CN207278215U - 反循环钻井装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种反循环钻井装置。该反循环钻井装置包括钻头，以及与钻头固定连接的转换器；钻头上开设有中心通孔以及位于中心通孔外侧的疏边孔；转换器内形成有进液通道和出液通道；进液通道的进液端用于与钻杆的出液口连通，进液通道的出液端与疏边孔的进液口连通；出液通道的进液端与中心通孔的出液口连通，出液通道的出液端用于与钻杆和井壁之间形成的环空连通；进液通道设置有与出液通道连通的喷射通道，进液通道内的部分初始钻井液经喷射通道往出液通道的出液端喷射。本实用新型通过钻头的中心通孔和疏边孔、转换器的进液通道和出液通道及喷射通道，能够彻底的清洗井底岩屑和岩渣，提高钻井的效率，避免井底压持效应和二次粉碎的问题。

Description

反循环钻井装置

技术领域

本实用新型涉及钻井技术领域，尤其涉及一种反循环钻井装置。

背景技术

钻井是石油、天然气开发的重要步骤，钻井效率的高低在很大程度上影响这油气勘探和开采的成本。

现有的钻井设备一般包括：钻头以及与钻头连接的钻杆，其中，钻杆沿长度方向开设有用于灌注钻井液的进液管道，钻头的中心也设置有与钻杆上的进液管道连通的中心管，在钻头的***设置有多个刀翼，相邻两个刀翼之间开设有钻井液流出的贯通凹槽。在钻井时，钻井液被泵入到钻杆的进液管道内，然后通过中心管喷入到钻井面，在此过程中岩屑会被裹挟到钻井液中，再经由相邻两个刀翼之间所开设的贯通凹槽流入到井壁和钻杆之间的环空内，最终流出井口。

但是，这种钻井方式会将岩屑从中心位置冲击到井壁上，容易导致井底压持效应和二次粉碎的问题，降低了钻井的效率。

实用新型内容

本实用新型提供一种反循环钻井装置，以提高钻井的效率。

本实用新型提供一种反循环钻井装置包括：钻头，以及与钻头固定连接的转换器；钻头上开设有中心通孔以及位于中心通孔外侧的疏边孔；转换器内形成有进液通道和出液通道；进液通道的进液端用于与钻杆的出液口连通，进液通道的出液端与疏边孔的进液口连通；出液通道的进液端与中心通孔的出液口连通，出液通道的出液端用于与钻杆和井壁之间形成的环空连通；进液通道设置有与出液通道连通的喷射通道，进液通道内的部分初始钻井液经喷射通道往出液通道的出液端喷射。

如上所述的反循环钻井装置，其中，转换器与钻头连接的端部形成有进液环，进液通道的出液端通过进液环与疏边孔的进液口连通。

如上所述的反循环钻井装置，其中，进液通道包括：中心上管、以及多个进液支管；中心上管的开口端与钻杆的出液口连通，中心上管的闭口端的内表面为弧面；中心上管通过进液支管与进液环连通。

如上所述的反循环钻井装置，其中，进液支管的进液口的形状为圆形或者椭圆形。

如上所述的反循环钻井装置，其中，出液通道包括：中心下管、以及多个出液支管；中心下管的开口端与中心通孔的出液口连通，中心下管的闭口端的内表面为圆锥面；中心下管通过出液支管与环空连通。

如上所述的反循环钻井装置，其中，每一个出液支管均与一个喷射通道连通。

如上所述的反循环钻井装置，其中，多个进液支管与多个出液支管沿圆周方向交叉设置。

如上所述的反循环钻井装置，其中，转换器包括外壁，其中，外壁、进液通道、出液通道、以及喷射通道为一体成形的一体件。

如上所述的反循环钻井装置，其中，钻头底端沿圆周方向间隔设置有多个刀翼；疏边孔的出液口设置在相邻两个刀翼之间。

如上所述的反循环钻井装置，其中，疏边孔的横截面积由上向下逐渐减小。

本实用新型提供的反循环钻井装置，通过转换器的进液通道和钻头的疏边孔，使得初始钻井液达到井底，清洗岩屑、岩渣，通过钻头的中心通孔和转换器的出液通道，使得携岩钻井液流入钻杆与井壁之间的环空，并且，通过喷射通道，使得进液通道的一部分初始钻井液流入出液通道，加速携岩钻井液的流动，能够彻底的清洗井底岩屑和岩渣，提高钻井的效率，避免井底压持效应和二次粉碎的问题。

