粒子冲击钻井用三牙轮钻头制造技术

本实用新型专利技术涉及一种粒子冲击钻井用三牙轮钻头，由牙爪、牙轮、牙齿、粒子射流调制喷嘴、接头、钻头体组成，其中粒子射流调制喷嘴采用硬质合金材质，通过钎焊方式与钻头体连接；每个喷嘴出口位置与倾斜角度均不相同，且三个牙轮上牙齿的布置位置也不同，不仅可实现调制出的粒子射流对井底全覆盖，同时可保证粒子射流从牙齿和牙轮的空挡间穿过，避免粒子射流直接冲击牙轮与牙齿，本实用新型专利技术采用粒子射流冲击破岩钻进为主，牙轮与牙齿机械破岩钻进为辅的工作方式，对硬地层与强研磨性地层的钻进效率大大优于现有的牙轮钻头，且在极端情况下，当地面粒子注入系统发生故障时，本实用新型专利技术亦可作为普通的牙轮钻头进行破岩钻进，有效规避作业风险。

【技术实现步骤摘要】
粒子冲击钻井用三牙轮钻头
本技术涉及石油工程钻井
，更具体地说涉及一种粒子冲击钻井用三牙轮钻头。
技术介绍
随着我国浅层油气资源的逐渐枯竭，深层油气资源的开发进程日益加快，深井与超深井钻探过程中，硬地层与强研磨性地层成为制约机械钻速的一个重要因素，以川东北地区的须家河与珍珠冲组为例，牙轮钻头的平均机械钻速仅有0.7~1.34米/小时，硬地层与强研磨性地层的进尺占全井的4%~10%，但钻进用时却占全井钻井周期的25~30%，低钻速、长钻时带来的是钻井周期长、开发成本高的问题，制约着深层油气资源的整体开发效益；与此同时，牙轮钻头在钻速硬地层与强研磨性地层时，牙齿磨损过快、断齿、掉齿的现象也时有发生，钻头寿命过短，例如珍珠冲组平均厚度140米，而牙轮钻头的单只进尺低于20米，更换钻头导致的频繁起下钻也进一步拉低了深层油气资源的开发效益。国外研究表明，粒子冲击钻井技术可大幅度提高硬地层与强研磨性地层的机械钻速，而粒子冲击钻井的最终执行部件为钻头，但现有的牙轮钻头很难应用到粒子冲击钻井工艺中，存在诸多问题需要解决，如，高效密集的粒子射流如何调制、喷嘴形成的粒子射流如何有效覆盖井底、粒子射流如何避免直接冲击牙轮与牙齿等。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本技术提供了一种粒子冲击钻井用三牙轮钻头，本技术旨在于提供一种新型粒子冲击钻井用三牙轮钻头，该钻头以粒子冲击破岩钻进为主，牙轮与牙齿机械破岩钻进为辅，适用于硬地层与强研磨性地层的高效钻进。本技术结构简单，加工制作成本低，使用过程中无需改变钻柱结构，为了解决上述现有技术中存在的问题，本技术是通过下述技术方案实现的：粒子冲击钻井用三牙轮钻头，其特征在于：包括钻头体、接头、一号牙爪、二号牙爪、三号牙爪、一号牙轮、二号牙轮、三号牙轮、一号粒子射流调制喷嘴、二号粒子射流调制喷嘴和三号粒子射流调制喷嘴，所述一号牙轮、二号牙轮和三号牙轮通过轴承机构分别与一号牙爪、二号牙爪和三号牙爪连接组装，一号粒子射流调制喷嘴位于一号牙轮与三号牙轮之间，二号粒子射流调制喷嘴位于一号牙轮与二号牙轮之间，三号粒子射流调制喷嘴位于二号牙轮与三号牙轮之间；所述一号粒子射流调制喷嘴、二号粒子射流调制喷嘴和三号粒子射流调制喷嘴焊接在钻头体上；接头位于钻头体下方用于与井下工具连接；所述一号牙轮、二号牙轮和三号牙轮上均设置有牙齿，所述一号牙轮、二号牙轮和三号牙轮上的牙齿与三个粒子射流调制喷嘴的轴线相适配，使得从三个粒子射流调制喷嘴中调制形成的粒子射流能够穿过三个牙轮及其布置在上面的牙齿。三个粒子射流调制喷嘴的内流道相同，所述内流道包括直柱入口段、锥形收缩段和直柱出口段，直柱出口段的出口直径为d，直柱出口段的长度为3-5d，锥形收缩段的收缩角为13°，长度为5-6d，直柱入口段的入口直径为2-4d，长度为1-2d。