[實用新型]一種旋沖震蕩射流式PDC鉆頭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201721566726.7
• 申請日: 2017-11-21
• 公開（公告）號: CN207538787U
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳冬宇;張紹和;曹函;孫平賀;舒彪;張鑫鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: E21B7/24
• 分類號: E21B7/24;E21B7/18;E21B6/00;E21B10/46;E21B10/61
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 吝秀梅

本實用新型涉及一種旋沖震蕩射流式PDC鉆頭，包括鉆頭體本體、壓頭、單控制道單穩(wěn)射流元件及設(shè)置在元件、壓頭和鉆頭體內(nèi)部的多個流道。壓頭將單控制道單穩(wěn)射流元件封在鉆頭體內(nèi)，與下端的單控制道單穩(wěn)射流元件和外圍鉆頭體焊接成一個整體。鉆頭體內(nèi)各普通流道出口處設(shè)置有不同直徑的噴嘴。單控制道單穩(wěn)射流元件的不對稱設(shè)計使得經(jīng)過射流元件入口的射流能夠穩(wěn)定附壁到與大直徑噴嘴相連的一側(cè)。當(dāng)沖錘撞擊鉆頭后，控制道被沖錘堵住，使得進入射流元件的流體介質(zhì)突然切換到小噴嘴一側(cè)，鉆頭內(nèi)部壓力激增并產(chǎn)生瞬時脈沖射流強力沖洗孔底。本實用新型周期性進行產(chǎn)生高頻脈沖水射流，能有效降低深孔孔底巖屑啟動難度，改善孔底流場分布，提高巖屑清除效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種鉆井工具，具體涉及一種與旋沖鉆進工藝相結(jié)合的震蕩射流式PDC鉆頭。

背景技術(shù)

以回轉(zhuǎn)為主、沖擊為輔的旋沖鉆進方式，對研磨性強、塑性強的巖石具有良好的效果。鉆井過程中,為了防止大量的巖屑堆積致使牙輪鉆頭或PDC鉆頭發(fā)生泥包或過早磨損，鉆頭的噴嘴在設(shè)計時需要著重考慮。尤其對于深部鉆井，較大的靜液柱壓力引發(fā)的壓持效應(yīng)常常使得孔底巖屑不易清除進而導(dǎo)致鉆效下降。

公開號為CN203559791U本實用新型公開了一種井底負壓上返噴嘴鉆頭,通過在改變上返水道及上返噴嘴出水方向,目的是加快巖屑的上返速度，提高孔底清潔效率,以避免對巖屑和井壁掉塊的二次破碎。該噴嘴設(shè)計提高了巖屑上返速度，有利于將懸浮于鉆井液中的巖屑及時排至地表，但對于鉆頭下方巖屑的啟動和懸浮幫助較小。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是設(shè)計一種旋沖震蕩射流式PDC鉆頭。該鉆頭利用沖錘與鉆頭間的高頻往復(fù)沖擊控制射流元件中的流體切換，依靠高頻射流切換在孔底形成震蕩脈沖射流，既避免了開設(shè)多孔道分流導(dǎo)致流體能量不足的弊端，又達到強化孔底巖屑清除效果的目的。

本實用新型為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：

所設(shè)計旋沖震蕩射流式PDC鉆頭，主要包括鉆頭體、壓頭、單控制道單穩(wěn)射流元件和噴嘴。壓頭用于將單控制道單穩(wěn)射流元件封在鉆頭體內(nèi)，與下端的單控制道單穩(wěn)射流元件和外圍鉆頭體通過焊接構(gòu)成一個整體。壓頭內(nèi)部分別開設(shè)有與單控制道單穩(wěn)射流元件噴嘴和單控制道單穩(wěn)射流元件控制道相通的通路；單控制道單穩(wěn)射流元件內(nèi)置于鉆頭體中，通過在一完整矩形塊體側(cè)面開槽形成流體通道，設(shè)計上則采用了單控制道的非對稱設(shè)計，且靠近控制道的右壁面相對于遠離控制道的左壁面更加接近單控制道單穩(wěn)射流元件噴嘴中心線；鉆頭體內(nèi)開設(shè)有多個流道，流道出口處設(shè)置有不同直徑的噴嘴，大噴嘴和小噴嘴分別與單控制道單穩(wěn)射流元件下端的兩個出口相連通。

單穩(wěn)射流元件流道表面鍍有硬質(zhì)合金鍍層。

旋沖震蕩射流式PDC鉆頭工作需要通過與沖錘配合完成，在沖錘撞擊鉆頭前，經(jīng)單控制道單穩(wěn)射流元件噴嘴進入的流體在控制道的流體推力作用下穩(wěn)定附壁在左壁面，經(jīng)由大噴嘴沖洗孔底；沖錘撞擊鉆頭后，控制道因被沖錘堵住瞬時產(chǎn)生一定負壓，且由于右壁面相較于左壁面更加接近單控制道單穩(wěn)射流元件噴嘴中心線，使得原本附壁到大噴嘴一側(cè)的射流突然切換到小噴嘴一側(cè)，鉆頭內(nèi)部壓力激增并產(chǎn)生瞬時高速射流強力沖洗孔底；當(dāng)沖錘與鉆頭脫離后，控制道開啟，射流重新切換到大噴嘴一側(cè)，以此循環(huán)往復(fù)形成高頻震蕩脈沖射流。

本實用新型的有益效果是：

隨著沖錘與旋沖震蕩射流式PDC鉆頭高頻碰撞，單控制道單穩(wěn)射流元件控制道周期性開合，主射流高頻切換的同時進入射流元件的流體流量也隨之變化，引起鉆頭內(nèi)部壓力劇烈變化，在孔底產(chǎn)生高頻脈沖射流強力沖洗巖屑。這種震蕩脈沖射流能夠在避免開設(shè)多孔道分流導(dǎo)致流體能量不足的前提下，有效應(yīng)對深孔壓持效應(yīng)引起的孔底巖屑啟動難、易堆積等問題，改善孔底流場分布，避免鉆頭出現(xiàn)泥包、局部溫度過高、過早磨損等等，提高鉆井效率。同時壓力變化是在沖擊后發(fā)生，避免了提前節(jié)流影響沖錘沖擊過程。

附圖說明

圖1是本實用新型旋沖震蕩射流式PDC鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖；