CN102953685A - 粒子冲击钻井用钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钻井钻头领域中的一种粒子冲击钻井用钻头。包括钻头接头、钻头本体和切削头，钻头接头上有螺纹和打钳位，钻头本体镶嵌有保径齿和侧切齿。切削头下部中间呈锥状凸起，切削头下部外缘呈中心对称的两段环形侧翼；切削头下部中间锥状凸起镶装有冲击齿，切削头下部外缘两段环形侧翼上镶装有切削齿；切削头下部中间锥状凸起和切削头下部外缘两段环形侧翼上分别安装有喷嘴。本发明适用于粒子钻井领域，能够快速钻进常规钻头钻进困难的极硬地层和软硬交互的地层，使得钻井作业更加快速高效。
Description
技术领域
本发明涉及钻井钻头领域中的一种用于粒子钻井的粒子冲击钻井用钻头。
背景技术
目前常规钻井破岩工具主要是钻头，各种钻头的切削方式不同决定了适应性不同，如：PDC钻头是靠PDC齿剪切破岩；硬地层牙轮钻头是靠牙轮齿冲击破岩；天然金刚石是靠高硬度的金刚石刮削或磨削破岩。所有这些钻头的主要组成为钻头接头、钻头本体和切削头，钻头接头上有螺纹和打钳位，钻头本体镶嵌有保径齿和侧切齿。而所有这些钻头在破岩过程中需要足够的钻压和扭矩来克服岩石的破坏极限，受到钻杆及相关井下工具的限制，钻头切削元件作用在岩石的应力较小，对于埋藏深、年代久、压实重、强度高、可钻性差、研磨性强的地层不能形成高效破岩。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种适用于难钻地层的粒子冲击钻井用钻头。
粒子冲击钻井用钻头的技术方案是：包括钻头接头、钻头本体、切削头，钻头接头上有螺纹和打钳位，钻头本体镶嵌有保径齿和侧切齿，切削径向开有扇形沟槽后，外缘呈中心对称的两段以上环形侧翼，侧翼端部镶有切削齿；切削头下部中间凹陷后呈锥状凸起，锥状凸起外部镶有冲击齿。
上述方案还包括：在切削头的环形侧翼和锥状凸起内贯穿有喷嘴。喷嘴的指向与钻头本体的轴线呈10°至45°的角度。钻头本体镶嵌保径齿部分的外径大于镶嵌侧切齿部分的外径。
本发明由于切削头的特殊结构，配合粒子冲击钻井工艺后，使钻头能够快速钻进常规钻头难以钻进的极硬地层和软硬交互地层，机械钻速大幅度提高，降低了钻机作业时间，节省钻井费用，钻井作业更加快速高效，克服了现有钻头在破岩过程中，受到钻杆及相关井下工具的限制，钻头切削元件作用在岩石的应力较小，对于埋藏深、年代久、压实重、强度高、可钻性差、研磨性强的地层不能形成高效破岩的难题，可广泛应用于石油、天然气和矿产生产钻井领域。
附图说明
图1为本发明的钻头结构示意图
图2为图1中钻头切削头部分的仰视结构示意图
图中：1.钻头接头，2.钻头本体，3.切削头，4.螺纹，5.打钳位，6.保径齿，7.侧切齿，8.喷嘴，9.冲击齿，10.切削齿。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
参照附图1和2，粒子冲击钻井用钻头，包括钻头接头1、钻头本体2、切削头3，钻头接头1上有螺纹4和打钳位5，钻头本体2镶嵌有保径齿6和侧切齿7。切削头3下部中间呈锥状凸起，切削头3下部外缘呈中心对称的两段环形侧翼；切削头3下部中间锥状凸起镶装有冲击齿9，切削头3沿径向开有扇形沟槽后，切削头3下部外缘两段环形侧翼上镶装有切削齿10；切削头3下部中间锥状凸起和切削头3下部外缘两段环形侧翼上贯穿有喷嘴8。钻头本体2在镶嵌保径齿处的外径大于钻头本体2在镶嵌侧切齿处的外径。
粒子冲击钻井是将圆形钢体粒子加入钻井液中，从钻头喷嘴8高速喷出，破碎岩石，然后回收钢粒再利用的新钻井工艺方法。在进行粒子冲击钻井工程中，地面设有利用粒子冲击钻井的粒子装填和粒子筛分设备，井下钻具末端连接本实施例的粒子冲击钻井用钻头。
钻头本体2较长，维持钻头平稳旋转。耐磨保径齿6防止钻头整体直径磨小，侧切齿7有侧向切削能力，可以修正井壁，使井壁规则，利于钻头运动平稳。切削头3的冲击齿9由硬质合金和岩和切削齿10靠冲击破岩。切削齿10由聚晶金刚石复合片制成，靠刮削和磨削破岩。喷嘴8的指向与钻头本体2的轴线呈15°的角度，钢体粒子在钻井液的加速下分别从切削头3下部内外喷嘴8中射出，联合切削齿10在井底岩石上形成内外两个环形破碎带，破碎带之间的未破碎岩石由中间冲击齿9冲击破碎，破碎后的所有岩屑通过扇形沟槽由钻井液带出。
Claims (4)
1.粒子冲击钻井用钻头，包括钻头接头（1）、钻头本体（2）、切削头（3），钻头接头（1）上有螺纹（4）和打钳位（5），钻头本体（2）镶嵌有保径齿（6）和侧切齿（7），其特征在于：切削头（3）径向开有扇形沟槽后，外缘呈中心对称的两段以上环形侧翼，侧翼端部镶有切削齿（10）；切削头（3）下部中间凹陷后呈锥状凸起，锥状凸起外部镶有冲击齿（9）。
2.根据权利要求1所述的粒子冲击钻井用钻头，其特征在于：在切削头（3）的环形侧翼和锥状凸起内贯穿有喷嘴（8）。
3.根据权利要求2所述的粒子冲击钻井用钻头，其特征在于：喷嘴（8）的指向与钻头本体(2)的轴线呈10-45°的夹角。
4.根据权利要求1或2、3所述的粒子冲击钻井用钻头，其特征在于：钻头本体（2）镶嵌保径齿（6）部分的外径大于镶嵌侧切齿（7）部分的外径。
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