[发明专利]一种粒子冲击钻头

说明书

本发明属于油田钻井设备技术领域，具体涉及一种粒子冲击钻头，包括圆周分布的钻头主体、射吸装置外壳、射流喷嘴座、喷嘴螺丝帽、射流喷嘴、管壁螺丝帽、管壁入液喷嘴和钻头喷嘴；钻头主体设置在射吸装置外壳的底部，射流喷嘴座安装于射吸装置外壳的流道的底部，射流喷嘴安装在射流喷嘴座的底部，射流喷嘴位于进液室内；管壁入液喷嘴安装在导流孔内；进液室下方设有喉管，喉管下方设有分散管，钻头喷嘴安装在分散管下方的分流孔内。该钻头通过将自吸粒子冲击发生器应用于钻头内部，并配合优化后的钻头结构，产生带有岩屑粒子的高速流体，从而增强对岩石的冲击，降低压实效应，增强岩屑清洗和利用率，提高破岩效率，从而提高机械钻速。

技术领域：

本发明属于油田钻井设备技术领域，具体涉及一种粒子冲击钻头。

背景技术：

随着油气勘探的不断深入，钻井行业向更深、更复杂的地层迈进，目前深井和超深井硬地层钻井普遍存在速度慢、周期长、成本高等问题。在深井和超深井钻井中，钻井成本可以占到总成本的70%以上，开展高效钻井破岩技术研究势在必行。

20世纪40年代末喷射钻井技术的出现是石油钻井技术的一场革命，使钻井速度上了一个台阶，1955年钻头设计时采用喷嘴组合系统，从此喷射式钻头与钻头水力学应运而生，人们开始意识到钻头水力参数是影响机械钻速的重要因素。2000年初粒子射流冲击钻进技术第一次被提出，随后科研人员开展了一系列相关工作，证实了粒子射流冲击破岩技术具有显著效果。

发明内容：

为了解决上述技术问题，结合钻头水力学和粒子射流冲击破岩理论，设计了一种粒子冲击钻头。该钻头适用于深部硬地层，能够通过粒子冲击提高破岩效率，同时通过冠部剖面结构及喷嘴水力结构，提高井眼清洁效率，并通过粒子射吸装置将环空岩屑吸入钻头从而重复利用达到粒子破岩效果。这种粒子冲击钻头能够有效提高钻井速度，适用于石油工程、采矿工程、岩土工程等领域。

本发明采用的技术方案为：一种粒子冲击钻头，所述粒子冲击钻头包括圆周分布的钻头主体、射吸装置外壳、射流喷嘴座、喷嘴螺丝帽、射流喷嘴、管壁螺丝帽、管壁入液喷嘴和钻头喷嘴；所述钻头主体设置在射吸装置外壳的底部，所述射流喷嘴座安装于射吸装置外壳的流道的底部（流道位于外壳的上部），射流喷嘴座通过喷嘴螺丝帽锁紧固定，所述射流喷嘴安装在射流喷嘴座的底部，射流喷嘴位于进液室内；所述管壁入液喷嘴安装在进液室外部圆周均布的导流孔内，并通过管壁螺丝帽锁紧固定；所述进液室下方设有喉管，喉管下方设有分散管，所述钻头喷嘴安装在分散管下方的分流孔内。

进一步的，所述钻头主体为6刀翼钻头，刀翼上布置有切削齿，在各刀翼之间布置有两组钻头喷嘴，两组钻头喷嘴分别冲蚀钻头中心直线冠部区岩石和圆弧冠部区岩石，每组喷嘴均匀的分布在射吸装置外壳底部圆顶平面上，钻头喷嘴通过螺纹与射吸装置外壳下部圆顶的沉头孔连接。

进一步的，所述刀翼上共设有27个直径为13.44mm的切削齿，其中一组不相邻的3个刀翼上每个刀翼设有6个切削齿，另一组不相邻的3个刀翼上每个刀翼设有3个切削齿。

进一步的，所述管壁入液喷嘴的数量为4个，其通过螺纹安装在导流孔内。

进一步的，所述喉管的上部为锥形，其下部为圆柱形。

进一步的，所述射吸装置外壳为公接头外壳，用以连接钻铤，内部设有文丘里管和安置喷嘴及喷嘴座的空间，外壳上部开有4个圆柱形孔，用以安置管壁入液喷嘴。

进一步的，所述射吸装置外壳上端内部车有螺纹，用以安置射流喷嘴座；射流喷嘴座上车有螺纹，用以安置喷嘴螺丝帽；喷嘴座底部环形空间用以安置射流喷嘴；射吸装置外壳下端车有两组共6个沉头孔，用以安置钻头喷嘴，两组钻头喷嘴分别布置在冠部直线区和圆弧区，用于冲蚀岩石和将岩屑返回环空。