[發明專利]不產生空穴現象的金剛石鉆頭

無效

• 申請號: 201410037933.8
• 申請日: 2014-01-26
• 公開（公告）號: CN103774996A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 龐豐;契霍特金V·F;段隆臣;湯鳳林
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: E21B10/46
• 分類號: E21B10/46
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明屬于地質勘探鉆井領域，具體涉及一種不產生空穴現象的金剛石鉆頭。

背景技術

目前，世界各類資源日漸枯竭，這就需要鉆井公司更經濟、更有效地進行礦產資源開發。作為鉆井作業中最重要的工具——鉆頭，其工作性能直接影響鉆井作業質量、成本和效率。在液流中當某點壓力低于液體所在溫度下的空氣分離壓時，原來溶于液體中的氣體會分離出來產生氣泡，這就叫空穴現象，當壓力進一步減小而低于液體的飽和蒸汽壓時,液體就迅速汽化形成大量蒸汽氣泡，使空穴現象更為嚴重，從而使液流呈不連續狀態。

空穴現象的本質是當沖洗液系統中大量的氣泡波壞了液流的連續性。當大量氣泡隨著液流到壓力較高的部位時，氣泡在高壓下迅速破裂，并又凝結成液體，使體積突然減小而形成真空，周圍高壓液體迅速流過來補充。由于這一過程時間極短，液體質點高速碰撞，產生局部高溫和高壓，并產生強烈的振動和噪聲。在這樣的高溫高壓作用下，沖洗液對鉆頭產生強烈的沖蝕性磨損，使鉆頭表面受到侵蝕，剝落，表現為嚴重的汽蝕現象。在實際鉆進過程中，沖洗液會產生空穴現象，鉆頭也會因沖洗液的空穴現象而發生不同程度的非正常磨損。因此，有必要研制一種抑制空穴現象發生的金剛石鉆頭，減少鉆頭的非正常磨損。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對現有鉆頭存在沖洗液空穴現象造成鉆頭沖蝕磨損嚴重、鉆頭使用壽命短、鉆井工作資源消耗加大的缺陷，提供一種不產生空穴現象的金剛石鉆頭，有效減弱金剛石鉆頭的非正常磨損，延長鉆頭壽命。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

不產生空穴現象的金剛石鉆頭，包括鉆頭體、鉆頭扇形塊和鉆頭水口，所述鉆頭扇形塊包括若干個、環繞設置在鉆頭體上，所述鉆頭水口設置在兩兩鉆頭扇形塊之間，其特征在于：所述鉆頭體位于鉆頭水口處的內外表面分別設有內水槽、外水槽，所述鉆頭水口、內水槽、外水槽的結構尺寸滿足：內水槽的總和通水面積S2、外水槽的總和通水面積S4、以及鉆頭水口的總和通水面積S3相等，即S2=S4=S3。

按上述方案，所述鉆頭體通過其螺紋與巖心管連接并下入孔內，鉆頭體內表面與巖心管之間的總和通水面積S1、鉆頭體外表面與孔壁之間的總和通水面積S5相等，即S1=S5。

按上述方案，所述內水槽的總和通水面積S2、外水槽的總和通水面積S4、以及鉆頭水口的總和通水面積S3、鉆頭體內表面與巖心管之間的總和通水面積S1、鉆頭體外表面與孔壁之間的總和通水面積S5均相等，即S2=S4=S3=S1=S5，即S1=S2=S3=S4=S5。

本發明的工作原理：產生空穴現象的原因之一為空氣分流壓，為了避免在鉆進過程中產生空氣分流壓，控制沖洗液運動過程中系統各結構的總和通水面積（運動面積）的一致性，即控制連接到巖心管6上的鉆頭體1內外表面上的內水槽4、外水槽5和鉆頭水口3的尺寸，使得它們的總和通水面積均相等，即S2=S4=S3，并控制鉆頭體1內表面與巖心管6之間的總和通水面積S1、鉆頭體1外表面與孔壁7之間的總和通水面積S5相等，即S1=S5，且進一步控制S1=S2=S3=S4=S5；沖洗液依次通過鉆頭體1內表面與巖心管6之間（總和通水面積S1）、鉆頭體上的內水槽4（總和通水面積S2）、鉆頭水口3（總和通水面積S3）、鉆頭體上的外水槽5（總和通水面積S4）、鉆頭體1外表面與孔壁7之間（總和通水面積S5）流動，由于S1=S2=S3=S4=S5，所以在沖洗液流動過程中，沒有流動面積減少或增加，從而排除鉆進過程中沖洗液流動面積產生變化（流動面積由大變小或由小變大），有效減少鉆進過程中沖洗液產生空穴現象，降低沖洗液對鉆頭的非正常磨損（沖蝕性磨損）。

本發明相比常規鉆頭，具有以下有益效果：結合液流產生空穴現象的原理，通過減弱沖洗液空穴現象的產生，減弱鉆頭的非正常磨損，提高鉆進效率、鉆頭進尺，延長鉆頭的使用壽命，適于各類地質鉆頭的設計制造；對于減弱鉆頭的非正常磨損具有重要的現實意義，大大提高鉆探工程的技術經濟指標，適用價值高，可帶來非?？捎^的經濟效益。

附圖說明

圖1是本發明不產生空穴現象的金剛石鉆頭的結構示意圖；

圖2是本發明金剛石鉆頭鉆孔鉆進過程的剖面示意圖；

圖中，1-鉆頭體，2-鉆頭扇形塊，3-鉆頭水口，4-內水槽，5-外水槽，6-巖心管，7-孔壁。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。