【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水下钻井设备，具体地涉及一种海洋深水喷射pdc钻头。在此基础上，本专利技术还涉及一种包括该海洋深水喷射pdc钻头的喷射管柱和利用该海洋深水喷射pdc钻头向下钻进的深水钻井方法。
技术介绍
1、喷射法安装表层导管工艺是目前深水钻井过程中下导管的主要方式。如下图1所示为喷射下导管的示意图，其具体过程如下：利用专用的送入工具600将喷射钻头及钻井管柱与表层导管300连接在一起形成喷射管柱，喷射钻头的径向尺寸小于表层导管300的内径，利用喷射钻头的射流冲击力破坏海底土而形成井眼，依靠喷射管柱自身的重量将表层导管300下入到位于海水500下方的水下地层400的设计深度，依靠表层导管外表面与海底土摩擦力而支撑在海底土中。表层导管下入到设计深度后，需要静止等候一定时间，待表层导管外表面与海底浅层土的黏附力恢复到一定程度，其间产生的摩擦力能够支撑住表层导管及井口载荷，然后解脱送入工具再继续进行二开钻进作业，当二开钻进到设计深度，再起钻起出所有送入管柱及工具，实现一趟钻完成两开井眼的高效作业。
2、目前，在深水钻井工程中使用的喷射钻头通常为超大型的牙轮钻头。但牙轮钻头的造价高，其由切削结构、轴承结构、锁紧元件和储油密封装置等二十多种零部件组成，在钻井过程中容易出现因轴承损坏导致的单侧磨损等情况。同时，在深水表层这种软地层作业环境下，牙轮钻头的牙轮牙齿表现为抓地能力不足，导致出现钻头的机械钻速下降的情况。而在海洋深水钻井过程中，时间成本高昂，因此，缩短钻井周期时长、保证下导管的效率至关重要。
技
1、本专利技术的目的是为了克服目前深水钻井工程中喷射下导管的牙轮喷射钻头存在的轴承结构易磨损、在软地层时抓地能力不足、二开钻井时机械钻速低和表层导管下入深度浅的问题，提供一种适于海洋深水钻井的pdc钻头，以解决牙轮钻头在喷射钻井过程中存在的上述问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种海洋深水喷射pdc钻头，包括钻头基体、沿周向分布于该钻头基体上的多个切削刀翼以及镶嵌于该切削刀翼上的多个pdc切削齿，所述钻头基体内形成有分别连通至主流道的上部喷嘴流道和多个下部喷嘴流道，所述上部喷嘴流道具有朝向所述钻头基体的端部开口并用于安装上部喷嘴的上部喷嘴流道出口，各个所述下部喷嘴流道分别具有在所述钻头基体的保径处朝向该钻头基体的周壁外侧开口并用于安装下部喷嘴的下部喷嘴流道出口，该下部喷嘴能够被安装为其射流方向相对所述钻头基体的径向向钻进方向倾斜，并相对所述钻头基体的中心线具有夹角，以能够在钻进方向斜向外喷射钻井液。
3、优选地，所述上部喷嘴安装为能够从所述钻头基体的端部中心向外喷射第一喷射流体，以冲击井底中心的岩土并形成位于该海洋深水喷射pdc钻头下方的领眼；所述下部喷嘴安装为能够从所述钻头基体的保径处向外喷射第二喷射流体，以冲击井底的环绕所述领眼的领眼周壁。
4、优选地，所述钻头基体内还形成有位于所述主流道和所述上部喷嘴流道之间的储液腔，该储液腔通过在所述钻头基体的中心线上延伸的中心副流道连通至所述主流道，所述主流道依次通过该中心副流道和所述储液腔连通至所述上部喷嘴流道。
5、优选地，所述中心副流道与各个所述下部喷嘴流道具有彼此相等的通流截面积。
6、优选地，沿所述钻头基体的周向，多个所述下部喷嘴流道出口的开口方向与所述钻头基体的中心线之间的夹角依次递增或递减。
7、优选地，该海洋深水喷射pdc钻头包括用于连接至钻头接头的钻头连接部，该钻头连接部形成有外螺纹，所述主流道至少部分地形成于该钻头连接部中。
8、优选地，沿所述钻头基体的周向，多个所述切削刀翼在所述钻头基体的端部上的延伸长度依次递增或递减。
9、优选地，所述钻头基体形成有位于相邻所述切削刀翼之间并在纵向贯穿延伸的内部排屑槽，并具有分隔该内部排屑槽与所述钻头基体的径向外侧空间的周向分隔壁。
10、优选地，所述钻头基体具有分别与所述切削刀翼设置于相同纵向平面内的多个径向分隔壁，以由该径向分隔壁和所述周向分隔壁限定形成所述内部排屑槽，所述下部喷嘴流道至少部分地形成在所述径向分隔壁中。
