本发明专利技术涉及一种井下脉冲射流钻头装置，双母套筒、钻头接头与钻头本体依次旋接，钻头本体的上端设有钻头水腔，钻头水腔的底壁上分布有多个钻头水眼，各钻头水眼以轴线为中心均匀分布，各钻头水眼分别向下延伸且分别与钻头本体下端面的喷孔相通；双母套筒和钻头接头的中心设有与钻头水腔相通的中心水道，钻头水腔的底壁上安装有静阀盘，静阀盘上设有静阀盘水孔，各静阀盘水孔与钻头水眼的孔径相同且分别与钻头水眼一一对应贯通，静阀盘的上方覆盖有可绕轴线转动的动阀盘，动阀盘上设有至少一个动阀盘水孔，动阀盘水孔与静阀盘水孔的孔径相同且与静阀盘水孔位于同一个圆周上。该钻头装置可以提高清洗井底的效果和水力破岩的能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及一种钻井用钻头，特别设及一种井下脉冲射流钻头装置，属于石油天 然气钻井设备
技术介绍
在石油天然气钻井过程中，喷射钻井技术是通过在钻头喷嘴处产生高速射流的方 式进行井底岩屑的清洗和辅助机械破岩，W达到提高机械钻速的目的。现有的井下钻头装 置包括共轴线的双母套筒、钻头接头和钻头本体，双母套筒的下端与钻头接头的上端相旋 接，钻头接头的下端与钻头本体的上端相旋接，钻头本体的下端安装有刀翼，钻头本体的上 端设有沿轴线向下延伸的钻头水腔，钻头水腔的底壁上分布有多个钻头水眼，各钻头水眼 W轴线为中屯、均匀分布在同一个圆周上，各钻头水眼分别向下延伸且分别与钻头本体下端 面的喷孔相通，各喷孔中分别安装有喷嘴；双母套筒和钻头接头的中屯、设有与钻头水腔相 通的中屯、水道。工作时，钻柱驱动双母套筒、钻头接头和钻头本体旋转，钻头本体上的刀翼 切削岩石，同时地面机累将钻井液累入井下，钻井液从钻柱、双母套筒和钻头接头的中屯、流 道到达钻头本体的钻头水腔，再从钻头水眼进入喷嘴喷出，对井底岩屑进行清洗。常规PDC钻头（即F*olycrystallineDiamondCompactbit聚晶金刚石复合片钻 头）与普通喷嘴组合，钻井液通过钻具内水眼、钻头内腔，从喷嘴流出，由于流体没有经过扰 动，在井底产连续射流，运种连续射流虽然在一定程度上有助于水力破岩和清洗井底，但由 于连续射流会在井底形成持续的正压力，对井底岩屑产生压持效应，不利于岩屑的即时清 洗，易造成岩屑的重复切削，降低机械钻速。连续射流的射流冲击力和液柱的静压力会增加 井底岩石的围压，使岩石的塑性增强，不利于岩石的破碎。随着井深的增加和地面机累条件 的限制，钻头喷嘴处射流喷射速度会逐渐减小，严重降低了射流清岩和辅助破岩的效率，从 而影响机械钻速。同时，传统的钻井作业中，钻井液为均匀的连续射流，存在水力能量分配 和利用效率低等问题。 经过科学研究和生产实践证明：脉冲射流作为一种改变井底流场的射流方式与连 续射流在射流清岩和辅助破岩机理方面存在差异，脉冲射流具有更好的辅助破岩和清岩效 果。合理的射流脉冲压力的变化不仅能够起到良好的井底清洗效果，还可能达到辅助破岩 甚至直接水力破岩的目的。目前，可进行钻井应用的脉冲射流钻井技术主要通过在钻头和 钻柱中间安装脉冲接头或在钻头水眼末端安装脉冲喷嘴来实现脉冲。 阳〇化]脉冲接头结构相对复杂，安全可靠性差；接头中脉冲发生装置的能量由钻井液提 供，脉冲发生装置将钻井液的动能转化为流体的脉冲能量，连续流体流经脉冲接头时会产 生相对较高的压力损耗，从而增加地面机累的工作压力；而且脉冲射流发生的位置距离钻 头喷嘴至少0. 5m左右，脉冲接头产生的脉冲射流不能直接作用于井底，脉冲射流经过钻头 流道后实际作用于井底的脉冲效果会削弱。 脉冲喷嘴虽然能够将连续流体调整成脉冲流体，但脉冲效果相对较低。由于钻头 水眼孔径通常只有18mm，脉冲喷嘴的设计受到钻头水眼孔径及自身强度要求的限制，产生 的空化效果达不到最大化，随着井深的增加，井底围压增加，也会削弱脉冲喷嘴的脉冲效 果，使得水力破岩和清洁井底的效果被削弱，提高机械钻速的程度也受到限制。W上的脉冲射流工具为被动式结构，脉冲效果主要由钻井液流量和脉冲射流工具 的内部结构决定，而脉冲射流工具的内部结构通常是固定的，无法根据现场情况及时进行 改变。寻找新的脉冲射流产生方法和脉冲射流作用方式，对于提高机械钻速，缩短油气勘探 周期，降低油气钻井成本具有非常重要的意义。主动产生脉冲的装置需要外部提供动力，而 钻头位于数千米井下，从地面向井下输送动力不太现实，也很不可靠，脉冲装置的控制也十 分困难。
技术实现思路
