[發明專利]一種螺旋振蕩噴嘴及其構成的PDC鉆頭

在審

• 申請號: 201710977970.0
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107514235A
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 張占奎;于振忠;褚方磊;劉超
• 申請（專利權）人: 滄州格銳特鉆頭有限公司
• 主分類號: E21B10/61
• 分類號: E21B10/61;E21B10/54;E21B10/42
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司51230
• 代理人: 廖祥文

技術領域

本發明涉及一種鉆頭噴嘴，屬于石油天氣鉆井勘探工程技術領域，具體涉及一種螺旋振蕩噴嘴；同時還公開了一種由螺旋振蕩噴嘴構成的PDC鉆頭。

背景技術

由于在石油天氣鉆井勘探工程中，PDC鉆頭具有機械鉆速快、壽命長、進尺多的優點，所以在石油天氣勘探鉆井工程中被廣泛使用。目前現有的常規PDC鉆頭噴嘴(如圖3所示)具有以下缺陷：

1、破巖效率低機械鉆速低；

2、建井周期長；

3、在膠質泥巖地層容易出現鉆頭泥包現象引起的卡鉆、井漏、井噴等惡性事故。

分析其成因為：

1、常規鉆頭噴嘴射流為連續直噴射流，其壓力和流速隨時間變化很小，作用在巖石破碎的噴沖力持恒穩定，理論為恒定值，能量損失大，巖石破碎能力下降，故機械鉆速低，建井周期長。

2、在正常的石油天氣鉆井勘探工程中，切削地層的切削元件必須得到良好的清洗工況條件，以防止切削齒切削地層時，擠壓的巖屑攢積在切削齒周圍，積壓過多造成排屑槽堵塞及鉆頭整體泥包，引起的卡鉆、井漏、井噴等惡性事故。

發明內容

基于以上技術問題，本發明提供了一種螺旋振蕩噴嘴，從而解決了以往噴嘴能量損失大、破碎能力小、影響轉速的技術問題；同時，基于該螺旋振蕩噴嘴，本發明還公開了一種由螺旋振蕩噴嘴構成的PDC鉆頭，該PDC鉆頭具有機械鉆速快、破巖效率高、能量損小及能有效解決鉆頭泥包問題的有益效果。

為解決以上技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種螺旋振蕩噴嘴,包括本體，本體內部中空形成兩端開口的噴流腔，噴流腔包括兩端的鉆井液進口腔、螺旋出口腔及位于二者之間的自激振蕩發生腔，鉆井液進口腔、螺旋出口腔及自激振蕩發生腔的直徑依次增大；

其中，

所述鉆井液進口腔的開口端形成喇叭狀的弧形口；

所述螺旋出口腔和自激振蕩發生腔的連接處形成有弧形過渡；

所述螺旋出口腔內呈圓周均勻分布有多個傾斜設置的螺旋槽。

在以上技術方案中，所述螺旋槽的傾斜角度為30°，且其數量為六個。

在以上技術方案中，所述螺旋槽的寬度和深度尺寸為2～5x 5mm。

在以上技術方案中，所述本體的材料為鎢。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是：本發明的噴嘴能夠形成振蕩螺旋射束，從而可以降低噴嘴能量損失，極大的提高了對地層巖石的噴沖破巖能力，大大提高了鉆頭的破巖機理，從而提高了石油天氣鉆井勘探工程機械鉆速，降低能耗的同時提高了鉆進效率。

同時，基于以上螺旋振蕩噴嘴，本發明還提供了一種PDC鉆頭，包括鉆頭主體，鉆頭主體上設置有多個刀翼，刀翼上設置有切削齒，所述多個刀翼之間形成排屑槽，所述排屑槽位于切削齒前端面均設置有上述的螺旋振蕩噴嘴。

基于以上，所述螺旋振蕩噴嘴的上端面與排屑槽外壁端面齊平。

本發明的鉆頭具有能量損失小、機械鉆速高及破巖能力強的特點，從而減少了鉆頭泥包的概率，極大的保證了石油天然氣鉆井勘探工程的井下安全，縮短了石油天氣鉆井勘探工程建井周期，減少了因石油天氣鉆井勘探工程對環境的污染；提高了石油天然氣勘探開發的速度和效率。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2是本發明鉆頭的結構示意圖；

圖3是現有技術中的噴嘴結構示意圖；

圖中標記：1、螺旋槽；2、螺旋出口腔；3、弧形過渡；4、本體；5、自激振蕩發生腔；6、鉆井液進口腔；7、弧形口；8、鉆頭主體；9、排屑槽；10、切削齒；11、刀翼。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的說明。本發明的實施方式包括但不限于下列實施例。

實施例1

如圖1-2所示，一種螺旋振蕩噴嘴,包括本體4，本體4內部中空形成兩端開口的噴流腔，噴流腔包括兩端的鉆井液進口腔6、螺旋出口腔2及位于二者之間的自激振蕩發生腔5，鉆井液進口腔6、螺旋出口腔2及自激振蕩發生腔5的直徑依次增大；

其中，

所述鉆井液進口腔6的開口端形成喇叭狀的弧形口7；

所述螺旋出口腔2和自激振蕩發生腔5的連接處形成有弧形過渡3；

所述螺旋出口腔2內呈圓周均勻分布有多個傾斜設置的螺旋槽1。

如圖1所示，鉆井液進口腔6即圖中標示的La段，螺旋出口腔2即圖中標示的Lc段，自激振蕩發生腔5即圖中標示的Lb段。