附图说明

图1为本实用新型反循环钻井装置的主视图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图1旋转45°的主视图；

图4为图3的B-B剖视图；

图5为图1的俯视图；

图6为图1的仰视图。

附图标记说明：

100：转换器； 110：进液通道；

111：中心上管； 111a：弧面；

112：进液支管； 120：出液通道；

121：中心下管； 121a：圆锥面；

122：出液支管； 130：喷射通道；

140：进液环； 150：外壁；

200：钻头； 210：中心通孔；

220：疏边孔； 230：刀翼；

240：***侧壁； 241：保径端。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，本实用新型不局限于下述的具体实施方式。

需要说明的是，在本实用新型中，方位“上”指示的是靠近钻杆一端的位置，方位“下”指的是靠近钻头一端的位置。

此外，在本实用新型中，初始钻井液指的是从泥浆泵泵出流至钻杆、未携带有岩屑、岩渣的钻井液；携岩钻井液指的是钻井液经过井底工作面、携带有岩屑、岩渣的钻井液。

图1为本实用新型反循环钻井装置的主视图，图2为图1的A-A剖视图，图3为图1旋转45°的主视图，图4为图3的B-B剖视图，图5为图1的俯视图，图6为图1的仰视图。

参照图1至图4，本实施例提供的反循环钻井装置包括：钻头200，以及与钻头200固定连接的转换器100；钻头200上开设有中心通孔210以及位于中心通孔210外侧的疏边孔220；转换器100内形成有进液通道110和出液通道120；进液通道110的进液端用于与钻杆(未示出)的出液口连通，进液通道110的出液端与疏边孔220的进液口连通；出液通道120的进液端与中心通孔210的出液口连通，出液通道120的出液端用于与钻杆和井壁(未示出)之间形成的环空连通；进液通道110设置有与出液通道120连通的喷射通道130，进液通道110内的部分初始钻井液经喷射通道130往出液通道120的出液端喷射。

具体地，钻头200和转换器100固定连接在一起，可以是通过螺纹固定连接，例如：单螺纹、双螺纹等。本实施例反循环钻井装置可以是钻头200设置有外螺纹，和转换器100设置的内螺纹配合，实现固定连接；或者，钻头200设置有内螺纹，和转换器100设置的外螺纹配合，实现固定连接。当然，钻头200和转换器100之间也可以通过焊接等连接方式实现固定连接，本实用新型不作具体限定。

参照图2和图4，钻头200的开设有中心通孔210，中心通孔210的进液口设置在钻头200的下端，中心通孔210的出液口设置在钻头200的上端并与出液通道120连通。中心通孔210的横截面可以是圆形、椭圆形、多边形，或者不规则形状等。为了减小中心通孔对携岩钻井液的阻力，使携岩钻井液的畅通，本实施例中心通孔优选圆形孔。

继续参照图2和图4，钻头200的中心通孔210的外侧设置有疏边孔220，疏边孔220的进液口与进液通道110连通，疏边孔220的出液口设置在钻头200的底端。疏边孔220可以设置一个，也可以设置多个。疏边孔220的横截面可以是圆形、椭圆形、多边形或者其他不规则形状。参照图6，本实施例疏边孔220的横截面呈多边形，包括两条同心的圆弧，以及连接两条圆弧的直线，形成一个带有弧边的梯形，但本实用新型不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况设计。

参照图1至图4，本实施例钻头200上端为锥形，下端设置有圆柱形保径端241。本实施例的疏边孔220通过***侧壁240与钻头200和井壁(未示出)之间的环空隔离，从而保证了二者不会直接连通。保径端241为一整个的圆柱形，疏边孔220经过此位置的部分也没有与钻头200和井壁(未示出)之间的环空连通。在实际使用时，初始钻井液从疏边孔220流向钻头200的底端，即井底，而保径端241与井壁之间的间隙较小，携带有岩屑的钻井液从中心通孔210向上流动。当然，本实用新型中钻头也可以是其他结构，本领域技术人员可以根据实际钻井情况进行设计。

