-10°，四是采用防转向固定环30，控制钭喷咀转向，首先把加长段2根部磨偏心，对主体2的外径的偏心距为0.25mm，固定环的内径对外径偏心距也是0.25mm，固定环高25mm，上部有平行平面用搬手搬紧后，上紧平面上的固定螺栓31固定在喷咀加长段的一个平面上，因此这个固定环就不会松动，更不会掉到井下。以上介绍可看到出该喷咀无论在外部和内部结构及防转向装置都与国内外现有技术不同。

图9是本实用新型反喷中长喷咀结构示意图，采用统一外形结构，等半径双曲面进口流道3，在较长的加长段2的进口内径14为16mm，在反喷孔处的内径为8mm长20mm，在喷咀最下部是90°锥面，在加长段下部内径8mm处的外表面处有两个5mm的反喷孔，钭角β＝30°，孔间夹角120°。在钻井时有时采用两个不等直径的喷咀，将第三个喷咀孔堵死，现在采用反喷式中长喷咀放在原堵死的喷咀孔内，效果会更佳，因它喷出的反喷泥浆射流能带动上返泥浆，并提高它们的上返速度。有利于钻头指标的提高。防止喷咀反喷射产生时产生侧向力而转向，可采用上述钭喷咀防转向技术。

实施本实用新型是采用一般硬质合金产品的生产工艺制造，中长喷咀材料为YG8合金，采用冷压成型和真空烧结工艺以保证产品质量，喷咀上的孔或槽可冷压成型或成型后加工，主体外径是与喷咀孔的密封相配合，应在烧结成品后磨加工，严格控制它的尺寸公差，同时应保证它与水孔保护段外径的同轴度不大于0.05mm。以上内容也是实现本实用新型的最好方式。

Claims (7)

1、一种由主体(1)、加长段(2)、进口流道(3)和出口流道(4)组成的牙轮钻头用系列中长喷咀，其特征是由主体(1)的进口端面增加可伸进钻头喷咀进口水孔的水孔保护段(10)、主体(1)下端面凹的60°环形平面(11)和加长段(2)园柱面上的一段平行平面(12)组成统一外形，由内部结构和功能不同的单喷、抽喷、脉喷、旋喷、斜喷和反喷喷咀组成系列中长喷咀。

2、根据权利要求1所述的系列中长喷咀，其特征是单喷喷咀是由等半径双曲面进口流道(3)和出口流道(4)组成。

3、根据权利要求1所述的系列中长喷咀，其特征是抽喷喷咀是由等半径双曲面进口流道(3)，加长段的进口内径(14)小于出口内径(15)和在出口内径上部有一个指向钻头中心的吸入孔(16)组成。

4、根据权利要求1所述的系列中长喷咀，其特征是脉喷喷咀是由上喷咀(17)和下喷咀(18)组焊而成一体，内部结构由不等半径双曲面进口流道，脉冲腔(20)，环形辅助振腔(22)和出口流道(4)组成。

5、根据权利要求1所述的系列中长喷咀，其特征是旋喷喷咀是由上喷头(23)和下喷管(24)组焊而成，内部结构由不等半径双曲面进口流道，喷射槽(25)，内径园柱面(26)，园锥面流道(27)，上喷头出口内径(28)和出口流道(4)组成。

6、根据权利要求1所述的系列中长喷咀，其特征是斜喷喷咀  是由等半径双曲面进口流道(3)，同一进口内径(14)和不同的斜出口内径(15)组成，防止喷咀转向用固定环(30)和固定螺栓(31)固定喷咀。

7、根据权利要求1所述的系列中长喷咀，其特征是反喷喷咀是由等半径双曲面进口流道(3)，加长段(2)的进口内径(14)，出口内径(15)和两个反喷孔(29)组成，防止喷咀转向用固定环(30)和固定螺栓(31)固定喷咀。

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