CN2373551Y - 自激振荡腔钻头 - Google Patents

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廖荣庆
汝大军
熊继有
孙文涛
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Abstract

本实用新型是一种自激振荡腔钻头,用于石油天然气井或其它目的钻井用的小尺寸钻头,属于钻井器具。它的振荡腔是由上部流线型入口流道、上喷嘴、振荡腔、下喷嘴座及下喷嘴所组成。其特征是上喷嘴对于定型钻头是固定的,也可设计为可更换式圆柱形喷嘴;振荡腔内壁为多曲面;下喷嘴座为多曲面截体;下喷嘴是可更换式圆柱形喷嘴。它能提高钻头水力能量利用率和钻头使用寿命,可显著提高小尺寸钻头的钻速和钻头进尺,降低钻井成本。

Description

自激振荡腔钻头
本实用新型涉及一种带自激振荡腔的钻头，适用于石油天然气井或其它目的钻井用的小尺寸钻头，属于钻井器具。
目前，国内外常用小尺寸钻头种类较多，主要有三牙轮钻头、双牙轮钻头、单牙轮钻头、PDC钻头、金刚石钻头等，它们的钻头内腔仅是作为钻井液的普通流道，没有进行严格的水力设计计算，结构及内腔均十分粗糙，钻头在井下工作时内腔将产生强烈的涡漩，造成水力能量损耗，亦冲蚀钻头内壁。
本实用新型之目的在于克服上述不足之处，设计一种既能消除原有内腔涡漩所造成的水力能量损失及其对内腔的冲蚀，提高钻头水力能量利用率，延长钻头使用寿命，又能产生脉冲射流的自激振荡腔钻头。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种自激振荡腔钻头的振荡腔，主要由上部流线型入口流道(1)、上喷嘴(2)、振荡腔(3)、下喷嘴座(4)及下喷嘴(5)所组成。其特征是上喷嘴(2)对于定型钻头是固定的，其直径为d1，也可以设计为可更换式园柱形喷嘴；振荡腔(3)内壁为多曲面；下喷嘴座(4)为多曲面截体；下喷嘴(5)是可更换式园柱形喷嘴，其出口直径为d2。d1与d2可根据机泵条件、水力参数等选择组合。
本实用新型在不改变各类小尺寸钻头的外部结构、尺寸、强度设计和安全使用的前提下，进行给定尺寸的小尺寸钻头自激振荡腔的整体优化设计。只采用一个中心喷嘴，而且处于最佳喷距范围，因而水力能量集中，喷嘴射流清洗井底和辅助破岩的效果更好。喷嘴采用可更换式常规喷嘴，可根据使用条件选择组配，有利于扩大小尺寸钻头的使用范围。
与现有技术比较，本实用新型具有以下优点：
1.由于采用了流线型入口流道和自激振荡内腔的优化设计，消除了钻头内腔涡漩所造成的水力能量损失及其对内腔的冲蚀，提高了钻头水力能量利用率和钻头使用寿命；
2.钻头喷嘴出口产生具有很高瞬时冲击力的脉冲射流，改善了钻头的水力系统及其井底流场特性，可以显著提高小尺寸钻头的钻速和钻头进尺，降低钻井成本。
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
图1是自激振荡腔钻头的腔内结构示意图。
图2是小尺寸PDC钻头实施示意图。
图3是小尺寸单牙轮钻头实施示意图。
在上述图中，1.流线型内腔入口流道；2.上喷嘴；3.振荡腔；4.下喷嘴座；5.下喷嘴；6.钻头联接丝扣；7.钻头体；8.轴颈；9.牙轮；10.牙齿。
附图2中，流线型内腔入口流道1的上段为与外部联接丝扣长度和斜率相同的斜直线；中间为一园柱形整流段；其下段流道母线为流线型，并与上喷嘴2联接。振荡腔3内壁流道为高次抛物线组成的多曲面体，振荡腔3的上部与有流线型的入口流道1和园柱形上喷嘴2联接；下部与多曲面截体的下喷嘴座4相联接。下喷嘴座4为115°～125°的多曲面截体，各曲线段之间均以园弧线联接。
附图3中，在原单牙轮钻头钻头体7内的入口流道1的下段设计为流线型入口和一园柱形上喷嘴2联接，流线型段和园柱段之间以园弧相联。在轴颈8内的流道母线设计为高次抛物线组成的多曲面体振荡腔3，振荡腔3与上喷嘴2和下喷嘴座4之间均以园弧相联接。下喷嘴座4为115°～125°的多曲面截体。

Claims (2)

1.一种自激振荡腔钻头，其振荡腔是由上部流线型入口流道(1)、上喷嘴(2)、振荡腔(3)、下喷嘴座(4)及下喷嘴(5)所组成，其特征是上喷嘴(2)对于定型钻头是固定的，其直径为d1，也可以设计为可更换式园柱形喷嘴；振荡腔(3)内壁为多曲面；下喷嘴座(4)为多曲面截体；下喷嘴(5)是可更换式园柱形喷嘴，其出口直径为d2。
2.根据权利要求1所述的自激振荡腔钻头，其特征在于：振荡腔(3)内壁流道为高次抛物线组成的多曲面体，振荡腔(3)的上部与流线型的入口流道(1)和园柱形上喷嘴(2)联接；下部与多曲面截体的下喷嘴座(4)联接，下喷嘴座(4)为115°～125°的多曲面截体，各曲线段之间均以园弧线相联接。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102482918A (zh) * 2009-09-04 2012-05-30 里奥尼德·鲍里索维奇·杜勃罗留波夫 钻头
CN112275463A (zh) * 2020-10-16 2021-01-29 哈尔滨工程大学 一种新型自激振荡脉冲空化喷嘴

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