[实用新型]粒子冲击牙轮钻头用喷嘴

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种粒子冲击牙轮钻头用喷嘴，属于钻井装置技术领域。

背景技术

目前由于岩石硬度高、研磨性强、可钻性差等因素，硬度高研磨性强的地层的钻进速度较慢，增加了钻井的成本。四川须家河组地层就是典型的代表。须家河组地层主要为硅质胶结的石英砂岩，岩石硬度度高、研磨性强、可钻性差，钻头消耗量大（占全井的74%），钻头进尺和平均寿命均较短。普通的PDC钻头和牙轮钻头钻速均难以让人满意。PDC钻头钻进这种强研磨性硬地层时，吃入困难，磨损速度快。牙轮钻头钻进该地层时，钻进速度慢，单只钻头进尺少。平均机械钻速经常低于1m/s,进尺少、钻速慢，已无法满足“打成、打好、打快”的现代深井钻井要求。

通过对地层岩性进行认真调查研究，力求将粒子冲击钻井技术引入须家河组地层的钻进中。由于完全依靠粒子冲击高速破岩时，对泵压、排量、浓度要求很高，国内一般现场设备很难满足，且粒子冲击钻井技术在国内尚未进行过现场实验，没有现场实钻经验，属于初期研究阶段。所以现阶段先将粒子冲击破岩与钻头机械破岩结合起来，粒子冲击破岩起辅助破岩的作用，探究粒子冲击钻井的实际钻进效果。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种结构简单，可实现粒子高效破岩，提高耐磨度，进而可提高使用寿命的粒子冲击牙轮钻头用喷嘴。

本实用新型所述的粒子冲击牙轮钻头用喷嘴，包括喷嘴本体，喷嘴本体包括喷嘴前段和喷嘴后段，喷嘴前段为锥形段，喷嘴后段为圆柱段，锥形段的小径端连接圆柱段，锥形段与圆柱段之间的内壁连接处设置倒圆角。

喷嘴本体为锥直型，锥直型喷嘴具有损失量最小，最耐磨的优点，可达到粒子破岩所要求的速度，提高破岩效率和使用寿命；工作时，锥形段的大径端为流体入口，符合冲蚀磨损的机理与特性，使喷嘴本体耐磨程度提高且可提高加速度，提高破岩效果。

所述的喷嘴本体外侧设置钢套管。钢管套可与喷嘴本体烧结在一起，再一起安装在钻头上，对喷嘴起到了保护作用，钢管套由40～60目的Wc粉组成，使钢套管耐腐蚀、硬度高及弹性模量大，性能稳定，使用寿命长。

所述的锥形段的长度为35mm～37mm，大径端的内径为25mm～31mm，小径端的内径为12mm，壁厚为3mm，圆柱段的长度为55mm～60mm，圆柱段的内径为12mm，壁厚为2mm。锥形段和圆柱段规格的设置，可有效提高粒子的速度和喷嘴本体的耐磨度，提高破岩效率，喷嘴本体的长度过长或过短均不能同时满足使用寿命和破岩射流的要求。

所述的锥形段的内壁面与锥形段大径端直径方向呈80度夹角，锥形段内壁面与圆柱段内壁面之间的收缩半角为10度。收缩半角不仅影响加速效果，而且也影响喷嘴本体的耐磨寿命，本实用新型角度的设置可提高速度，增加喷嘴本体的耐磨度。

所述的喷嘴本体材质为YG8N型超细硬质合金。硬度高，且抗弯强度、韧性好。

本实用新型的有益效果是：

喷嘴本体内流道结构设计与制作能够把喷嘴本体的冲蚀磨损的机理、特性与粒子的速度加速作用结合考虑，使其既能满足粒子在喷嘴本体中的加速，达到破岩效果，又能减低粒子对喷嘴本体的冲蚀磨损；通过合理设计喷嘴本体，可以使粒子速度达到泥浆射流速度的80%左右，满足了粒子冲击钻井对使用寿命的一定要求，提高耐磨性能，同时也要满足射流的要求，使粒子能在流动时加速到要求的速度。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1中喷嘴本体的结构示意图。

图中：1、钢套管  2、喷嘴本体  3、锥形段  4、圆柱段  5、倒圆角。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步描述：

如图1～图2所示，本实用新型所述的粒子冲击牙轮钻头用喷嘴，包括喷嘴本体2，喷嘴本体2包括喷嘴前段和喷嘴后段，喷嘴前段为锥形段3，喷嘴后段为圆柱段4，锥形段3的小径端连接圆柱段4，锥形段3与圆柱段4之间的内壁连接处设置倒圆角5。喷嘴本体2外侧设置钢套管1。锥形段3的长度为36mm，大径端的内径为25mm，小径端的内径为12mm，壁厚为3mm，圆柱段4的长度为60mm，圆柱段4的内径为12mm，壁厚为2mm。锥形段3的内壁面与锥形段3大径端直径方向呈80度夹角，如图2中所示的夹角A，锥形段3内壁面与圆柱段4内壁面之间的收缩半角为10度，如图2中所示的夹角B。喷嘴本体2材质为YG8N型超细硬质合金。

工作时，粒子从锥形段3的大径端流入，通过锥形段3和圆柱段4后粒子速度提高，并产生射流，对岩石进行破碎。