转换器100内形成有进液通道110和出液通道120。进液通道110的进液端与钻杆的出液口连通，进液通道110的出液端与疏边孔220的进液口连通，使得钻杆中的初始钻井液经过进液通道110的进液端进入进液通道110，再由进液通道110的出液端流入疏边孔220，最后流至井底。出液通道120的进液端与中心通孔210的出液口连通，出液通道120的出液端与钻杆和井壁之间形成的环空连通，井底的携岩钻井液从中心通孔210经过出液通道120的进液端进入出液通道120，从出液通道120的出液端流入钻杆和井壁之间的环空，最后流至井面、进入泥浆净化***除渣过滤等处理。这样，初始钻井液从钻头的外周进入井底，携带岩屑后从钻头中间留出，减少了井底压持效应和二次粉碎，提高了钻井效率。

根据流体动力学可以知道，初始钻井液从泥浆泵泵出进入钻杆，具有很强的动力；而携岩钻井液经过对岩屑、岩渣的冲击，损失一部分能量，其动力势必小于初始钻井液的动力，又携带有岩屑、岩渣等向上流动，为了给携岩钻井液提供动力，使得携岩钻井液快速的向上流出、提高钻井的效率，本实施例还在进液通道110和出液通道120之间设置有喷射通道130，从而进液通道110内的部分初始钻井液可以经喷射通道130往出液通道120的出液端喷射。具体的，当钻杆内的初始钻井液流入到进液通道110之后，一部分经过进液通道110进入疏边孔220进入井底携带岩屑、岩渣，另一部分通过喷射通道130喷射到出液通道120内。由于从喷射通道130喷出的初始钻井液与出液通道120中携岩钻井液的流向相同，从而为出液通道120的携岩钻井液提供额外的动力，进而提高出液速度，提高钻井效率。

在本实施例中，进液通道110、出液通道120、以及喷射通道130可以是单独的管道，实现上述连通关系；也可以是通过在一个柱状部件上开设通孔的方式来形成上述进液通道110、出液通道120、以及喷射通道130；当然，还可以采用其他结构形式，本实用新型不作具体限制。

喷射通道130可以设置一个，与出液通道120连通，为出液通道120的携岩钻井液提供动力。喷射通道130可以设置多个，更好的为出液通道120的携岩钻井液提供动力。本领域的技术人员可以根据钻井的实际情况设计喷射通道的个数以及喷射通道的横截面积，这样既能够为出液通道的携岩钻井液提供动力，又能保证有足够流入井底的初始钻井液。进一步地，喷射通道130的横截面可以是圆形、椭圆形、多边形或者其他不规则形状，为了减小钻井液流通的阻力，使钻井液流动更顺畅，本实施例喷射通道130的横截面优选圆形或者椭圆形。

本实施例提供的反循环钻井装置，通过转换器的进液通道和钻头的疏边孔，使得初始钻井液达到井底，清洗岩屑、岩渣，通过钻头的中心通孔和转换器的出液通道，使得携岩钻井液流入钻杆与井壁之间的环空，并且，通过喷射通道，使得进液通道的一部分初始钻井液流入出液通道，加速携岩钻井液的流动，能够彻底的清洗井底岩屑和岩渣，提高钻井的效率，避免井底压持效应和二次粉碎的问题，而且还能较少压持效应和防漏。

进一步地，本实施例反循环钻井装置的转换器100与钻头200连接的端部形成有进液环140，进液通道110的出液端通过进液环140与疏边孔220的进液口连通。具体地，初始钻井液流入进液通道110，经过进液环140，再流入到疏边孔220，在安装过程中，转换器100的进液通道不需要与钻头200的疏边孔一一对应，使得转换器与钻头的安装更简单方便。并且，在设置多个进液通道和疏边孔的情况下，不需要将进液通道和疏边孔设置相同的数目，经过各个进液通道的初始钻井液在进液环汇集，再分别进入到各个疏边孔，使得进液通道和疏边孔可以有更多的设置方式，可以适用于更多结构的钻头。

在上述实施例的基础上，本实施例的进液通道110包括：中心上管111，以及多个进液支管112；中心上管111的开口端与钻杆的出液口连通，中心上管111的闭口端的内表面为弧面111a；中心上管111通过进液支管112与进液环140连通。具体地，中心上管111的开口端与钻杆的出液口连通，使得初始钻井液经由钻杆出液口进入中心上管111。中心上管111的闭口端的内表面设置成为弧面111a，能够减小初始钻井液流动的阻力，避免初始钻井液不必要的能量损失。可选地，如图4所示，可以将中心上管的闭口端设置成为往钻头方向延伸的球状结构或者椭球状结构。