11、本专利技术的第二方面提供一种喷射管柱，包括表层导管、穿过该表层导管延伸的钻井管柱以及连接至该钻井管柱底端的上述海洋深水喷射pdc钻头，该海洋深水喷射pdc钻头设置为能够由所述下部喷嘴向位于所述表层导管下方的井壁喷射钻井液。
12、本专利技术的第三方面提供一种深水钻井方法，包括利用上述海洋深水喷射pdc钻头向下钻进以将表层导管下入到水下地层的设计深度的步骤，其中，所述下部喷嘴朝向所述表层导管下方的井壁喷射钻井液。
13、通过上述技术方案，本专利技术的海洋深水喷射pdc钻头在钻头基体的保径处设有下部喷嘴流道出口以能够用于安装在钻进方向斜向外喷射钻井液的下部喷嘴，由此能够利用其喷出的钻井液冲击破碎表层的泥土，以起到扩大井眼的作用，满足下放表层导管的需要。该海洋深水喷射pdc钻头无需设置牙轮，相比现有深水钻井工程中采用的超大型牙轮钻头结构简单，且能够避免因轴承损坏导致的单侧磨损和因抓地能力不足导致的机械钻速下降等问题，从而能够有效降低钻井成本。尤其是，通过在钻头基体上形成由周向分隔壁分隔的内部排屑槽，可以避免因设置下部喷嘴流道及其下部喷嘴而可能导致的不利影响，下部喷嘴占用的排屑空间基本不会影响其正常排屑，且上部喷嘴喷射出的钻井液与泥浆的混合物主要从内部排屑槽排出，不会影响下部喷嘴流道的喷射和泥土破碎效率，避免了水力能量的损失。
14、在一种优选方案中，本专利技术的海洋深水喷射pdc钻头可以将上部喷嘴和下部喷嘴安装为能够实现双级喷射破碎海底岩土，利用上部喷嘴从钻头基体的端部中心向外喷射第一喷射流体，以在喷射破碎岩土过程中可以首先冲击井底中心的岩土并形成位于该海洋深水喷射pdc钻头下方的领眼；并利用下部喷嘴从钻头基体的保径处向外喷射第二喷射流体，以冲击井底的环绕领眼的领眼周壁。由此，即使随着喷射钻进深度的增加导致海底岩土的硬度随之增大，也能实现表层导管被安全高效地下放，同时还提高了喷射钻头下入表层导管深度的能力。
15、在另一种优选方案中，本专利技术的海洋深水喷射pdc钻头可以具有储液腔等压能分配结构，将来自主流道的钻井液压能在上部喷嘴流道和多个下部喷嘴流道之间合理分配，以便使得更多的钻井液能量用于冲击破碎泥土，即使在近海较坚硬的海床表层，也能够实现表层导管的快速安装。
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1.一种海洋深水喷射PDC钻头，包括钻头基体(1)、沿周向分布于该钻头基体(1)上的多个切削刀翼(2)以及镶嵌于该切削刀翼(2)上的多个PDC切削齿(3)，其特征在于，所述钻头基体(1)内形成有分别连通至主流道(4)的上部喷嘴流道(6)和多个下部喷嘴流道(5)，所述上部喷嘴流道(6)具有朝向所述钻头基体(1)的端部开口并用于安装上部喷嘴(62)的上部喷嘴流道出口(61)，各个所述下部喷嘴流道(5)分别具有在所述钻头基体(1)的保径处朝向该钻头基体(1)的周壁外侧开口并用于安装下部喷嘴(52)的下部喷嘴流道出口(51)，该下部喷嘴(52)能够被安装为其射流方向相对所述钻头基体(1)的径向向钻进方向倾斜，并相对所述钻头基体(1)的中心线具有夹角，以能够在钻进方向斜向外喷射钻井液，其中，所述钻头基体(1)形成有位于相邻所述切削刀翼(2)之间并在纵向贯穿延伸的内部排屑槽(11)，并具有分隔该内部排屑槽(11)与所述钻头基体(1)的径向外侧空间的周向分隔壁(12)。
2.根据权利要求1所述的海洋深水喷射PDC钻头，其特征在于，所述上部喷嘴(62)安装为能够从所述钻头基体(1)的
3.根据权利要求1所述的海洋深水喷射PDC钻头，其特征在于，所述钻头基体(1)内还形成有位于所述主流道(4)和所述上部喷嘴流道(6)之间的储液腔(7)，该储液腔(7)通过在所述钻头基体(1)的中心线上延伸的中心副流道(8)连通至所述主流道(4)，所述主流道(4)依次通过该中心副流道(8)和所述储液腔(7)连通至所述上部喷嘴流道(6)。
4.根据权利要求3所述的海洋深水喷射PDC钻头，其特征在于，所述中心副流道(8)与各个所述下部喷嘴流道(5)具有彼此相同或不同的通流截面积。
