一种水眼流量变化的牙轮钻头制造技术

一种水眼流量变化的牙轮钻头，属于钻井技术领域。该钻头由三瓣牙爪对焊而成，包括水眼、储油腔，所述牙爪间的焊缝上方设有钻杆母扣，其特征是，还设有流量分配装置，所述牙爪间的焊缝交汇处，其顶部为平面结构，该平面结构与钻杆母扣之间设有连接腔室；所述流量分配装置位于连接腔室内，包括盘阀、置于盘阀上方的螺旋桨，螺旋桨通过中心轴安装在盘阀中心位置，盘阀置于焊缝顶部的平面结构处，盘阀上设有可与水眼连通的通孔。本实用新型专利技术结构简单，生产制造容易，通过螺旋桨使盘阀转动，而改变盘阀通孔与水眼的重合面积，即改变每个水眼的流量分配，提高了机械钻速，改善了工作效率，具有广阔的市场空间。

A water flow change cone bit

A water flow cone drill, which belongs to the technical field of drilling. The drill is composed of three flap jaw and butt welding, including water, oil storage cavity, the upper part of the weld between the drill pipe with jaw female buckle, which is characterized in that a flow distribution device, weld the tooth claw between the junction, at the top of the planar structure, the connection chamber is arranged between the plane structure and drill pipe box; the flow distribution device located in the connection chamber, including disc valve, valve disc placed above the propeller, propeller disc valve installed in the center position through the central axis plane structure at the top of the valve disk in the weld, the valve disc is provided with a through hole can be connected with nozzle. The utility model has the advantages of simple structure, easy manufacture, through the propeller disc valve to rotate, and change the overlap area of disc valve through hole and hole, which change the flow distribution of each hole, increase drilling speed, improve work efficiency, and has broad market space.

