振荡水射流扩孔钻具制造技术

本实用新型专利技术公开了一种振荡水射流扩孔钻具，属于钻探技术领域，提供一种孔底扩孔用钻具，用以解决现有锤击跟管、爆破跟管、伸缩式钻具扩孔跟管等套管护壁方式所存在的问题，以提供一种操作简单，扩孔效果好的新型振荡水射流扩孔钻具，更有利于套管护壁的施工。所述扩孔钻具，包括依次连接的连接头、储压段和钻头体，在连接头、储压段和钻头体内具有连通的导流道，在钻头体的周向设置有射流喷嘴，在射流喷嘴内具有射流道，射流道的一端与导流道连通，射流道的另一端从钻头体的周向表面穿出；沿射流方向，射流道的内径至少设置有一级阶梯收缩结构。本实用新型专利技术通过采用振荡射流技术设计而成的扩孔钻具，利用高速振荡流体进行切削，可提供更高的瞬时冲击力。

【技术实现步骤摘要】
振荡水射流扩孔钻具
本技术涉及钻探
，具体涉及一种振荡水射流扩孔钻具。
技术介绍
套管护壁是目前工程勘察钻探中处理复杂地层中孔壁垮塌的重要手段，套管护壁目前的主要方法有锤击跟管、爆破跟管、伸缩式钻具扩孔跟管等方式。在复杂地层中，钻进一定孔段，取芯后孔壁稳定完整，为防止钻进下部孔段过程中，因起下钻或因钻具高速回转导致已成孔孔段孔壁失去稳定，采用下入套管隔离保护孔壁。该方法护壁的前提是钻孔形成后在一定时间内，孔壁保持稳定，否则无法下套管。缺点是套管一旦下入后只能保持上一段孔壁的稳定，下一段钻孔出现了新的孔壁需要套管护壁时只能再下小一径的套管。因此，该种方式中相同口径的套管护壁孔段长度十分有限。在复杂地层下管护壁效果差或根本无效的情况下，“先采用锤击跟管，再进行钻具取芯钻进”或者“小一径钻具超前取芯、锤击跟管”实现护壁。该护壁技术在淤泥层、砾石层、砂层等松散覆盖层中应用效果良好。跟进套管时的下行力取决于套管底部阻力、套管的重力、锤击的冲击力、套管与孔壁之间的摩擦阻力等，另外跟管时锤击力的传递还受套管强度、套管长度的限制，因此单径套管跟入深度有限，一般不超过10m，通常用于深度不超过40m的浅部松散地层中。在含有大量漂石、孤石地层中跟进套管，往往孤石、漂石横亘在套管底部，增大阻力，锤击跟管无法进行时，运用爆破工程技术在钻孔中炸开孤石、漂石，孔内爆破减小漂(块)石直径，降低套管底部阻力，再采用锤击跟管，实现爆破跟管护壁。该技术于上世纪六十至七十年代出现，在西南地区大江大河水电钻探中有广泛应用，近年来其他勘探队伍在该地区钻探亦广泛采用，在水文地质勘察及路桥勘察中，也有勘察队伍使用。但该技术对作业的各个环节技术要求精细，操作稍有不当，容易造成孔内事故或伤及操作者，影响效率；并且，该技术需要民爆物品，受到较大限制。近年来，有的单位研发出伸缩式扩孔器，利用机械原理，实现切削具的伸张和收缩，在不同口径套管底部伸出切削具，通过回转和压力作用下刻取套管底部的地层，实现同步扩孔跟管护壁。但是该技术仍然存在以下缺点：1、切削具承受的轴向压力较小，因而扩孔速度较低，一般在0.4m/h左右；2、受加工工艺限制，切削具的胎体厚度有限，因此单副切削具的寿命较短；3、实现伸张与收缩状态是在孔底进行，难于检测，而且有时难以达到理想的效果。
技术实现思路
本技术解决的技术问题是：上述现有锤击跟管、爆破跟管、伸缩式钻具扩孔跟管等套管护壁方式所存在的问题，以提供一种操作简单，扩孔效果好的新型振荡水射流扩孔钻具，更有利于套管护壁的施工。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：振荡水射流扩孔钻具，包括依次连接的连接头、储压段和钻头体，在连接头、储压段和钻头体内具有连通的导流道，在钻头体的周向设置有射流喷嘴，在射流喷嘴内具有射流道，射流道的一端与导流道连通，射流道的另一端从钻头体的周向表面穿出；沿射流方向，射流道的内径至少设置有一级阶梯收缩结构。进一步的是：沿射流方向，射流道的第一级阶梯收缩由内径D1缩小为内径D2；当流体从内径D1与内径D2之间的断面流过时，产生第一次自激振荡，该自激振荡的频率为f1，射流道固有频率为f0，设置f1＝f0。进一步的是：沿射流方向，射流道设置有两级阶梯收缩结构，射流道的第二级阶梯收缩由内径D2缩小为内径d。进一步的是：D1/d＝4。进一步的是：所述连接头为异径接头。进一步的是：连接头、储压段和钻头体之间依次通过螺纹连接。进一步的是：位于储压段内的导流道为储压室。进一步的是：在钻头体的周向间隔均匀地设置有多个射流喷嘴。进一步的是：射流道的射流方向为倾斜向下设置。进一步的是：还包括钻杆和导向杆，所述钻杆与连接头相连，所述导向杆与钻头体相连。本技术的有益效果是：本技术通过采用振荡射流技术设计而成的扩孔钻具，利用高速振荡流体进行切削，有效地解决了孤(漂)石锤击跟管的阻力大、爆破跟管难于采购使用民爆物品且操作危险性高、伸缩式钻具扩孔跟管切削具寿命短及控制难等套管护壁方式的缺陷，采用一种全新的孔底扩孔跟管钻具以实现套管护壁施工，其具有操作简单、安全可靠、高效施工等优势；尤其适用于复杂地层(如深厚覆盖层)的套管护壁钻进施工中。附图说明图1为本技术所述的振荡水射流扩孔钻具的剖视图；图2为射流喷嘴的剖视图：图中标记为：连接头1、储压段2、钻头体3、导流道4、射流喷嘴5、射流道6、储压室7、射流道第一管段内径D1、射流道第二管段内径D2、射流道第三管段内径d、射流道激振段长度L。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术进一步说明。如图1中所示，本技术所述的振荡水射流扩孔钻具，其包括依次连接的连接头1、储压段2和钻头体3，在连接头1、储压段2和钻头体3内具有连通的导流道4，在钻头体3的周向设置有射流喷嘴5，在射流喷嘴5内具有射流道6，射流道6的一端与导流道4连通，射流道6的另一端从钻头体3的周向表面穿出；沿射流方向，射流道6的内径至少设置有一级阶梯收缩结构。其中，在使用时需要通过连接头1将本技术所述的振荡水射流扩孔钻具整体安装到相应的钻杆上，并通过钻杆及配套的高压流体供给设备供给高压流体。另外，也可在钻头体3的下端延伸地连接有导向杆。更具体的，为了便于连接头1与相应钻杆的连接，连接头1一般采用异径接头。使用时，喷射流体由高压流体供给设备供给，如有高压水泵供给高压水流；高压流体经钻杆以及连接头1、储压段2和钻头体3内的导流道4后进入射流喷嘴5并从射流喷嘴5喷出，借助流体的喷射力作用实现扩孔的目的。更具体的，为了产生振荡射流，沿射流方向，射流道6的内径至少设置有一级阶梯收缩结构。如参照附图2中所示的具体结构中设置有两级阶梯收缩结构，即沿射流方向，射流道6的第一级阶梯收缩由内径D1缩小为内径D2，射流道的第二级阶梯收缩由内径D2缩小为内径d。流体在流经第一级阶梯收缩断面位置时，过流断面的直径由D1收缩为D2，此时由于过流断面的收缩，将使流体产生第一次自激振荡，进而提高从射流喷嘴5喷射出的流体的冲击作用，最终提高其扩孔效果。更具体的，本技术中优选满足如下要求：当流体从内径D1与内径D2之间的断面流过时，其会产生第一次自激振荡，设该自激振荡的频率为f1，设射流道6固有频率为f0，优选设置f1＝f0。通过上述对相应频率的设定，当流体在经过第一级阶梯收缩的断面位置后，其产生频率为f1的第一次自激振荡，之后在下游的射流道激振段内，经过长度L的管道范围时由于流体的第一次自激振荡频率f1与射流道固有频率f0相同，因此将产生共振作用，进而可使得流体的振荡效果得到有效地放大，以提高其最终喷出时的冲击作用效果。更优选的，沿射流方向，射流道6设置有两级阶梯收缩结构，其中第一级阶梯收缩由内径D1缩小为内径D2，射流道的第二级阶梯收缩由内径D2缩小为内径d；这样，流体经过第一级阶梯收缩断面位置后将产生第一次自激振荡，然后再经过下游的射流道激振段，产生振荡叠加，使得振荡作用被放大。之后，再通过第二级阶梯收缩断面时形成第二次自激振荡，设其频率为f2，当f2适宜时，对流入第二阶梯的高压水流的振荡进一步加强，可提高喷射流体的瞬间冲击强度；另外，第二次自激振荡还会反馈到射流道激振段的管路内并产生扰动，进而产生反馈压力振本文档来自技高网...

