钻头及钻井装置制造方法及图纸

本公开是关于钻头及钻井装置，该钻头包括接头和钻头体；所述接头内设置有水力振荡腔，所述水力振荡腔用于使流入所述水力振荡腔的钻井液在所述水力振荡腔内形成自激振荡效应，产生压力波动，带动所述钻头纵向振动，钻头将高频振动传递给接触的岩石，进而诱发岩石发生共振破坏，辅助钻头破岩；所述钻头体内设置有喷嘴，所述水力振荡腔的出口连通所述喷嘴，所述喷嘴用于将所述水力振荡腔流出的钻井液喷出所述钻头。本技术方案可以提高破岩速度，延长钻具寿命，有利于形成平滑、稳定的井眼，提高钻井效率。

【技术实现步骤摘要】
钻头及钻井装置
本公开涉及钻井破岩工艺领域，尤其涉及钻头及钻井装置。
技术介绍
随着我国油气勘探开发向深部和西部地质复杂条件地区发展，深井钻井速度慢的问题日益突出，对总的建井周期和钻井成本的影响很大。如何提高深井超深井钻井速度，是钻井工程领域迫切需要解决的重大技术难题之一。国外研究与实践表明，如果钻井效率提高一倍，总的钻井费用可以降低约25％，因此，钻井提速对于降低钻井成本、实现效益最大化和科学生产具有重要价值。而钻井提速的关键措施之一就是要提高破岩效率，破岩技术是油气钻井技术的核心内容，破岩效率的高低直接决定着钻井速度和成本，更决定着钻井工程的经济效益。现有的钻井技术是在钻头加水射流的旋转钻井的基础上发展起来的，是当前应用最多、技术最为完善的钻井技术。在深部中硬、硬地层，该钻井方式的钻井效果并不是十分理想，经常发生钻具的严重磨损，井底温度、压力过高，导致钻具容易发生故障等，增加了钻井成本，降低了钻井效率。
技术实现思路
本公开实施例提供一种钻头及钻井装置。所述技术方案如下：根据本公开实施例的第一方面，提供一种钻头，包括接头和钻头体；所述接头内设置有水力振荡腔，所述水力振荡腔用于使流入所述水力振荡腔的钻井液在所述水力振荡腔内形成自激振荡效应，产生压力波动，带动所述钻头纵向高频振动，进而带动岩石发生共振破坏；所述钻头体内设置有喷嘴，所述水力振荡腔的出口连通所述喷嘴，所述喷嘴用于将所述水力振荡腔流出的钻井液喷出所述钻头。在一个实施例中，所述水力振荡腔的壳体可拆卸地固定在所述接头的内腔。在一个实施例中，所述压力波动的波动频率随所述水力振荡腔的压力降的增大而增大。在一个实施例中，所述压力降的范围包括1-7MPa，所述压力波动频率的范围包括300-800Hz。在一个实施例中，所述压力波动的波动幅度的范围包括1-2Mpa。在一个实施例中，所述水力振荡腔包括：头部腔，包括第一入口和第一出口，所述第一出口的截面积小于所述第一入口的截面积；尾部腔，包括第二入口和第二出口，所述第二入口的截面积小于所述第二出口的截面积，所述第二入口的截面积小于等于所述第一入口的截面积；中部腔，位于所述头部腔和所述尾部腔之间，包括左子腔、中子腔和右子腔，所述中子腔的一个侧壁的两端与左子腔的一个侧壁的两端连接，所述中子腔的另一侧壁的两端与右子腔的一个侧壁的两端连接；所述左子腔的另一侧壁的一端连接所述第一出口的侧壁端，另一端通过第一弧面连接至所述第二入口的侧壁端；所述右子腔的另一侧壁的一端连接所述第一出口的侧壁端，另一端通过第二弧面连接至所述第二入口的侧壁端；其中，所述左子腔形状为凹槽型，所述右子腔的形状为与所述左子腔对称的凹槽型，所述中子腔的形状为喇叭型，所述左子腔的出口的截面积小于左子腔腔体的截面积，所述右子腔的出口的截面积小于右子腔腔体的截面积。根据本公开实施例的第二方面，提供一种钻井装置，包括上述的钻头。本实施例提供的钻头在钻井过程中，可以依靠钻井液在该钻头的水力振荡腔内产生的自激振荡效应生成压力波动，该压力波动带动钻头自身纵向高频振动，其振动频率与岩石固有频率接近时，诱发岩石共振，当岩石的整体振动位移达到峰值，会导致岩石强度大幅降低，加速岩石损伤破碎，提高破岩速度；而且采用共振原理进行破岩，钻压、扭矩、钻柱振动和钻头摩阻都会减小，这将导致井下工具磨损和钻柱失效的几率下降，钻头寿命延长，降低钻井成本；而且较为集中的能量和显著降低的钻井时间将有利于形成平滑、稳定的井眼，降低钻井事故；这些都可以提高钻井效率，减少钻井时间，节约成本。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。图1是根据一示例性实施例示出的一种钻头的结构示意图。图2是根据一示例性实施例示出的一种带壳体的水力振荡腔的结构示意图。图3是根据一示例性实施例示出的一种水力振荡腔内的水流情况示意图。图4是根据一示例性实施例示出的一种钻井装置的结构示意图。