进液支管112的进液口可以设置在中心上管111的侧壁，也可以设置在中心上管111的圆弧面上。作为一个优选地实施例，进液支管112的进液口设置在中心上管111的弧面111a上，既可以避免钻井液在弧面111a集聚打旋，还可以使初始钻井液流动的更通畅。进液支管112的进液口可以是圆形、椭圆形的，也可以是方形或者其他不规则的形状。为了进一步减小初始钻井液流动的阻力使钻井液流通更加通畅，本实施例优选进液支管112的进液口的形状为圆形或者椭圆形。

在本实施例中，喷射通道130的进液口设置在中心上管111封闭端的弧面111a上，但本实用新型不以此为限，例如，也可以设置在中心上管111中间部的侧壁上。钻杆内的初始钻井液进入中心上管111后，一部分初始钻井液通过多个进液支管112进入进液环140，初始钻井液在进液环140汇集后在流向疏边孔220。另一部分钻井液通过喷射通道130流入出液通道120，为携岩钻井液的流动提供动力。

更进一步地，本实施例的出液通道120包括：中心下管121、以及多个出液支管122；中心下管121的开口端与钻头200的中心通孔210的出液口连通，中心下管121的闭口端的内表面为圆锥面121a；中心下管121通过出液支管122与环空连通。具体地，中心下管121的开口端与钻头200的中心通孔210的出液口连通，中心下管121通过出液支管122与钻杆和井壁之间的环空连通，使得携岩钻井液从钻头的中心通孔210经过中心下管121进入出液支管122，然后流入钻杆和井壁之间的环空返回地面。中心下管121的闭口端的内表面设置为圆锥面121a，使得向上流动的携岩钻井液可以分散流向多个出液支管122，避免岩屑、岩渣等在中心下管121的闭口端堆积。

多个出液支管122的进液口可以设置在中心下管121中部的侧壁上，也可以设置在封闭端的圆锥面121a上，本实施例优选出液支管122的进液口设置在中心下管121的侧壁上，能够使携岩钻井液流动更通畅，且加工方便。出液支管122的横截面可以是圆形、椭圆形的，也可以是方形或者其他不规则的形状。参照图5，作为一个优选的实施例，出液支管122的横截面呈不规则四边形，包括两段同心的圆弧，以及连接两段圆弧的直线，形成一个带有弧边的梯形。为了使大颗粒的岩渣、岩屑快速的流入环空，避免岩渣、岩屑卡在出液支管内，本实施例出液支管的横截面积从下往上逐渐增加，但本实用新型不以此为限，本领域技术人员可以根据实际钻井情况进行设计。

在本实施例中，喷射通道130的出液口设置在出液支管122中部的侧壁上。喷射通道130可以设置一个，与一个出液支管122连通；喷射通道130也可以是设置多个，在一个出液支管122设置一个喷射通道130，也可以在一个出液支管122设置多个喷射通道130。本实用新型对此不作具体限定。

作为一个优选的实施例，每一个出液支管122均设置有一个喷射通道130，使得每个出液支管122都可以通过一个喷射通道130获得初始钻井液，为携岩钻井液提供动力，使转换器100更加平衡，也避免钻井液向没有设置喷射通道的出液支管倒流。每一个出液支管122设置一个喷射通道130，既为携岩钻井液提供了动力，也不必要加工过多的喷射通道使加工制造更麻烦。

井底的携岩钻井液携带岩渣、岩屑通过钻头200的中心钻孔210进入中心下管121，然后进入多个出液支管122，中心上管111的部分初始钻井液通过喷射通道130进入出液支管122，为携岩钻井液提供动力，促使携岩钻井液快速向环空流动，提高钻井效率。

在上述实施例的基础上，多个进液支管112与多个出液支管122沿圆周方向交叉设置，例如设置四个进液支管，四个出液支管，既可以保证有足够的布置空间，又可以使进液沿圆周方向向下流动、使出液沿圆周方向向上流动，更有利于转换器和钻头的平衡稳定。

参照图2和图4，本实施例的转换器100包括外壁150，外壁150与进液通道110、出液通道120和喷射通道130为一体成形的一体件。具体地，进液通道110、出液通道120可以是单独的管道，与外壁150通过钎焊、电阻焊等焊接方式焊接成一体。同理的，喷射通道130也通过钎焊、电阻焊等与进液通道110、出液通道120焊接在一起。转换器100也可以是一个柱体，柱体内开设有通孔作为进液通道110、出液通道120和喷射通道130。本实用新型对此不作具体限制。

