[發(fā)明專利]一種新型水力結(jié)構(gòu)牙輪鉆頭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410040398.1
• 申請日: 2014-01-26
• 公開（公告）號: CN104806168B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊成新;江勝宗;易燦;邱勝蘭
• 申請（專利權(quán)）人: 北京加華維爾能源技術(shù)有限公司
• 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

本發(fā)明涉及一種新型水力結(jié)構(gòu)牙輪鉆頭，它包括牙爪、牙爪內(nèi)的主水眼流道、油道、鉆井液密封腔、牙輪和牙輪上的水眼流道。其不同之處是改變常規(guī)牙輪鉆頭噴嘴安放位置，噴嘴安裝于牙輪上，鉆井液經(jīng)主水眼流道，與牙輪上水眼流道聯(lián)通，經(jīng)牙輪上噴嘴噴射出去。本發(fā)明可以使牙輪具有更好的清洗和破巖能力，從而有效提高鉆頭的鉆鑿破巖性能，并可以延長牙輪鉆頭的使用壽命，使鉆進(jìn)成本下降。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在能源鉆采方面的新型水力結(jié)構(gòu)牙輪鉆頭。

背景技術(shù)

牙輪鉆頭作為一種鉆削巖層的工具已被廣泛應(yīng)用，鉆頭性能的顯著改進(jìn)直接降低鉆井成本，使用壽命和鉆速兩個性能指標(biāo)，提高鉆頭的機(jī)械鉆速和使用壽命是降低鉆井成本的有效途徑。

提高牙輪鉆頭的水力作用效率是提高鉆井速度的重要因素，水力作用主要表現(xiàn)在兩個方面：輔助破巖和清洗井底，所謂清洗井底，主要指把巖屑沖離井底，保持井底“干凈”。射流沖到井底以后能產(chǎn)生兩種凈化井底作用，其一是射流對巖屑的沖擊壓力作用，其二是漫流對巖屑的橫推作用。當(dāng)射流碰到井底以后，將此動壓力傳給井底，形成對井底的沖擊壓力作用，作用在井底巖屑上的沖擊壓力是極不均勻的，這就使得巖屑產(chǎn)生一個翻轉(zhuǎn)力矩，從而離開井底。研究表明，要提高射流對井底的凈化能力，就要增大射流對井底的沖擊壓力梯度，增大射流出口壓力和降低噴嘴出口直徑是增大沖擊壓力梯度的唯一途徑。

射流沖擊井底后，就形成沿著井底橫向流動的漫流，具有很高速度的井底漫流，將作用于巖屑一個橫向推力或牽引力，從而使巖屑離開井底的原來位置，把巖屑沖離井底，漫流起主要作用，在射流沖擊的面積以內(nèi)，射流沖擊中心的漫流速度為零，離開中心，漫流速度逐漸增大，在射流沖擊面積的邊緣，漫流速度達(dá)到最大。在射流沖擊面積以外，漫流流速與距沖擊中心的距離成反比，即離沖擊中心愈遠(yuǎn)則漫流速度愈小。由此可知，要提高牙輪鉆頭的鉆進(jìn)效率，就必須提高牙輪鉆頭噴射的沖擊壓力梯度和增加射流的漫流作用。

傳統(tǒng)的牙輪鉆頭水眼在牙輪側(cè)面，噴嘴噴射距離較遠(yuǎn)，降低了井底沖擊壓 力梯度，浪費(fèi)了射流的沖擊能量，而且，由于鉆頭水眼處于外面，而鉆頭牙齒破碎巖石在水眼里面，水力漫流將破碎的巖石“堆積”在牙輪鉆頭底面，導(dǎo)致重復(fù)破碎，降低了牙輪鉆進(jìn)效率。為了提高牙輪鉆頭的這一性能，提高機(jī)械鉆速降低鉆井成本，而設(shè)計的一種有新型水力結(jié)構(gòu)的，具備有良好清洗與破巖能力的牙輪鉆頭。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是設(shè)計一種全新水力結(jié)構(gòu)的三牙輪鉆頭，其不同之處是改變常規(guī)牙輪鉆頭噴嘴安放位置，噴嘴安裝于牙輪上，鉆井液經(jīng)主水眼流道，與牙輪上水眼流道聯(lián)通，經(jīng)牙輪上噴嘴噴射出去。這樣提高了牙輪鉆頭的清洗、水力破巖、巖屑返出能力，從而提高機(jī)械鉆速和降低鉆井成本。

本發(fā)明的目的由以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)：包括主體(1)、水眼流道(2)、油道(3)、牙輪水眼(4)、鉆井液密封腔(5)、牙輪(6)組成，其不同之處水眼在牙輪上，水眼流道(2)與牙輪上水眼流道(4)通過一個鉆井液密封腔(5)連通。鉆井液從鉆頭主水眼流入，經(jīng)過水眼流道(2)，進(jìn)入鉆井液密封腔(5)，從牙輪水眼(4)噴出。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：由于水眼位于牙輪上，從水眼出來的鉆井液直接噴射到井底，增強(qiáng)了水力破巖能力；同時水眼位于牙輪上增強(qiáng)了鉆井液對牙輪的清洗作用，讓牙輪保持清潔，減少了泥包效果，有助于延長牙輪鉆頭的使用壽命；水眼位于牙輪上，鉆井液從水眼噴出的反作用力可以加強(qiáng)牙輪的自轉(zhuǎn)，增強(qiáng)其破巖的能力，從而提高鉆速；同時水眼位于牙輪上，從水眼噴出的鉆井液，直接作用到破碎的巖屑上，增大了射流的漫流作用，有助于巖屑的上返。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明一個實施例的主視圖圖

附圖2為本發(fā)明一個實施例的俯視圖

附圖3為本發(fā)明一個實施例的立體圖

附圖4為本發(fā)明一個實施例的牙輪鉆頭主體半剖圖

附圖5為本發(fā)明一個實施例的牙輪半剖圖