[發(fā)明專利]裝有柔性噴嘴的鉆頭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910058598.9
• 申請日: 2009-03-11
• 公開（公告）號: CN101509352A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊迎新;李樹盛;陳煉;況雨春;伍開松;林敏;任海濤;張紅梅
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: E21B10/18
• 分類號: E21B10/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在石油天然氣、礦山工程、基礎(chǔ)工程施工、地質(zhì)、水紋等領(lǐng)域鉆井工程中使用的裝有柔性噴嘴的鉆頭。

背景技術(shù)

鉆頭是鉆井工程中用以破碎巖石、形成井筒的破巖工具。鉆頭在入井前一般都會裝上噴嘴。噴嘴是安裝在鉆頭上的輔助元件，在鉆頭的噴嘴孔處與鉆頭相聯(lián)接，噴嘴上設(shè)有將鉆頭內(nèi)流道與鉆頭外空間相連通的鉆井液噴射孔。鉆頭上安裝噴嘴的目的在于增加鉆井液的噴射速度，使其更好地清洗和冷卻鉆頭，清除井底巖屑，并利用鉆井液射流的能量輔助破碎井底巖石。

因為通過噴嘴的鉆井液中通常都含有固相顆粒，而且射流速度較快，所以要求噴嘴具有較強的耐沖蝕能力。為了達到該目的，目前鉆頭上所使用的噴嘴均由硬質(zhì)合金等高硬度、高耐磨性材料制成。為了達到增強噴嘴清洗、冷卻和輔助破巖效果的目的，通常采用的技術(shù)手段有三種：第一，增加噴嘴的長度，縮短噴嘴出口到井底的距離，減小鉆井液射流的能量損耗；第二，改變噴嘴的流道結(jié)構(gòu)，形成高速射流或脈沖射流；第三，合理設(shè)計噴嘴的位置和射流方向，既充分利用鉆井液射流的能量，又避免造成牙輪等鉆頭本體的沖蝕。

這三種手段雖然有效，但是也存在如下局限性：首先，高硬度噴嘴的抗斷裂能力隨其長度的增加而降低，如果長度過大，在受到碰撞時容易發(fā)生斷裂，斷裂現(xiàn)象一旦發(fā)生，其后果不僅僅是噴嘴失效，更嚴重的是掉入井底的噴嘴會損傷鉆頭，對鉆井進程形成非常不利的影響。其次，噴嘴的長度超過一定范圍時，有可能增加鉆頭制造的難度和噴嘴安裝的難度。第三，鉆頭上噴嘴的位置和射流方向在設(shè)計時就已確定，噴嘴一旦安裝在鉆頭上，其位置和射流方向就已固定，無法調(diào)節(jié)，這是噴嘴結(jié)構(gòu)的剛性特點所決定的。由于這三方面局限性的存在，限制了噴嘴效能的充分發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：為了使鉆頭上的噴嘴能夠貼近井底安全、高效地工作，充分利用鉆井液的射流能量，更好地清洗和冷卻鉆頭，清除井底巖屑，輔助破碎井底巖石，特提供一種裝有柔性噴嘴的鉆頭。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種裝有柔性噴嘴的鉆頭，由鉆頭和柔性噴嘴組成，其結(jié)構(gòu)特征是：柔性噴嘴在鉆頭的噴嘴孔處與鉆頭相連接；柔性噴嘴上設(shè)有將鉆頭內(nèi)流道與鉆頭外空間相連通的鉆井液噴射孔；柔性噴嘴由與鉆頭噴嘴孔相聯(lián)的接頭和柔性噴管構(gòu)成；柔性噴管的全部或部分是由金屬軟管、或橡膠軟管、或塑料軟管的一種單獨構(gòu)成，或由其中的二至三種軟管復(fù)合構(gòu)成。

構(gòu)成柔性噴管的金屬軟管、或橡膠軟管、或塑料軟管用管壁連續(xù)的軟管，或柔性噴管用橡膠軟管和金屬帶螺旋卷繞而成的管壁不連續(xù)的金屬軟管復(fù)合構(gòu)成。構(gòu)成柔性噴管的金屬軟管、或橡膠軟管、或塑料軟管是單一材料的軟管、或是以金屬、或橡膠、或塑料為基體的復(fù)合材料軟管。

裝有柔性噴嘴的鉆頭，鉆頭上的噴嘴全是用柔性噴嘴，或部分是柔性噴嘴，部分是常規(guī)噴嘴。

柔性噴嘴的出口端安裝有剛性噴嘴。

柔性噴管的外表面及流道表面、或外表面、或流道表面加覆編織網(wǎng)套。

裝有柔性噴嘴的鉆頭包括各種具有破巖功能且需安裝噴嘴的井下工具，特別是牙輪鉆頭、金剛石鉆頭和水力破巖工具。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是：

(1)當構(gòu)成柔性噴嘴的金屬軟管采用金屬帶螺旋卷繞而成的金屬軟管等具有高彈性的軟管時，柔性噴管即使發(fā)生很大的變形也不易發(fā)生塑性變形和斷裂，噴嘴的工作可靠性明顯高于相同長度的普通噴嘴。

(2)鉆頭上的柔性噴嘴具有明顯大于普通噴嘴的長度尺寸，噴嘴出口至井底表面的距離更短，在相同噴嘴直徑和流量條件下，能夠?qū)讕r石提供更強大的沖擊力。

(3)當噴嘴長度較大時，噴嘴的柔性噴管將隨鉆頭的運動而發(fā)生偏擺振動，特別是當構(gòu)成柔性噴嘴的金屬軟管采用金屬帶螺旋卷繞而成的金屬軟管等具有強彈性的軟管時，這種偏擺振動幅度更大。噴嘴的偏擺振動能夠擴大鉆井液射流在井底的作用區(qū)域，并在井底產(chǎn)生脈動效應(yīng)，增強噴嘴工作效能。

(4)當構(gòu)成柔性噴嘴的金屬軟管采用波紋金屬軟管等具有強塑性性質(zhì)的軟管時，噴嘴就可具備出口方位可調(diào)節(jié)的特性，使用這種柔性噴嘴可以增加噴嘴應(yīng)用的靈活性，易于實現(xiàn)定位噴射、斜向噴射等功能。

(5)柔性噴嘴的噴管強度低，即便斷裂、脫落，也不會損傷鉆頭。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝有柔性噴嘴的鉆頭的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：1.鉆頭，2.柔性噴嘴。

圖2為本發(fā)明的柔性噴嘴的柔性噴管是由兩層軟管復(fù)合構(gòu)成的剖面示意圖。圖中：3.接頭，4.柔性噴管，5.鉆井液噴射孔。