参照图5，本实施例钻头200底端沿圆周方向间隔设置有多个刀翼230；疏边孔220的出液口设置在相邻两个刀翼230之间。具体地，刀翼可以是现有技术中刀翼的结构，本实用新型不作限制。疏边孔220可以设置一个，也可以设置多个。为了使每个刀翼切下的岩屑、岩渣能够被及时的清洗走，且保持钻头的平衡，本实施例优选在每两个刀翼230之间设置一个疏边孔220，例如是五刀翼钻头，设置五个疏边孔220；参照图5，是六刀翼钻头，设置六个疏边孔220。

进一步参照图2，由于在转换器100与钻头200连接的端部延伸形成有进液环140，进液支管112的初始钻井液在进液环140汇集，再流向疏边孔220，因此，转换器100可以适用于不同数量刀翼的钻头，提高了反循环钻井装置的通用性。

为了使疏边孔内的初始钻井液快速的喷出、提高钻井效率，疏边孔220的横截面积由上向下逐渐减小。

继续参照图2和5，由于中心上管111的闭口端的内表面为弧面111a，从而可以提供更大的孔布置面积，多个进液支管112的出液口与多个喷射通道130的进液口布置在中心上管111封闭端的弧面111a上，可以沿圆周方向交叉设置，也可以上下设置，本实用新型对进液支管的出液口和喷射通道的进液口的布置方式不作具体限定。为了既能够为出液支管的携岩钻井液提供动力，又能保证流入井底的初始钻井液足够，本实施例的进液支管的当量横截面积和喷射通道的当量横截面积按一定的比例设置进液支管和喷射通道的分流比，本实施例的比例可以为8:1～10:1，优选9:1，但是本实用新型不以此为限。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种反循环钻井装置，其特征在于，包括：钻头，以及与所述钻头固定连接的转换器；

所述钻头上开设有中心通孔以及位于所述中心通孔外侧的疏边孔；

所述转换器内形成有进液通道和出液通道；所述进液通道的进液端用于与钻杆的出液口连通，所述进液通道的出液端与所述疏边孔的进液口连通；所述出液通道的进液端与所述中心通孔的出液口连通，所述出液通道的出液端用于与所述钻杆和井壁之间形成的环空连通；

所述进液通道设置有与所述出液通道连通的喷射通道，所述进液通道内的部分初始钻井液经所述喷射通道往所述出液通道的出液端喷射。

2.根据权利要求1所述的反循环钻井装置，其特征在于，所述转换器与所述钻头连接的端部形成有进液环，所述进液通道的出液端通过所述进液环与所述疏边孔的进液口连通。

3.根据权利要求2所述的反循环钻井装置，其特征在于，所述进液通道包括：中心上管、以及多个进液支管；所述中心上管的开口端与所述钻杆的出液口连通，所述中心上管的闭口端的内表面为弧面；所述中心上管通过所述进液支管与所述进液环连通。

4.根据权利要求3所述的反循环钻井装置，其特征在于，所述进液支管的进液口的形状为圆形或者椭圆形。

5.根据权利要求3所述的反循环钻井装置，其特征在于，所述出液通道包括：中心下管、以及多个出液支管；所述中心下管的开口端与所述中心通孔的出液口连通，所述中心下管的闭口端的内表面为圆锥面；所述中心下管通过所述出液支管与所述环空连通。

6.根据权利要求5所述的反循环钻井装置，其特征在于，每一个所述出液支管均与一个所述喷射通道连通。

7.根据权利要求5所述的反循环钻井装置，其特征在于，多个所述进液支管与多个所述出液支管沿圆周方向交叉设置。

8.根据权利要求1-7任一项所述的反循环钻井装置，其特征在于，所述转换器包括外壁，所述外壁、所述进液通道、所述出液通道、以及所述喷射通道为一体成形的一体件。

9.根据权利要求1-7任一项所述的反循环钻井装置，其特征在于，所述钻头底端沿圆周方向间隔设置有多个刀翼；所述疏边孔的出液口设置在相邻两个刀翼之间。

10.根据权利要求9所述的反循环钻井装置，其特征在于，所述疏边孔的横截面积由上向下逐渐减小。