内排屑脉冲射流降压钻头制造技术

本实用新型专利技术提供一种内排屑脉冲射流降压钻头，包括，聚晶金刚石复合片PDC钻头主体，PDC钻头主体内部设置有脉冲降压结构、抽屑结构和输送初始钻井液的主流道，PDC钻头底端设置有排屑槽；脉冲降压结构和主流道连通并与主流道反向设置，抽屑结构分别和脉冲降压结构以及排屑槽连通，脉冲降压结构用于使通过主流道的初始钻井液从脉冲降压结构以脉冲形式反向冲出以产生脉冲负压，抽屑结构用于利用脉冲负压将携岩钻井液通过排屑槽吸入PDC钻头主体内部。本实用新型专利技术提供的内排屑脉冲射流降压钻头能够加速携岩钻井液的流动，高效的清洗井底岩屑和岩渣，提高钻井的效率，避免井底压持效应和岩屑重复破碎的问题。

【技术实现步骤摘要】
内排屑脉冲射流降压钻头
本技术涉及钻井工具技术，尤其涉及一种内排屑脉冲射流降压钻头，属于钻井与油气工程

技术介绍
加快非常规油气的勘探开发速度，降低勘探开发成本，对于推进我国非常规油气产业化，实现“非常规油气革命”，缓解我国油气供需矛盾，具有重要的战略意义。钻井速度是影响非常规油气成本的主要因素之一。一口典型的油气井中，接近50％的费用用于机械钻进。据美国的研究与实践表明：如果钻井效率提高一倍，总的钻井费用可以降低约25％。因此，提高机械钻速是降低钻井成本、实现效益最大化的首要追求。降低井底压力并实现井底局部反循环能够有效提高机械钻速，一方面降低井底压差会降低井底待破碎岩石的塑性，并使得井底岩石由塑性向脆性转变，从而降低破碎强度，提高破碎效率；另一方面实现井底局部反循环会减轻或消除井底岩屑的压持效应，促使新产生的岩屑及时脱离井底岩石母体，避免重复破碎。
技术实现思路
针对上述缺陷，本技术提供一种内排屑脉冲射流降压钻头，用来提高钻井的效率。本技术提供一种内排屑脉冲射流降压钻头，包括：聚晶金刚石复合片PDC钻头主体，所述PDC钻头主体内部设置有脉冲降压结构、抽屑结构和输送初始钻井液的主流道，所述PDC钻头主体底端设置有排屑槽；所述脉冲降压结构和所述主流道连通并与所述主流道反向设置，所述抽屑结构分别和所述脉冲降压结构以及所述排屑槽连通，所述脉冲降压结构用于使通过所述主流道的初始钻井液从所述脉冲降压结构以脉冲形式反向冲出以产生脉冲负压，所述抽屑结构用于利用所述脉冲负压将携岩钻井液通过所述排屑槽吸入所述PDC钻头主体内部；所述脉冲降压结构包括反向高速脉冲射流喷嘴以及与所述反向高速脉冲射流喷嘴的出口连通，并沿所述主流道的反方向延伸的脉冲负压输送通道；所述反向高速脉冲射流喷嘴的入口与所述主流道连通；所述主流道顶端为圆形通道，所述主流道的底端为梯形通道；所述PDC钻头主体底端的外侧设置有保径。如上所述的内排屑脉冲射流降压钻头，其中，所述反向高速脉冲射流喷嘴的轴线与所述主流道的轴线之间的夹角为β，0°≤β＜90°。如上所述的内排屑脉冲射流降压钻头，其中，所述抽屑结构包括初始钻井液正向射流喷嘴以及岩屑吸入管；所述初始钻井液正向射流喷嘴的入口与所述主流道的底端连通，所述初始钻井液正向射流喷嘴的出口设置在所述排屑槽的近端，所述岩屑吸入管的入口设置在所述排屑槽的远端，所述岩屑吸入管的出口与所述脉冲负压输送通道连通。如上所述的内排屑脉冲射流降压钻头，其中，所述初始钻井液正向射流喷嘴的轴线与所述主流道的轴线之间具有夹角。如上所述的内排屑脉冲射流降压钻头，其中，所述脉冲负压输送通道由底端至顶端包括依序连通的脉冲负压室、喉管以及旁通管。