所述一号粒子射流调制喷嘴的出口中心距离钻头体轴线的距离为H，二号粒子射流调制喷嘴的出口中心距离钻头体轴线的距离为0.87H，三号粒子射流调制喷嘴的出口中心距离钻头体轴线的距离为1.22H。所述一号粒子射流调制喷嘴的中轴线与钻头体轴线的夹角为α，且一号粒子射流调制喷嘴的中轴线向钻头体内侧倾斜；所述二号粒子射流调制喷嘴的中轴线与钻头体轴线的夹角为2.12α，且二号粒子射流调制喷嘴的中轴线向钻头体内侧倾斜；所述三号粒子射流调制喷嘴的中轴线与钻头体的夹角为0.33α，且三号粒子射流调制喷嘴的中轴线向钻头体外侧倾斜。所述一号粒子射流调制喷嘴的出口位置距离井底的距离为8.5d，二号粒子射流调制喷嘴的出口位置距离井底的距离为7.8d，三号粒子射流调制喷嘴的出口位置距离井底的距离为10d。所述一号粒子射流调制喷嘴、二号粒子射流调制喷嘴和三号粒子射流调制喷嘴均采用硬质合金材质，通过钎焊方式与钻头体连接。所述牙齿的齿形结构可以是球形、尖卵形、勺形、圆锥形和楔形中的任何一种。与现有技术相比，本技术所带来的有益的技术效果表现在：1、与现有技术相比，本技术包括钻头体、接头、一号牙爪、二号牙爪、三号牙爪、一号牙轮、二号牙轮、三号牙轮、一号粒子射流调制喷嘴、二号粒子射流调制喷嘴和三号粒子射流调制喷嘴，结构简单，加工制作成本低，使用过程中无需改变钻柱结构，本专利技术采用粒子射流冲击破岩钻进为主，牙轮与牙齿机械破岩钻进为辅的工作方式，对硬地层与强研磨性地层的钻进效率大大优于现有的牙轮钻头，且在极端情况下，当地面粒子注入系统发生故障时，本专利技术亦可作为普通的牙轮钻头进行破岩钻进，有效规避作业风险。2、本技术三个粒子射流调制喷嘴的内流道相同，所述内流道包括直柱入口段、锥形收缩段和直柱出口段，可以有效为粒子射流调制喷嘴调制形成的粒子射流具有较高的密集性且减低喷嘴的加工难度。同时本技术中三个粒子射流调制喷嘴的布置方式，可以有效地实现三个粒子射流调制喷嘴形成的粒子射流能够对井底实现全覆盖，同时避免直接冲击牙轮与牙齿。附图说明图1为本技术俯视结构示意图；图2为本技术侧视结构示意图；图3为本技术拆掉牙轮后的俯视结构示意图；图4为本技术拆掉牙轮后的侧视结构示意图；图5为本技术粒子射流调制喷嘴结构示意图；附图标记：1、一号牙轮，2、二号牙轮，3、三号牙轮，4、一号粒子射流调制喷嘴，5、二号粒子射流调制喷嘴，6、三号粒子射流调制喷嘴，7、牙齿，8、钻头体，9、接头，10、一号牙爪，11、二号牙爪，12、三号牙爪，6-1、直柱出口段，6-2、锥形收缩段，6-3、直柱入口段。具体实施方式实施例1作为本技术一较佳实施例，参照说明书附图1-4，本实施例公开了：粒子冲击钻井用三牙轮钻头，包括钻头体8、接头9、一号牙爪10、二号牙爪11、三号牙爪12、一号牙轮1、二号牙轮2、三号牙轮3、一号粒子射流调制喷嘴4、二号粒子射流调制喷嘴5和三号粒子射流调制喷嘴6，所述一号牙轮1、二号牙轮2和三号牙轮3通过轴承机构分别与一号牙爪10、二号牙爪11和三号牙爪12连接组装，一号粒子射流调制喷嘴4位于一号牙轮1与三号牙轮3之间，二号粒子射流调制喷嘴5位于一号牙轮1与二号牙轮2之间，三号粒子射流调制喷嘴6位于二号牙轮2与三号牙轮3之间；所述一号粒子射流调制喷嘴4、二号粒子射流调制喷嘴5和三号粒子射流调制喷嘴6焊接在钻头体8上；接头9位于钻头体8下方用于与井下工具连接；所述一号牙轮1、二号牙轮2和三号牙轮3上均设置有牙齿7，所述一号牙轮1、二号牙轮2和三号牙轮3上的牙齿7与三个粒子射流调制喷嘴的轴线相适配，使得从三个粒子射流调制喷嘴中调制形成的粒子射流能够穿过三个牙轮及其布置在上面的牙齿7。