5.根据权利要求1所述的海洋深水喷射PDC钻头，其特征在于，沿所述钻头基体(1)的周向，多个所述下部喷嘴流道出口(51)的开口方向与所述钻头基体(1)的中心线之间的夹角依次递增或递减。
6.根据权利要求1所述的海洋深水喷射PDC钻头，其特征在于，该海洋深水喷射PDC钻头包括用于连接至钻头接头的钻头连接部(9)，该钻头连接部(9)形成有外螺纹，所述主流道(4)至少部分地形成于该钻头连接部(9)中。
7.根据权利要求1所述的海洋深水喷射PDC钻头，其特征在于，沿所述钻头基体(1)的周向，多个所述切削刀翼(2)在所述钻头基体(1)的端部上的延伸长度依次递增或递减。
8.根据权利要求1所述的海洋深水喷射PDC钻头，其特征在于，所述钻头基体(1)具有分别与所述切削刀翼(2)设置于相同纵向平面内的多个径向分隔壁(13)，以由该径向分隔壁(13)和所述周向分隔壁(12)限定形成所述内部排屑槽(11)，所述下部喷嘴流道(5)至少部分地形成在所述径向分隔壁(13)中。
9.一种喷射管柱，其特征在于，包括表层导管(300)、穿过该表层导管(300)延伸的钻井管柱(200)以及连接至该钻井管柱(200)底端的根据权利要求1至8中任意一项所述的海洋深水喷射PDC钻头(100)，该海洋深水喷射PDC钻头(100)设置为能够由所述下部喷嘴(52)向位于所述表层导管(300)下方的井壁喷射钻井液。
10.一种深水钻井方法，其特征在于，包括利用权利要求1至8中任意一项所述的海洋深水喷射PDC钻头(100)向下钻进以将表层导管(300)下入到水下地层(400)的设计深度的步骤，其中，所述下部喷嘴(52)朝向所述表层导管(300)下方的井壁喷射钻井液。
...【技术特征摘要】
1.一种海洋深水喷射pdc钻头，包括钻头基体(1)、沿周向分布于该钻头基体(1)上的多个切削刀翼(2)以及镶嵌于该切削刀翼(2)上的多个pdc切削齿(3)，其特征在于，所述钻头基体(1)内形成有分别连通至主流道(4)的上部喷嘴流道(6)和多个下部喷嘴流道(5)，所述上部喷嘴流道(6)具有朝向所述钻头基体(1)的端部开口并用于安装上部喷嘴(62)的上部喷嘴流道出口(61)，各个所述下部喷嘴流道(5)分别具有在所述钻头基体(1)的保径处朝向该钻头基体(1)的周壁外侧开口并用于安装下部喷嘴(52)的下部喷嘴流道出口(51)，该下部喷嘴(52)能够被安装为其射流方向相对所述钻头基体(1)的径向向钻进方向倾斜，并相对所述钻头基体(1)的中心线具有夹角，以能够在钻进方向斜向外喷射钻井液，其中，所述钻头基体(1)形成有位于相邻所述切削刀翼(2)之间并在纵向贯穿延伸的内部排屑槽(11)，并具有分隔该内部排屑槽(11)与所述钻头基体(1)的径向外侧空间的周向分隔壁(12)。
2.根据权利要求1所述的海洋深水喷射pdc钻头，其特征在于，所述上部喷嘴(62)安装为能够从所述钻头基体(1)的端部中心向外喷射第一喷射流体，以冲击井底中心的岩土并形成位于该海洋深水喷射pdc钻头下方的领眼(700)；所述下部喷嘴(52)安装为能够从所述钻头基体(1)的保径处向外喷射第二喷射流体，以冲击井底的环绕所述领眼(700)的领眼周壁(800)。
3.根据权利要求1所述的海洋深水喷射pdc钻头，其特征在于，所述钻头基体(1)内还形成有位于所述主流道(4)和所述上部喷嘴流道(6)之间的储液腔(7)，该储液腔(7)通过在所述钻头基体(1)的中心线上延伸的中心副流道(8)连通至所述主流道(4)，所述主流道(4)依次通过该中心副流道(8)和所述储液腔(7)连通至所述上部喷嘴流道(6)。
4.根据权利要求3所述的海洋...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈绪跃，金铭，杨奇奇，杨进，高德利，祝铭池，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：
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