所述脉冲负压室的第一入口与所述反向高速脉冲射流喷嘴的出口连通；所述脉冲负压室的第二入口与所述岩屑吸入管的出口连通。如上所述的内排屑脉冲射流降压钻头，其中，所述旁通管为两端口径不等的管，其中，大口径端口为所述旁通管的出口，小口径端口为所述旁通管的入口。如上所述的内排屑脉冲射流降压钻头，其中，所述旁通管的出口与钻杆和井壁之间形成的环空连通。如上所述的内排屑脉冲射流降压钻头，其中，所述PDC钻头主体底端沿圆周方向间隔设置有多个PDC刀翼，所述排屑槽设置在所述多个PDC刀翼之间。本技术的实施，至少具有以下优势：1、本技术提供的内排屑脉冲射流降压钻头内部水力结构及流道结构相对简单，易于生产加工；2、本技术提供的内排屑脉冲射流降压钻头能够加速携岩钻井液的流动，高效的清洗井底岩屑和岩渣，提高钻井的效率，避免井底压持效应和岩屑重复破碎的问题；3、抽屑结构基于抽砂泵的原理抽吸井底岩屑和流体，井底岩屑和流体从钻头内部返出，实现井底反循环，降低压持效应；4、脉冲降压结构基于射流泵的原理，减小井底压差，实现欠平衡提高机械钻速；5、保径钻头能够形成的井眼光滑，能有效减小水平井托压。附图说明图1为本技术内排屑脉冲射流降压钻头的剖视图；图2为图1的右视图；图3为本实施例中反向高速脉冲射流喷嘴的剖视图。附图标记说明：1：PDC钻头主体；101：主流道；102：排屑槽；103：保径；104：PDC刀翼；201：反向高速脉冲射流喷嘴；202：脉冲负压输送通道；202a：脉冲负压室；202b：喉管；202c：旁通管；301：初始钻井液正向射流喷嘴；302：岩屑吸入管；A：第一入口；B：第二入口。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。需要说明的是，在本技术中，方位“顶端”指示的是靠近钻杆一端的位置，方位“底端”指的是靠近钻头一端的位置，方位“近端”指的是在钻头底端面的径向方向上靠近钻头中轴线一端的位置，方位“远端”指的是在钻头底端面的径向方向上远离钻头中轴线一端的位置，方向“正向”是指初始钻井液进入的方向，方向“反向”是指将初始钻井液进入方向改变90°-180°的方向。此外，在本技术中，初始钻井液指的是从泥浆泵泵出流至钻杆、未携带有岩屑、岩渣的钻井液；携岩钻井液指的是钻井液经过井底工作面、携带有岩屑、岩渣的钻井液。图1为本技术内排屑脉冲射流降压钻头的剖视图，图2为图1的右视图。请参照图1-图2，本实施例的内排屑脉冲射流降压钻头包括：聚晶金刚石复合片PDC钻头主体1，PDC钻头主体1内部设置有脉冲降压结构、抽屑结构和输送初始钻井液的主流道101，PDC钻头主体1底端设置有排屑槽102；脉冲降压结构和主流道101连通并与主流道101反向设置，抽屑结构分别和脉冲降压结构以及排屑槽102连通，脉冲降压结构用于使通过主流道101的初始钻井液从脉冲降压结构以脉冲形式反向冲出以产生脉冲负压，抽屑结构用于利用脉冲负压将携岩钻井液通过排屑槽102吸入PDC钻头主体1内部。本实施例中的PDC钻头主体1内部开设有用于初始钻井液进入PDC钻头主体1的主流道101，可以想象的是该PDC钻头主体1的顶端是与钻杆(未图示)连接的，并且主流道101的入口是与钻杆的出液口连通的，从而使得钻杆中的初始钻井液经过主流道101的入口进入主流道101。