实施例2作为本技术又一较佳实施例，参照说明书附图1-5，本实施例公开了：粒子冲击钻井用三牙轮钻头，包括钻头体8、接头9、一号牙爪10、二号牙爪11、三号牙爪12、一号牙轮1、二号牙轮2、三号牙轮3、一号粒子射流调制喷嘴4、二号粒子射流调制喷嘴5和三号粒子射流调制喷嘴6，所述一号牙轮1、二号牙轮2和三号牙轮3通过轴承机构分别与一号牙爪10、二号牙爪11和三号牙爪12连接组装，一号粒子射流调制喷嘴4位于一号牙轮1与三号牙轮3之间，二号粒子射流调制喷嘴5位于一号牙轮1与二号牙轮2之间，三号粒子射流调制喷嘴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.粒子冲击钻井用三牙轮钻头，其特征在于：包括钻头体（8）、接头（9）、一号牙爪（10）、二号牙爪（11）、三号牙爪（12）、一号牙轮（1）、二号牙轮（2）、三号牙轮（3）、一号粒子射流调制喷嘴（4）、二号粒子射流调制喷嘴（5）和三号粒子射流调制喷嘴（6），所述一号牙轮（1）、二号牙轮（2）和三号牙轮（3）通过轴承机构分别与一号牙爪（10）、二号牙爪（11）和三号牙爪（12）连接组装，一号粒子射流调制喷嘴（4）位于一号牙轮（1）与三号牙轮（3）之间，二号粒子射流调制喷嘴（5）位于一号牙轮（1）与二号牙轮（2）之间，三号粒子射流调制喷嘴（6）位于二号牙轮（2）与三号牙轮（3）之间；所述一号粒子射流调制喷嘴（4）、二号粒子射流调制喷嘴（5）和三号粒子射流调制喷嘴（6）焊接在钻头体（8）上；接头（9）位于钻头体（8）下方用于与井下工具连接；所述一号牙轮（1）、二号牙轮（2）和三号牙轮（3）上均设置有牙齿（7），所述一号牙轮（1）、二号牙轮（2）和三号牙轮（3）上的牙齿（7）与三个粒子射流调制喷嘴的轴线相适配，使得从三个粒子射流调制喷嘴中调制形成的粒子射流能够穿过三个牙轮及其布置在上面的牙齿（7）。...

【技术特征摘要】
1.粒子冲击钻井用三牙轮钻头，其特征在于：包括钻头体（8）、接头（9）、一号牙爪（10）、二号牙爪（11）、三号牙爪（12）、一号牙轮（1）、二号牙轮（2）、三号牙轮（3）、一号粒子射流调制喷嘴（4）、二号粒子射流调制喷嘴（5）和三号粒子射流调制喷嘴（6），所述一号牙轮（1）、二号牙轮（2）和三号牙轮（3）通过轴承机构分别与一号牙爪（10）、二号牙爪（11）和三号牙爪（12）连接组装，一号粒子射流调制喷嘴（4）位于一号牙轮（1）与三号牙轮（3）之间，二号粒子射流调制喷嘴（5）位于一号牙轮（1）与二号牙轮（2）之间，三号粒子射流调制喷嘴（6）位于二号牙轮（2）与三号牙轮（3）之间；所述一号粒子射流调制喷嘴（4）、二号粒子射流调制喷嘴（5）和三号粒子射流调制喷嘴（6）焊接在钻头体（8）上；接头（9）位于钻头体（8）下方用于与井下工具连接；所述一号牙轮（1）、二号牙轮（2）和三号牙轮（3）上均设置有牙齿（7），所述一号牙轮（1）、二号牙轮（2）和三号牙轮（3）上的牙齿（7）与三个粒子射流调制喷嘴的轴线相适配，使得从三个粒子射流调制喷嘴中调制形成的粒子射流能够穿过三个牙轮及其布置在上面的牙齿（7）。2.如权利要求1所述的粒子冲击钻井用三牙轮钻头，其特征在于：三个粒子射流调制喷嘴的内流道相同，所述内流道包括直柱入口段（6-3）、锥形收缩段（6-2）和直柱出口段（6-1），直柱出口段（6-1）的出口直径为d，直柱出口段（6-1）的长度为3-5d，锥形收缩段（6-2）的收缩角为13°，长度为5-6d，直柱入口段（6-3）的入口直径为2-4d...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩烈祥，张治发，张帆，乔李华，万夫磊，张果，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，中国石油天然气集团公司，
类型：新型
国别省市：四川,51