CN104481406A - 粒子冲击井试验用钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粒子冲击井试验用钻头，包括主体，所述主体的顶部连接有上接头、底部安装有多个喷嘴和多个岩屑清理体，所述喷嘴和所述岩屑清理体均为圆柱体，所述岩屑清理体与所述主体的底面垂直设置，多个所述喷嘴分别通过相对于所述主体的轴线倾斜不同角度的螺孔安装在所述主体上，每个所述喷嘴内均设置有与该喷嘴自身轴线成预设角度的流道，所述喷嘴的端部还设置有用于调整所述喷嘴内流道与所述主体的轴线的夹角的打钳位。本发明中的粒子冲击钻井实验用钻头能够用于研究粒子冲击钻井技术中钻头的性能。
Description
技术领域
本发明涉及钻探设备领域，具体而言，涉及一种粒子冲击井试验用钻头。
背景技术
随着我国对油气资源的需求量的不断增加，在深部硬地层以及复杂地质条件下寻求油气资源是目前油田勘探开发的重点方向。提高硬地层钻井速度是目前面临的技术难题之一，而影响硬地层钻井速度的主要因素有岩石硬度大、研磨性强、可钻性差、较大的井斜等，导致在硬地层钻井过程中出现钻井速度低、钻井周期长、成本过高等问题，制约着深井和超深井的钻井速度和油田勘探开发的整体效益。
2002年美国的PDTI公司Curlett H.B.、Sharp D.P和Gregory M.A.等人受到射弹冲击破岩思想的启发，将其应用在钻井工程领域，采用钻井泥浆的水力能量作为驱动力，用高速硬质球形钢粒子模拟射弹来破碎坚硬的岩石,并通过钻井液携带循环,提出了粒子冲击钻井(Particle Impact Drilling,简称PID)技术的新概念。而粒子冲击钻头是随着粒子冲击钻井技术的提出而发展起来的一类新型钻井用破岩工具，在硬质地层和耐磨性强的地层钻井中具有快速高效的破岩性能，主要表现在改变了常规钻头的内、外部结构，依靠高压钻井液冲击、金属钢粒子高速射流和保径齿、切削齿的机械作用来破岩，钻井速度快，钻压低，排削顺畅等。
粒子冲击钻井是以高速球形硬质钢粒子冲击破岩为主，联合高速水利破岩和机械牙齿破岩为辅的一种新的钻井破岩方法，可用于钻探某些特殊岩层段，特别是因抗压强度而造成钻速下降的硬地层。该钻井方式改变了切削地层的方法，提高了能量的利用率。对于极硬的岩层，钢弹的破岩比功要远远小于机械牙齿的破岩比功，产生的局部瞬时脉冲应力峰值极高，足以破碎和侵彻极坚硬的岩石。需要的钻压和扭矩较常规钻井要小的多，大大减小了钻柱和钻具的疲劳破坏(钻硬地层是常见的失效形式)概率，钻头磨损非常小，较少了井下事故引发的起下钻作业次数，缩短了钻井周期，降低了钻井成本。
粒子冲击钻井钻头的破岩方式是利用高压钻井液冲击、硬质钢粒子撞击和钻头切削齿、保径齿的机械作用等联合破岩。首先，通过高速硬质钢粒子冲击破岩，形成体积破碎坑，在多个喷嘴的综合作用下形成岩石环脊，岩石环脊释放了原有的内应力，形成疏松状。然后在保径齿和切削齿的机械作用下破碎，形成岩屑。最后岩屑在高压钻井液的冲击作用下，随钻井液一起返回地面。以此方式，完成整个破岩过程。
由于目前粒子冲击钻井技术还处在比较初级的发展阶段，不够成熟，直接使用成品钻头进行试验成本太高，因此亟需一种用于研究粒子冲击钻井技术中钻头的性能的粒子冲击钻井实验用钻头，以对合理粒子喷射角度、喷射位置的试验研究，为粒子冲击钻井的实现提供可靠的试验参数。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种能够用于研究粒子冲击钻井技术中钻头的性能的粒子冲击钻井实验用钻头。
因此，本发明的技术方案如下：
粒子冲击井试验用钻头，包括主体，所述主体的顶部连接有上接头、底部安装有多个喷嘴和多个岩屑清理体，所述喷嘴和所述岩屑清理体均为圆柱体，所述岩屑清理体与所述主体的底面垂直设置，多个所述喷嘴分别通过相对于所述主体的轴线倾斜不同角度的螺孔安装在所述主体上，每个所述喷嘴内均设置有与该喷嘴自身轴线成预设角度的流道，所述喷嘴的端部还设置有用于调整所述喷嘴内流道与所述主体的轴线的夹角的打钳位。