[000引本专利技术的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种井下脉冲射流钻头装 置，可W提高清洗井底的效果和水力破岩的能力。 为解决W上技术问题，本专利技术的一种井下脉冲射流钻头装置，包括共轴线的双母 套筒、钻头接头和钻头本体，所述双母套筒的下端与所述钻头接头的上端相旋接，所述钻头 接头的下端与所述钻头本体的上端相旋接，所述钻头本体的下端安装有刀翼，所述钻头本 体的上端设有沿轴线向下延伸的钻头水腔，所述钻头水腔的底壁上分布有多个钻头水眼， 各钻头水眼W轴线为中屯、均匀分布在同一个圆周上，各钻头水眼分别向下延伸且分别与钻 头本体下端面的喷孔相通；所述双母套筒和所述钻头接头的中屯、设有与所述钻头水腔相通 的中屯、水道，所述钻头水腔的底壁上安装有静阀盘，所述静阀盘上设有静阀盘水孔，各所述 静阀盘水孔与所述钻头水眼的孔径相同且分别与所述钻头水眼一一对应贯通，所述静阀盘 的上方覆盖有可绕轴线转动的动阀盘，所述动阀盘上设有至少一个动阀盘水孔，所述动阀 盘水孔与所述静阀盘水孔的孔径相同且与静阀盘水孔位于同一个圆周上。 相对于现有技术，本专利技术取得了W下有益效果：山当钻井液通过上部的钻柱、双母 套筒和钻头接头到达钻头本体的钻头水腔时，被动阀盘阻挡；由于静阀盘固定不动，当动阀 盘转动时，动阀盘上的动阀盘水孔和静阀盘上的静阀盘水孔出现周期性的贯通或关闭。口） 当动阀盘水孔和静阀盘水孔的重合度高时，钻井液流经静阀盘水孔进入钻头水眼的流量 大，从钻头喷嘴喷出的射流速度高、冲击力大，射流对井底的清洗效果好。樹当动阀盘水孔 和静阀盘水孔的重合度低时，钻井液流经静阀盘水孔进入钻头水眼的流量小，从钻头喷嘴 喷出的射流速度低、冲击力小，射流对井底的清洗效果差。（4)随着动阀盘的旋转，钻井液被 周期性分配到不同的钻头水眼中，形成脉冲射流直接作用于井底；一方面提高清岩破岩能 力，另一方面在钻头附近形成低压区，减少环空液柱对井底岩石的压持效应，提高机械钻 速。脚当只有一只动阀盘水孔和静阀盘水孔完全重合，其余均不通时，钻头水腔全截面上 钻井液的能量全部集中于某一只钻头水眼中，从该钻头喷嘴喷出的射流速度最高、冲击力 极大；动阀盘旋转一周，则每个喷嘴轮流喷出最强劲的射流且轮流关闭，达到最佳的脉冲效 果。做不必改造昂贵的PDC钻头本体，动阀盘和静阀盘结构简单，加工成本低，制造周期短， 适应性好，可W根据现场要求的不同排量，改变动阀盘水孔的孔径和个数，调整脉冲射流参 数，使脉冲效果达到最优。仍简化了钻具组合并减小了脉冲射流发生位置与喷嘴间的距离， 一方面降低了钻具安全风险，另一方面使脉冲射流作用得到强化，进一步提高机械钻速，缩 短钻井周期，提高油气勘探开发的效率。 作为本专利技术的优选方案，所述动阀盘的中屯、固定在传动轴的下端，所述传动轴的 上端沿轴线向上延伸至所述双母套筒的中屯、水道中，所述传动轴的上端头设有螺纹且安装 有奖叶，所述奖叶的上下两端分别旋接有奖叶锁紧螺母将当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种井下脉冲射流钻头装置，包括共轴线的双母套筒、钻头接头和钻头本体，所述双母套筒的下端与所述钻头接头的上端相旋接，所述钻头接头的下端与所述钻头本体的上端相旋接，所述钻头本体的下端安装有刀翼，所述钻头本体的上端设有沿轴线向下延伸的钻头水腔，所述钻头水腔的底壁上分布有多个钻头水眼，各钻头水眼以轴线为中心均匀分布在同一个圆周上，各钻头水眼分别向下延伸且分别与钻头本体下端面的喷孔相通；所述双母套筒和所述钻头接头的中心设有与所述钻头水腔相通的中心水道，其特征在于：所述钻头水腔的底壁上安装有静阀盘，所述静阀盘上设有静阀盘水孔，各所述静阀盘水孔与所述钻头水眼的孔径相同且分别与所述钻头水眼一一对应贯通，所述静阀盘的上方覆盖有可绕轴线转动的动阀盘，所述动阀盘上设有至少一个动阀盘水孔，所述动阀盘水孔与所述静阀盘水孔的孔径相同且与静阀盘水孔位于同一个圆周上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邵冬冬，刘亚，吴波，李玉萍，陈小元，曹俊，王委，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化江苏石油工程有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。