具体地，本实施例中的PDC钻头主体1在使用时与钻杆固定连接在一起，可以是通过螺纹固定连接。本实施例的内排屑脉冲射流降压钻头可以是PDC钻头主体1设置有内螺纹，和钻杆设置的外螺纹配合，实现固定连接；或者，PDC钻头主体1设置有外螺纹，和钻杆设置的内螺纹配合，实现固定连接。当然，PDC钻头主体1和钻杆之间也可以通过焊接等连接方式实现固定连接，本技术不作具体限定。在本实施例中，主流道101的横截面可以是圆形、椭圆形、多边形，或者不规则形状等。为了减小主流道101对初始钻井液的阻力以及增加初始钻井液对井底的清洗力度，本实施例主流道101的主要部分优选圆形通道，主流道101的底端优选为梯形通道。同时，主流道101可以是单独的管道，也可以是通过在PDC钻头主体1内部的一个柱状部件上开设通孔的方式来形成上述主流道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内排屑脉冲射流降压钻头，其特征在于，包括：聚晶金刚石复合片PDC钻头主体，所述PDC钻头主体内部设置有脉冲降压结构、抽屑结构和输送初始钻井液的主流道，所述PDC钻头主体底端设置有排屑槽；所述脉冲降压结构和所述主流道连通并与所述主流道反向设置，所述抽屑结构分别和所述脉冲降压结构以及所述排屑槽连通，所述脉冲降压结构用于使通过所述主流道的初始钻井液从所述脉冲降压结构以脉冲形式反向冲出以产生脉冲负压，所述抽屑结构用于利用所述脉冲负压将携岩钻井液通过所述排屑槽吸入所述PDC钻头主体内部；所述脉冲降压结构包括反向高速脉冲射流喷嘴以及与所述反向高速脉冲射流喷嘴的出口连通，并沿所述主流道的反方向延伸的脉冲负压输送通道；所述反向高速脉冲射流喷嘴的入口与所述主流道连通；所述主流道顶端为圆形通道，所述主流道的底端为梯形通道；所述PDC钻头主体底端的外侧设置有保径。

【技术特征摘要】
1.一种内排屑脉冲射流降压钻头，其特征在于，包括：聚晶金刚石复合片PDC钻头主体，所述PDC钻头主体内部设置有脉冲降压结构、抽屑结构和输送初始钻井液的主流道，所述PDC钻头主体底端设置有排屑槽；所述脉冲降压结构和所述主流道连通并与所述主流道反向设置，所述抽屑结构分别和所述脉冲降压结构以及所述排屑槽连通，所述脉冲降压结构用于使通过所述主流道的初始钻井液从所述脉冲降压结构以脉冲形式反向冲出以产生脉冲负压，所述抽屑结构用于利用所述脉冲负压将携岩钻井液通过所述排屑槽吸入所述PDC钻头主体内部；所述脉冲降压结构包括反向高速脉冲射流喷嘴以及与所述反向高速脉冲射流喷嘴的出口连通，并沿所述主流道的反方向延伸的脉冲负压输送通道；所述反向高速脉冲射流喷嘴的入口与所述主流道连通；所述主流道顶端为圆形通道，所述主流道的底端为梯形通道；所述PDC钻头主体底端的外侧设置有保径。2.根据权利要求1所述的内排屑脉冲射流降压钻头，其特征在于，所述反向高速脉冲射流喷嘴的轴线与所述主流道的轴线之间的夹角为β，0°≤β＜90°。3.根据权利要求2所述的内排屑脉冲射流降压钻头，其特征在于，所述抽屑结构包括初始钻井液正向射流喷嘴以及岩屑吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈绪跃，高德利，杨进，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：新型
国别省市：北京,11