所述主体包括通过螺栓连接的钻头主体和切削钻头体，切削钻头体通过凹头螺栓连接于连接钻头主体上，对于试验中老化、损坏的切削钻头体可以进行方便的更换，降低实验成本，提高实验效率，并可改变切削钻头体上喷嘴的位置，达到测试不同的喷嘴位置对破岩效率的影响。
其中，所述喷嘴的数量可以为三个，所述岩屑清理体的数量可以为两个。
本发明中的粒子冲击井试验用钻头，通过选择喷嘴的规格以及通过打钳位在360°范围内转动喷嘴并周向定位，从而可以实现对不同的流道尺寸、喷射角度、喷射位置等参数的研究，为粒子冲击钻头的研究提供可靠的试验数据，成本低，效率高；岩屑清理体通过焊接的方式连接于切削钻头体上，岩屑清理体的旋转轨迹完全覆盖喷嘴的轨迹，可以清理在喷嘴轨迹上的岩屑，达到保护喷嘴的作用。
附图说明
图1是根据本发明实施例的粒子冲击井试验用钻头的结构示意图；
图2是图1中粒子冲击井试验用钻头的喷嘴的剖视图；
图3是根据本发明实施例的粒子冲击井试验用钻头中喷嘴端部的打钳位的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，根据本发明的实施例的粒子冲击井试验用钻头，包括主体1，所述主体1的顶部连接有上接头2、底部安装有多个喷嘴3和多个岩屑清理体4，所述喷嘴3和所述岩屑清理体4均为圆柱体，所述岩屑清理体4与所述主体1的底面垂直设置，多个所述喷嘴3分别通过相对于所述主体1的轴线倾斜不同角度的螺孔安装在所述主体1上，每个所述喷嘴3内均设置有与该喷嘴3自身轴线成预设角度的流道31，所述喷嘴3的端部还设置有用于调整所述喷嘴3内流道与所述主体1的轴线的夹角的打钳位5。
所述主体包括通过螺栓连接的钻头主体11和切削钻头体12，切削钻头体12通过凹头螺栓连接于连接钻头主体11上，对于试验中老化、损坏的切削钻头体12可以进行方便的更换，降低实验成本，提高实验效率，并可改变切削钻头体12上喷嘴3的位置，达到测试不同的喷嘴位置对破岩效率的影响。
其中，所述喷嘴3的数量可以为三个，所述岩屑清理体4的数量可以为两个。
本发明中的粒子冲击井试验用钻头，通过选择喷嘴3的规格以及通过打钳位5在360°范围内转动喷嘴3并周向定位，从而可以实现对不同的流道尺寸、喷射角度、喷射位置等参数的研究，为粒子冲击钻头的研究提供可靠的试验数据，成本低，效率高；岩屑清理体4通过焊接的方式连接于切削钻头体12上，岩屑清理体4的旋转轨迹完全覆盖喷嘴3的轨迹，可以清理在喷嘴3轨迹上的岩屑，达到保护喷嘴3的作用。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。
Claims (4)
1.一种粒子冲击井试验用钻头，其特征在于，包括主体(1)，所述主体(1)的顶部连接有上接头(2)、底部安装有多个喷嘴(3)和多个岩屑清理体(4)，所述喷嘴(3)和所述岩屑清理体(4)均为圆柱体，所述岩屑清理体(4)与所述主体(1)的底面垂直设置，多个所述喷嘴(3)分别通过相对于所述主体(1)的轴线倾斜不同角度的螺孔安装在所述主体(1)上，每个所述喷嘴(3)内均设置有与该喷嘴(3)自身轴线成预设角度的流道(31)，所述喷嘴(3)的端部还设置有用于调整所述喷嘴(3)内流道与所述主体(1)的轴线的夹角的打钳位(5)。
2.根据权利要求1所述的粒子冲击井试验用钻头，其特征在于，所述喷嘴的数量为三个。
3.根据权利要求1所述的粒子冲击井试验用钻头，其特征在于，所述主体包括通过螺栓连接的钻头主体(11)和切削钻头体(12)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的粒子冲击井试验用钻头，其特征在于，所述岩屑清理体(4)的数量为两个。
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