一種具有扁長(zhǎng)水孔的鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于石油天然氣、礦山工程、地?zé)峋?、建筑基礎(chǔ)工程施工、地質(zhì)、水文等鉆探技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種具有新型水力結(jié)構(gòu)的鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆頭是鉆井工程中用于破碎巖石形成井眼的破巖工具，鉆頭的水力結(jié)構(gòu)是決定鉆頭鉆進(jìn)性能的重要因素。鉆頭破巖鉆進(jìn)時(shí)，鉆井液(流體)從鉆頭內(nèi)流道通過(guò)鉆頭水孔噴射到井底，從鉆頭水孔噴出的鉆井液主要起清洗井底，攜帶并運(yùn)移鉆頭破碎巖石所形成的巖肩，冷卻并清洗切削齒，以及輔助破巖等作用。在現(xiàn)代快速鉆井技術(shù)中，需要鉆頭具有優(yōu)良破巖切削結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還需鉆頭具有良好的清洗井底、運(yùn)移巖肩、切削齒冷卻與清洗等水力性能。常規(guī)鉆頭中使用的水孔大多為圓形，受鉆頭切削結(jié)構(gòu)及水道尺寸的影響，圓形水孔的尺寸有限。普通圓形水孔的噴射覆蓋區(qū)域非常小，圓形水孔噴射流束較細(xì)小，直接清洗井底的面積有限，直接攜巖運(yùn)巖的能力也有限，圓形水孔直接噴射冷卻清洗切削齒的區(qū)域也很小。采用圓形水孔的鉆頭，其大部分區(qū)域的井底清洗，巖肩攜帶運(yùn)移，切削齒冷卻都是利用圓形噴嘴噴射后的鉆井液的漫流來(lái)完成的，漫流的水力能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于直接噴射流體的水力能量，且噴射后所形成的漫流易形成渦流，渦流對(duì)鉆頭體和切削齒等會(huì)形成非常不利的影響，也不利于清洗和巖肩的及時(shí)快速運(yùn)離。
[0003]近年，地?zé)徙@井發(fā)展迅速，地?zé)徙@井中常遇到高溫井。很多地?zé)峋械貙訙囟纫呀?jīng)達(dá)到150攝氏度或更高，鉆頭的工作溫度甚至達(dá)到200攝氏度以上。常規(guī)圓形水孔的鉆頭，其水孔結(jié)構(gòu)已不能滿足高溫井中鉆頭切削齒及時(shí)快速冷卻、清洗的需要。高溫井中，如不能及時(shí)冷卻和清洗鉆頭及其切削齒，鉆頭和切削齒溫度過(guò)高將會(huì)顯著降低鉆頭的使用壽命和鉆進(jìn)性能。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于:克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提出一種具有扁長(zhǎng)水孔的鉆頭，解決鉆頭在快速鉆井和高溫井鉆井中因鉆頭水力結(jié)構(gòu)不合理而降低鉆頭鉆進(jìn)性能和使用壽命的冋題。
[0005]本實(shí)用新型的目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0006]一種具有扁長(zhǎng)水孔的鉆頭，包括鉆頭本體，設(shè)于鉆頭本體上的切削結(jié)構(gòu)，切削結(jié)構(gòu)上設(shè)置有切削齒，切削結(jié)構(gòu)之間設(shè)置有排肩槽和流道，流道上設(shè)置有水孔，所述水孔至少有一個(gè)是扁長(zhǎng)水孔，所述扁長(zhǎng)水孔的長(zhǎng)度方向的縱剖面形狀為口大底小的扇形或者類扇形，扁長(zhǎng)水孔的出口形狀為扁長(zhǎng)形。
[0007]本專利中，為了便于理解，參考圖示，如圖3所示dl為扁長(zhǎng)水孔的出口的寬度，d2為扁長(zhǎng)水孔的出口的長(zhǎng)度，如圖4所不，扁長(zhǎng)水孔的進(jìn)口 51與鉆頭內(nèi)流道12相連通，扁長(zhǎng)水孔的出口 52與切削結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)；其中鉆頭的徑向布齒覆蓋區(qū)域的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，扁長(zhǎng)水孔的扇形角覆蓋區(qū)域長(zhǎng)度為L(zhǎng)I，鉆頭切削結(jié)構(gòu)的徑向外二分之一區(qū)域的長(zhǎng)度為P，扁長(zhǎng)水孔的扇形角覆蓋區(qū)域在該鉆頭切削結(jié)構(gòu)的徑向外二分之一區(qū)域的覆蓋長(zhǎng)度為P1。如圖5所示，A-A是扁長(zhǎng)水孔的長(zhǎng)度方向縱剖面，B-B是扁長(zhǎng)水孔的寬度方向縱剖面，C-C是扁長(zhǎng)水孔的橫向剖面，即可知，水孔的寬度方向縱剖面與水孔的長(zhǎng)度方向縱剖面、水孔的橫向剖面相互垂直。
