[發(fā)明專利]一種具有微型流道鉆齒的鉆頭

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211640932.3
• 申請日: 2022-12-20
• 公開（公告）號: CN115949345A
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡燦;曹文洋;朱喆;曾浪;周圣文;謝全功;樊康康;張沛;楊顯鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: E21B10/42
• 分類號: E21B10/42;E21B10/60
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及石油天然氣鉆采、地下資源開采、鉆井工程裝備領(lǐng)域，特別涉及一種具有微型噴嘴的切削齒結(jié)構(gòu)。該裝置包括鉆頭本體、設(shè)有微型流道的鉆齒、鉆齒內(nèi)部流道、鉆頭內(nèi)流道、排屑槽。所述鉆頭切削齒上設(shè)置有微型噴嘴，切削齒內(nèi)部流道與鉆頭內(nèi)流道相通，且流道出口在切削齒上有三種不同結(jié)構(gòu)。在鉆頭鉆進(jìn)過程中，本發(fā)明相較于傳統(tǒng)鉆頭，鉆齒同時具有切削和射流的作用。該發(fā)明專利能夠縮短射流噴射距離，有效地進(jìn)行協(xié)同破巖，并能使鉆齒獲得良好的排屑和冷卻效果。不僅能顯著提高鉆頭破巖效率，同時能大幅延長鉆頭使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油天然氣鉆采、地下資源開采、鉆井工程裝備領(lǐng)域，特別涉及一種具有微型流道鉆齒的鉆頭。

背景技術(shù)

在石油天然氣開采過程中，例如聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭(PDC鉆頭)一類的鉆頭因?yàn)槠溷@進(jìn)效率高和運(yùn)動部件少等特點(diǎn)而被大規(guī)模使用，與其上的聚合金剛復(fù)合片(PDC齒)類似的鉆齒在鉆井過程中主要起到剪切破碎巖石的作用。雖然鉆頭的耐磨性和硬度非常高，但還存在以下幾個缺點(diǎn)：1)在鉆井過程中如果遇到硬度和強(qiáng)度較高的巖石時，鉆頭的機(jī)械鉆速會變得極其不穩(wěn)定。2)鉆頭在持續(xù)鉆井的過程中，其上的鉆齒會因?yàn)榕c巖石持續(xù)摩擦導(dǎo)致溫度急劇升高，進(jìn)而加劇鉆齒的磨損。3)射流噴嘴往往安裝在距鉆齒較遠(yuǎn)的位置，高壓射流協(xié)同破巖效果較差。4)高壓射流對鉆頭刀翼本身具有較大的侵蝕作用。總而言之，隨著鉆井深度的增加，鉆頭常常出現(xiàn)鉆速不穩(wěn)、磨損加劇等情況，進(jìn)而導(dǎo)致鉆井效率低下、鉆頭易損壞等問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種具有微型流道鉆齒的鉆頭，目的在于提高鉆頭的鉆井效率、改善鉆頭的使用壽命問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種具有微型流道鉆齒的鉆頭，包括鉆頭本體、設(shè)有微型流道的鉆齒、鉆頭內(nèi)部流道、排屑槽，所述鉆頭本體上布置有5個刀翼，相鄰刀翼之間為排屑槽，所述刀翼上布置有若干帶有微型流道的鉆齒。

所述鉆齒包括PDC齒、硬質(zhì)合金齒和聚合金剛齒及其同類型的切削齒。

所述微型流道出口設(shè)置在鉆齒上，射流通過鉆頭內(nèi)主流道一至鉆頭內(nèi)中轉(zhuǎn)流道一，進(jìn)而流向鉆頭內(nèi)分流道一，最終從鉆齒內(nèi)流道出口噴出；鉆頭二流道與鉆頭一流道相交，且射流流向與上述流道一類似。

作為選擇，所述鉆齒流道出口可在聚合金剛復(fù)合片中間、聚合金剛復(fù)合片中下部和硬質(zhì)合金圓柱面三種位置。對于硬質(zhì)合金齒，其三種出口分配位置分別為：硬質(zhì)合金齒尖中心、硬質(zhì)合金齒尖側(cè)面、硬質(zhì)合金圓柱面。

上述方案中，選擇微型流道中不同的流道出口，可以使射流產(chǎn)生不同的效果。在微型流道中設(shè)置流道出口位置為聚合金剛復(fù)合片中下部或硬質(zhì)合金圓柱面時，射流噴射時具有偏轉(zhuǎn)角度，會使得射流具有更好的沖擊力。

作為選擇，一個刀翼上可設(shè)置一個或多個帶有微型流道的鉆齒。

上述方案中，流道數(shù)量越多，射流的噴射范圍越大，相應(yīng)的協(xié)同破巖效率也更高。

作為選擇，所述鉆頭內(nèi)主流道軸線與鉆頭本體軸線夾角α為30～70°。

作為選擇，流道出口和鉆頭內(nèi)流道內(nèi)徑為0.5～1mm。

作為選擇，流道噴射區(qū)域?yàn)榫讕r石或者鉆齒面區(qū)域。

上述方案中，因?yàn)椴煌@頭的鉆齒分布不同，將鉆齒微型流道的噴射范圍設(shè)置在上述區(qū)域的沖擊效果更佳。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明通過在鉆頭鉆齒上設(shè)置流道，使得鉆齒兼具破巖和射流的作用，流道的射流可以在直接破巖的同時協(xié)同鉆齒破巖，兩種破巖方式的結(jié)合可顯著提高鉆頭的鉆進(jìn)效率。

2、微型流道布置在鉆齒上，高壓射流沖擊巖石后會在其表面產(chǎn)生破碎槽，有利于后續(xù)鉆齒的切削，因此能大幅減少鉆齒的損耗。