【技术保护点】
振荡水射流扩孔钻具，其特征在于：包括依次连接的连接头(1)、储压段(2)和钻头体(3)，在连接头(1)、储压段(2)和钻头体(3)内具有连通的导流道(4)，在钻头体(3)的周向设置有射流喷嘴(5)，在射流喷嘴(5)内具有射流道(6)，射流道(6)的一端与导流道(4)连通，射流道(6)的另一端从钻头体(3)的周向表面穿出；沿射流方向，射流道(6)的内径至少设置有一级阶梯收缩结构。

【技术特征摘要】
1.振荡水射流扩孔钻具，其特征在于：包括依次连接的连接头(1)、储压段(2)和钻头体(3)，在连接头(1)、储压段(2)和钻头体(3)内具有连通的导流道(4)，在钻头体(3)的周向设置有射流喷嘴(5)，在射流喷嘴(5)内具有射流道(6)，射流道(6)的一端与导流道(4)连通，射流道(6)的另一端从钻头体(3)的周向表面穿出；沿射流方向，射流道(6)的内径至少设置有一级阶梯收缩结构。2.如权利要求1所述的振荡水射流扩孔钻具，其特征在于：沿射流方向，射流道(6)的第一级阶梯收缩由内径D1缩小为内径D2；当流体从内径D1与内径D2之间的断面流过时，产生第一次自激振荡，该自激振荡的频率为f1，射流道(6)固有频率为f0，设置f1＝f0。3.如权利要求2所述的振荡水射流扩孔钻具，其特征在于：沿射流方向，射流道(6)设置有两级阶梯收缩结构，射流道(6)...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐键，张光西，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51