【技术实现步骤摘要】
一种水眼流量变化的牙轮钻头
本技术涉及一种牙轮钻头的结构，尤其是一种水眼流量变化的牙轮钻头的结构，属于钻井

技术介绍
在石油钻井中，牙轮钻头是一种用量较大的钻头，对于软到中硬地层而言，PDC钻头的机械钻速高于牙轮钻头；而对于灰绿岩等硬地层或砾石层而言，牙轮钻头的机械钻速高于PDC钻头，此外，在打定向井时，一般采用牙轮钻头定向，因此，进一步改善牙轮钻头的性能具有重要的意义。牙轮钻头依靠冲击、挤压和剪切破碎岩石，钻井液通过钻头喷嘴到达井底，将破碎的岩屑平移离开井底，然后进入环空，上返到地面。同时，喷嘴产生的高压射流对于软地层还有一个辅助破岩功能。但是，由于通常情况下泥浆泵的排量不变，所以分配给每个钻头喷嘴的液量也是恒定的，这样在井底形成的流场也基本不变，稳定的流场对于平移岩屑是不利的，会使部分岩屑滞留井底，造成钻头重复破碎，浪费了能量，降低了机械钻速，影响经济益。上世纪90年代，国内使用的牙轮钻头分为两类，有体式和无体式（如图1、2所示），374.7mm以上的钻头既有有体式也有无体式，有体式钻头是将钻头分为三部分，牙轮、牙爪、母接头，将牙爪与牙轮轴及母接头分别焊接在一起；311.2mm以下的钻头均是无体式，无体式是用三瓣牙爪装好牙轮的牙爪焊接在一起，然后加工成公螺纹。使用过程中发现，由于钻头在井下所受的冲击载荷及扭矩较大，有体式钻头经常出现断牙爪和掉牙轮事故，目前有体式钻头已基本淘汰。为了提高钻井速度，人们想了各种办法，研制了诸如扭冲钻井工具及工艺，如自动加压装置、齿轮脉冲发生器、盘阀式脉冲射流装置。盘阀式脉冲射流装置是在使用中取得较好效果的一种装置，但目前仅用于PDC钻头，因为这种装置要求钻头水眼的上端面为一平面，与钻具通过母螺纹连接，母螺纹下面的本体内径大于或等于水眼上端面的直径，这对于PDC钻头是很容易实现的。因为PDC钻头是先加工钻头冠部（冠部是一个整体），然后加工一个短节（短节一端是细牙螺纹，另一端是母螺纹），冠部与短节通过细牙螺纹连接，然后焊接。但牙轮钻头不同，三瓣牙爪牙爪焊接完成后，形成的内腔上小下大，特别是有的钻头内腔上端面是类似于奔驰车标志的三棱体（如图3所示），这种内腔一是太小，流量分配装置放不进去，二是水眼的上端面不是一个平面，外边缘不是一个圆，水眼外边缘中心距较大，储油腔处内壁中心距较小，盘阀无法安放。
技术实现思路
本技术的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种水眼流量变化的牙轮钻头，以提高牙轮钻头的机械钻速。本技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种水眼流量变化的牙轮钻头，该钻头由三瓣牙爪对焊而成，包括水眼、储油腔，所述牙爪间的焊缝上方设有钻杆母扣，其特征是，还设有流量分配装置，所述牙爪间的焊缝交汇处，其顶部为平面结构，该平面结构与钻杆母扣之间设有连接腔室；所述流量分配装置位于连接腔室内，包括盘阀、置于盘阀上方的螺旋桨，螺旋桨通过中心轴安装在盘阀中心位置，盘阀置于焊缝顶部的平面结构处，盘阀上设有可与水眼连通的通孔。所述水眼上端面高于储油腔的上端面，储油腔的上端面低于焊缝顶部的平面结构。所述平面结构为圆形，其直径小于或等于连接腔室的内径。所述平面结构的直径比连接腔室的内径小0-10mm。所述牙爪焊缝交汇处，其顶部经粗磨、敷焊钨钢粉、再精磨形成平面结构，保证上盘阀与其之间的摩擦力尽可能小。所述螺旋桨的桨叶为2片以上。本技术对牙爪的铸件或锻件进行改进，将其上部加长（即增加了连接腔室），外径加大，水眼上移，储油腔适当下移（即水眼上端面高于储油腔的上端面，储油腔的上端面低于焊缝顶部的平面结构，这样可以减少水眼的压耗损失），牙爪对焊完成后，上部加工成母螺纹（钻杆母扣），母螺纹下面的内孔直径（连接腔室的内径）大于或等于水眼上端面（即圆形的平面结构）的直径，使上盘阀可以自由旋转。采用上述结构后，盘阀可顺利放入连接腔室，并在水平结构（即平面结构）上表面自由转动。盘阀上带螺旋桨，通过中心轴将盘阀与螺旋桨连接在一起，当钻井液流过螺旋桨时，螺旋桨带动盘阀转动，从而改变给每个水眼的流量分配（即盘阀通孔与水眼的重合面积随盘阀转动而变化），形成一个脉冲射流，并在井底形成一个不对称的流场，将破碎的岩屑平移离开井底，进入环空，上返的钻井液将其带到地面。同时，变化的流量也会使钻头喷嘴（水眼）产生脉冲式的冲击力，产生辅助破岩的作用，达到提高机械钻速的目的。本技术结构简单，生产制造容易，通过螺旋桨使盘阀转动，而改变盘阀通孔与水眼的重合面积，即改变每个水眼的流量分配，提高了机械钻速，改善了工作效率，具有广阔的市场空间。附图说明图1为现有技术中无体式牙轮钻头的结构示意图；图2为现有技术中有体式牙轮钻头的结构示意图；图3为现有技术中无体式牙轮钻头的结构示意图；图4为本技术的结构示意图；图5为本技术中平面结构的示意图；图中：1牙爪、2水眼、3储油腔、4钻杆母扣、5平面结构、6连接腔室、7盘阀、8螺旋桨、9中心轴、10通孔、11压力补偿膜、12护膜杯、13长油孔、14滚柱、15滚珠、16密封圈、17牙轮。具体实施方式一种水眼流量变化的牙轮钻头，该钻头由三瓣牙爪1对焊而成，包括水眼2、储油腔3、流量分配装置，牙爪间的焊缝上方设有钻杆母扣4。牙爪间的焊缝交汇处，其顶部经粗磨、敷焊钨钢粉、再精磨形成平面结构5，保证上盘阀与其之间的摩擦力尽可能小。该平面结构与钻杆母扣之间设有连接腔室6，该腔室内设用于安装流量分配装置的圆形通孔。流量分配装置位于连接腔室内，包括盘阀7、置于盘阀上方的螺旋桨8（桨叶为2片以上），螺旋桨通过中心轴9安装在盘阀中心位置，盘阀置于焊缝顶部的平面结构处，盘阀上设有可与水眼连通的通孔10。水眼上端面高于储油腔的上端面，储油腔的上端面低于焊缝顶部的平面结构。如图5所示，水眼的顶部（即平面结构处）为圆形结构，连接腔室的内径大于或等于该圆的直径（圆的直径比连接腔室的内径小0-10mm）。如图4所示，以Φ215.9mm的钻头为例，焊接后的牙爪可以加工162～178mm的母螺纹接头（即钻杆母扣外径），内径最大可达Φ90mm，而水眼的外缘直径（即圆形的平面结构）在Φ80～85mm之内，盘阀可顺利放入，自由转动。当液体流过螺旋桨时，螺旋桨旋转，带动上盘阀旋转，从而使得分配给各个水眼的流量不断变化，在井底形成一个紊乱的流场，有效的把破碎的岩屑带走。同时，变化的流量也会使钻头喷嘴产生脉冲式的冲击力，产生辅助破岩的作用，达到提高机械钻速的目的。现场试验表明，PDC钻头装入上述结构后，机械钻速提高25%～47%，牙轮钻头装入上述结构后，也可以大幅度提高了机械钻速。从制造工艺看，只要加工合适的模具，就可以生产出本技术提出的钻头。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水眼流量变化的牙轮钻头，该钻头由三瓣牙爪（1）对焊而成，包括水眼（2）、储油腔（3），所述牙爪间的焊缝上方设有钻杆母扣（4），其特征是，还设有流量分配装置，所述牙爪间的焊缝交汇处，其顶部为平面结构（5），该平面结构与钻杆母扣之间设有连接腔室（6）；所述流量分配装置位于连接腔室内，包括盘阀（7）、置于盘阀上方的螺旋桨（8），螺旋桨通过中心轴（9）安装在盘阀中心位置，盘阀置于焊缝顶部的平面结构处，盘阀上设有可与水眼连通的通孔（10）。

【技术特征摘要】
1.一种水眼流量变化的牙轮钻头，该钻头由三瓣牙爪（1）对焊而成，包括水眼（2）、储油腔（3），所述牙爪间的焊缝上方设有钻杆母扣（4），其特征是，还设有流量分配装置，所述牙爪间的焊缝交汇处，其顶部为平面结构（5），该平面结构与钻杆母扣之间设有连接腔室（6）；所述流量分配装置位于连接腔室内，包括盘阀（7）、置于盘阀上方的螺旋桨（8），螺旋桨通过中心轴（9）安装在盘阀中心位置，盘阀置于焊缝顶部的平面结构处，盘阀上设有可与水眼连通的通孔（10）。2.根据权利要求1所述的一种水眼流量变化的牙轮钻头，其特征是，所述水...

【专利技术属性】
技术研发人员：张逸群，刘亚，刘甘露，陈安明，文平，郑卫良，
申请(专利权)人：扬州大泽石油工程技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32