[0008]上述方案中，扇形或者類扇形(或者叫放射狀)的內(nèi)腔形狀，以及扁長(zhǎng)形(顧名思義，即為通常意義上的長(zhǎng)度大于寬度的形狀)孔口的扁長(zhǎng)水孔增加鉆頭水孔的過(guò)流面積和水孔的噴射覆蓋范圍，有效地利用其水力能量，并避免鉆井液對(duì)切削結(jié)構(gòu)、切削齒的沖蝕。
[0009]作為選擇，所述扁長(zhǎng)水孔的出口的長(zhǎng)度是寬度的1.5倍以上。
[0010]上述方案中，特定的水孔的長(zhǎng)寬比能夠進(jìn)一步有效地利用其水力能量，并避免鉆井液對(duì)切削結(jié)構(gòu)、切削齒的沖蝕。
[0011]作為選擇，所述切削結(jié)構(gòu)為固定切削結(jié)構(gòu)，所述扁長(zhǎng)水孔的長(zhǎng)度方向與固定切削結(jié)構(gòu)的布齒排布方向的走向一致。
[0012]上述方案中，固定切削結(jié)構(gòu)通常指PDC切削結(jié)構(gòu)、孕鑲金剛石切削結(jié)構(gòu)等，扁長(zhǎng)水孔的長(zhǎng)度方向順著鉆頭切削結(jié)構(gòu)的布齒排布方向，能夠提高鉆頭巖肩運(yùn)移效率和自潔能力，將水力能量直接用于切削齒的清洗和冷卻、巖肩運(yùn)移。
[0013]作為選擇，所述扁長(zhǎng)水孔的扇形角覆蓋區(qū)域達(dá)到切削結(jié)構(gòu)徑向布齒覆蓋區(qū)域的60%以上。
[0014]上述方案中，增加扁長(zhǎng)水孔徑向覆蓋區(qū)域，從而擴(kuò)大扁長(zhǎng)水孔直接噴射清洗、冷卻切削齒的區(qū)域。
[0015]作為選擇，所述扁長(zhǎng)水孔的扇形角覆蓋區(qū)域覆蓋80%以上的鉆頭徑向外二分之一區(qū)域。
[0016]上述方案中，這有利于破巖任務(wù)量大的鉆頭徑向外二分之一區(qū)域切削齒冷卻與清洗。
[0017]作為選擇，所述扁長(zhǎng)水孔的出口寬度小于扁長(zhǎng)水孔內(nèi)橫向剖面中的最大寬度。
[0018]上述方案中，扁長(zhǎng)水孔內(nèi)腔的某橫向剖面的長(zhǎng)度為該橫向剖面的最大尺寸，橫向剖面的寬度為垂直于該剖面長(zhǎng)度方向上的最大尺寸。扁長(zhǎng)水孔的出口寬度小于扁長(zhǎng)水孔內(nèi)橫向剖面中的最大寬度，即扁長(zhǎng)水孔的出口寬度相對(duì)其內(nèi)腔寬度收縮，其在不減少扁長(zhǎng)水孔徑向噴射覆蓋范圍的同時(shí)，提高扁長(zhǎng)水孔出口處的噴射速度，有利于提高鉆頭清洗井底、運(yùn)移巖肩和直接冷卻切削結(jié)構(gòu)的效果。
[0019]作為選擇，所述扁長(zhǎng)水孔的寬度方向的縱剖面形狀為口小底大的反扇形或者類反扇形。
[0020]上述方案中，該內(nèi)腔結(jié)構(gòu)形式可增加水孔射流等速核的長(zhǎng)度，對(duì)井底的清洗、冷卻效果更好，且便于加工制造。
[0021]作為選擇，所述扁長(zhǎng)水孔內(nèi)腔的橫向截面形狀為矩形、圓角矩形、曲邊矩形或橢圓形。
[0022]上述方案中，上述內(nèi)腔形狀便于水孔的制造成型。
[0023]作為選擇，所述扁長(zhǎng)水孔的長(zhǎng)度方向的縱剖面的扇形夾角為5?120°。
[0024]上述方案中，能擴(kuò)大扁長(zhǎng)水孔徑向覆蓋區(qū)域，有利于水孔大覆蓋直接清洗井底、切削齒，提高鉆頭巖肩運(yùn)移效率。
[0025]作為選擇，所述扁長(zhǎng)水孔的數(shù)量大于鉆頭水孔總數(shù)的二分之一。
[0026]上訴方案中，扁長(zhǎng)水孔與圓形水孔的組合使用，能夠有效的利用鉆頭上的水力空間，同時(shí)針對(duì)不同地層、鉆井條件，合理選擇扁長(zhǎng)水孔的數(shù)量，從而有益于提高鉆頭與地層的水力匹配性。當(dāng)鉆頭水力空間加大(如大尺寸鉆頭)時(shí)，可全部采用扁長(zhǎng)水孔。
[0027]前述本實(shí)用新型主方案及其各進(jìn)一步選擇方案可以自由組合以形成多個(gè)方案，均為本實(shí)用新型可采用并要求保護(hù)的方案:如本實(shí)用新型，各選擇即可和其他選擇任意組合，本領(lǐng)域技術(shù)人員在了解本發(fā)明方案后根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和公知常識(shí)可明了有多種組合，均為本實(shí)用新型所要保護(hù)的技術(shù)方案，在此不做窮舉。
[0028]本實(shí)用新型的有益效果:能提尚鉆頭水孔處鉆井液的喂'射速度，有利于提尚鉆頭清洗井底效率。扁長(zhǎng)水孔增加鉆頭水孔徑向覆蓋區(qū)域，能擴(kuò)大水孔直接噴射冷卻清洗切削齒的區(qū)域；增加過(guò)流面積(或降低過(guò)流面積的減小量)，降低鉆頭的水力能量損失，增加水孔射流等速核的長(zhǎng)度，有利于井底的清洗，提高鉆頭巖肩