[發(fā)明專利]一種三通道反循環(huán)鉆頭

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110753491.7
• 申請(qǐng)日: 2021-07-02
• 公開（公告）號(hào): CN113309472A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何將福;何文超;梁秦銘;江東曉;羅永江;李莉佳;胡千庭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B10/43
• 分類號(hào): E21B10/43;E21B10/55;E21B10/60;E21B21/12;E21B17/04
• 代理公司: 重慶大學(xué)專利中心 50201
• 代理人: 唐開平

本發(fā)明公開了一種三通道反循環(huán)鉆頭，它包括鉆頭基體、鉆頭翼片、六方母接頭和反循環(huán)引射管；鉆頭基體（15）包括基體端面（22）、中心排渣口（24）和底噴孔（23），中心排渣口（24）沿軸向開設(shè)于鉆頭基體（15）中心，中心排渣口（24）底部環(huán)行凹槽通過環(huán)型密封圈（19）密封對(duì)接反循環(huán)引射管（18）；鉆頭翼片（14）安裝在基體端面（22）對(duì)應(yīng)的安裝槽內(nèi)；所述六方母接頭（17）上部開口套接鉆頭基體（15）的底部縮頸，六方母接頭（17）下部開有用于套接三通道螺旋鉆桿（6）外管的六方形管筒（30）。本發(fā)明的技術(shù)效果是：提高了反循環(huán)鉆頭抽吸能力與排渣量，解決含瓦斯松軟煤層鉆孔中的塌孔、抱鉆、噴孔等施工難題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鉆井技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三通道反循環(huán)鉆頭，該鉆頭具有大排渣量且參數(shù)可調(diào)節(jié)功能，旨在提升松軟煤層鉆孔過程中鉆具的排渣能力與成孔質(zhì)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)鉆頭工作性能參數(shù)可調(diào)節(jié)，以解決井下松軟煤層鉆孔面臨的堵孔、抱鉆等問題。

背景技術(shù)

在松軟煤層順層鉆孔施工過程中，實(shí)際孔內(nèi)排渣量將會(huì)遠(yuǎn)超理論估算排渣量，大量煤渣堆積不僅對(duì)于鉆進(jìn)工藝的效率、成孔率造成顯著影響，還易對(duì)所選用的鉆頭造成相當(dāng)大的磨損，導(dǎo)致鉆頭的超前損壞，從而直接降低鉆孔效率，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

目前在地質(zhì)巖芯鉆探領(lǐng)域中通常采用兩種類型的鉆頭：第一種是采用密封環(huán)(即導(dǎo)流罩)來減小孔壁與鉆頭之間的間隙，從而在孔壁與鉆頭的空隙中形成密封或近密封的條件，進(jìn)而迫使空氣進(jìn)入鉆頭中心通道。第二種是根據(jù)空氣引射器原理在鉆頭體上設(shè)計(jì)了一定量的底噴孔和內(nèi)噴孔，當(dāng)氣體進(jìn)入鉆頭時(shí)，其中的一部分氣體會(huì)從底噴孔中排出，用來清潔和冷卻鉆頭，另一部分氣體則以較高的速度從內(nèi)噴孔中噴出，在鉆頭附近產(chǎn)生負(fù)壓，以抽吸空氣和巖屑使其向上進(jìn)入鉆頭的中心通道。

反循環(huán)鉆頭是反循環(huán)鉆孔機(jī)具的關(guān)鍵零部件，其結(jié)構(gòu)直接決定反循環(huán)效果與排渣效率，選用合理的鉆桿、鉆頭結(jié)構(gòu)與類型，對(duì)井下松軟煤層鉆孔順利成孔具有決定性作用。針對(duì)不同強(qiáng)度的井下煤巖地層，鉆孔時(shí)主要采用刮刀鉆頭、硬質(zhì)合金鉆頭、金剛石鉆頭和PDC復(fù)合片鉆頭等。松軟煤層鉆孔常用兩翼鉆頭、中心鉆頭、三翼階梯式鉆頭及螺旋鉆頭，但常規(guī)鉆頭排渣通道小、排渣速度慢、排渣能力不足，導(dǎo)致鉆頭磨損嚴(yán)重，壽命低，經(jīng)濟(jì)性差。

中國專利文獻(xiàn)CN 108086930 A公開了一種松軟巖土地層反循環(huán)跟管鉆具，該鉆具為同軸三通道結(jié)構(gòu)，它在鉆進(jìn)過程中采用流體介質(zhì)反循環(huán)排渣和螺旋葉片輔助排渣，實(shí)現(xiàn)跟管鉆進(jìn)以保護(hù)孔壁，解決了松軟巖土層鉆進(jìn)過程中遇到的埋鉆、排渣難和成孔難等問題。該鉆頭14為反循環(huán)結(jié)構(gòu)，具有由內(nèi)壁和外壁構(gòu)成的雙壁結(jié)構(gòu)，且內(nèi)壁和外壁之間的夾層空間形成環(huán)槽狀進(jìn)氣室19，所述鉆頭14設(shè)計(jì)有三個(gè)均布的斜向上呈30°角的引射孔18，即引射孔18的中心線與鉆頭14的軸線呈30°夾角，三個(gè)均布的徑向噴嘴16，引射孔18和噴嘴16應(yīng)交錯(cuò)布置；在鉆頭14工作端鑲嵌有切削刃17。

該專利的同軸三通道反循環(huán)鉆頭存在以下問題：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損件較多，對(duì)結(jié)構(gòu)的密封性能要求極高，容易引起鉆頭的反循環(huán)失效，增加了鉆孔施工的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，由于該鉆頭的引射孔與徑向噴嘴交錯(cuò)布置，導(dǎo)致該鉆頭形成的反循環(huán)效果不穩(wěn)定。此外，該鉆頭面臨含瓦斯煤體沖擊時(shí)，未預(yù)留卸壓通道，可能引起井下噴孔堵孔事故。含瓦斯軟煤鉆孔與松軟巖土層鉆孔相比，土層變形產(chǎn)渣量極大，該專利中所述鉆頭無法有效解決井下高瓦斯松軟煤層鉆孔施工時(shí)需快速排出大量煤渣的性能要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有三通道反循環(huán)鉆具存在的問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種三通道反循環(huán)鉆頭，它通過增加鉆頭排渣通道的面積，改變反循環(huán)鉆頭引射管結(jié)構(gòu)參數(shù)與布置方式，從而提高同軸三通道反循環(huán)鉆頭抽吸能力與排渣量，解決含瓦斯松軟煤層鉆孔中的塌孔、抱鉆、噴孔等施工難題。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，它包括鉆頭基體、鉆頭翼片、六方母接頭和反循環(huán)引射管；