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。图1是根据一示例性实施例示出的一种钻头的结构示意图，如图1所示，该钻头包括接头11和钻头体12。如图1所示，该接头11内设置有水力振荡腔13，所述水力振荡腔13用于使流入所述水力振荡腔13的钻井液在所述水力振荡腔13内形成自激振荡效应，产生纵向的压力波动，带动所述钻头纵向高频振动，进而带动接触的岩石发生共振破坏，辅助钻头破碎岩石。这里，自激振荡效应是钻井液进入水力振荡腔13后，利用液体的不稳定流动特性以及附壁效应，通过水力振荡腔13的腔体形状改变钻井液的流动方向和流速，形成涡流，与水力振荡腔13的腔壁碰撞，如此产生压力波动。本公开的水力振荡腔产生的压力波动可以带动该钻头纵向高频振动。这里，当该水力振荡腔13的结构尺寸固定时，其产生的压力波动的频率就是固定的，该水力振荡腔13的结构尺寸不同就可以产生不同的压力波动频率。本公开的水力振荡腔13的结构尺寸是针对待破碎的岩石的固有频率来设置的，其产生的压力波动频率与该岩石的固有频率相近。因此，本实施例公开的钻头在钻井过程中，就可以依靠钻井液在该水力振荡腔内产生的自激振荡效应生成压力波动，该压力波动带动钻头自身纵向高频振动，其振动频率与岩石固有频率接近时，诱发岩石共振，共振是指当物体受到外界的干扰而被激励并达到其固有振动频率，物体将以最大振幅进行振动，当岩石的整体振动位移达到峰值，会导致岩石强度大幅降低，加速岩石损伤破碎，提高破岩速度；而且采用共振原理进行破岩，钻压、扭矩、钻柱振动和钻头摩阻都会减小，这将导致井下工具磨损和钻柱失效的几率下降，钻头寿命延长，降低钻井成本；而且较为集中的能量和显著降低的钻井时间将有利于形成平滑、稳定的井眼，降低钻井事故；这些都可以提高钻井效率。如图1所示，所述钻头体12内设置有喷嘴14，该水力振荡腔13的出口连通所述喷嘴14，所述喷嘴14用于将所述水力振荡腔流出的钻井液喷出所述钻头外。这里，在使用该钻头进行破岩时，钻井液可以经过泥浆泵泵入钻柱进而进入钻头的水力振荡腔13中，该水力振荡腔13流出的钻井液流入喷嘴14后被喷出所述钻头外，带动钻出的岩屑返出达到钻柱与井眼之间的环形空间(简称环空)内，出了环空就到达固控设备，经净化处理后就会重新回到泥浆池内，通过泥浆泵重新泵入钻柱，如此实现钻井液的循环使用。在一种可能的实施方式中，所述水力振荡腔13的壳体可拆卸地固定在所述接头的内腔。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻头，其特征在于，包括接头和钻头体；/n所述接头内设置有水力振荡腔，所述水力振荡腔用于使流入所述水力振荡腔的钻井液在所述水力振荡腔内形成自激振荡效应，产生压力波动，带动所述钻头纵向高频振动；/n所述钻头体内设置有喷嘴，所述水力振荡腔的出口连通所述喷嘴，所述喷嘴用于将所述水力振荡腔流出的钻井液喷出所述钻头。/n

【技术特征摘要】
1.一种钻头，其特征在于，包括接头和钻头体；
所述接头内设置有水力振荡腔，所述水力振荡腔用于使流入所述水力振荡腔的钻井液在所述水力振荡腔内形成自激振荡效应，产生压力波动，带动所述钻头纵向高频振动；
所述钻头体内设置有喷嘴，所述水力振荡腔的出口连通所述喷嘴，所述喷嘴用于将所述水力振荡腔流出的钻井液喷出所述钻头。


2.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述水力振荡腔的壳体可拆卸地固定在所述接头的内腔。


3.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述压力波动的波动频率随所述水力振荡腔的压力降的增大而增大。


4.根据权利要求3所述的钻头，其特征在于，所述压力降的范围包括1-7MPa，所述压力波动频率的范围包括300-800Hz。


5.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述压力波动的波动幅度的范围包括1-2Mpa。


6.根据权利要求1至4任一项所述的钻头，其特征在于，所述水力振...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪国栋，汪海阁，武强，崔猛，崔柳，孟昭，赵飞，郭卫红，张佳伟，周翠平，
申请(专利权)人：中国石油集团工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11