粒子射流沖擊破巖鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種粒子射流沖擊破巖鉆頭，屬于石油鉆井領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著油田勘探開發(fā)的繼續(xù)，淺層石油資源已經(jīng)開發(fā)殆盡，石油勘探開發(fā)的重點逐漸轉(zhuǎn)向深井硬地層、非常規(guī)油氣資源。在這些地層鉆井過程中，存在著鉆井速度慢、易發(fā)生井斜、鉆井成本高等問題，嚴(yán)重影響了深井硬地層、非常規(guī)油氣資源的開發(fā)速度和效益。粒子射流鉆井技術(shù)是一種有效解決該問題的方法之一，該技術(shù)通過在鉆井液中加入一定比例的鋼質(zhì)粒子，鋼質(zhì)粒子在鉆井液的攜帶下由鉆柱進(jìn)入井下鉆頭，粒子從鉆頭噴嘴高速噴出后形成高速粒子射流，高速粒子射流沖擊破碎巖石，在巖石表面產(chǎn)生一系列的沖擊裂紋，裂紋產(chǎn)生后巖石的強度迅速降低，后續(xù)鉆頭通過機械作用很容易使巖石破碎，產(chǎn)生大塊的破碎塊。通過利用粒子射流沖擊結(jié)合鉆頭機械破巖的方法，可以有效提高鉆頭的破巖效率，提高石油鉆井機械鉆速。而且粒子射流鉆井過程中，需要的鉆頭鉆壓要比常規(guī)鉆井小很多，因此產(chǎn)生的鉆頭側(cè)向力要小很多，可以防止鉆頭在鉆井過程中發(fā)生偏轉(zhuǎn)。所以利用專用的粒子射流沖擊牙輪鉆頭，既可以有效提高牙輪鉆頭機械鉆速，同時可以有效防止井斜。
[0003]粒子射流鉆頭是粒子射流鉆井技術(shù)實現(xiàn)的重要部分，粒子射流鉆頭效率會直接影響粒子射流能量利用率，并影響鉆頭能否實現(xiàn)高效機械破巖，同時粒子射流鉆頭的壽命直接關(guān)系到整個粒子鉆井技術(shù)作業(yè)運行時間。鋼質(zhì)粒子加入到鉆井液后，高速粒子從噴嘴噴出后沖擊破碎巖石，實現(xiàn)了粒子射流沖擊與鉆頭機械聯(lián)合破巖，改變了常規(guī)鉆頭的機械破巖方式。如何充分利用粒子射流能量，實現(xiàn)粒子射流高效破巖，保證粒子射流和鉆頭機械破巖的良好配合，避免粒子射流對鉆頭的沖蝕，不斷提高粒子射流沖擊效率和鉆頭壽命成為需要重點解決的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型要解決的技術(shù)問題是:提供一種能夠保證粒子射流能量充分利用，實現(xiàn)粒子射流和鉆頭機械聯(lián)合高效破巖，井底流場得到有效改善，粒子及時上返，具有較高耐沖蝕能力的粒子射流沖擊破巖鉆頭。
[0005]本實用新型所述的粒子射流沖擊破巖鉆頭，包括鉆頭本體、鉆頭刀翼、噴嘴外套、內(nèi)噴嘴及切削齒，鉆頭本體內(nèi)上部設(shè)置鉆頭內(nèi)腔，鉆頭內(nèi)腔底部設(shè)置與鉆頭內(nèi)腔連通的噴嘴流道，噴嘴流道底部貫穿鉆頭本體，噴嘴流道包括噴嘴上部流道和噴嘴下部流道，內(nèi)噴嘴安裝在噴嘴下部流道內(nèi)，內(nèi)噴嘴和噴嘴下部流道之間設(shè)置噴嘴外套，噴嘴外套的末端露出鉆頭本體底部，鉆頭本體內(nèi)設(shè)置三個內(nèi)噴嘴，噴嘴直徑存在級差。
[0006]鉆頭為roc鉆頭結(jié)構(gòu)，噴嘴外套下部要凸出鉆頭本體一定距離，保證噴嘴外套下部距離井底的距離較短。內(nèi)噴嘴長度較長，為50mm?80mm，粒子在鉆井液的攜帶下，可以在內(nèi)噴嘴內(nèi)得到很好加速，保證了粒子沖擊速度和射流速度基本一致。鉆頭本體的下部為鉆頭刀翼;每個噴嘴在鉆頭圓周方向平均分布，每個噴嘴直徑不同，通過平均布置噴嘴，噴嘴直徑存在級差，可以有效的改善井底流場，更有利于粒子高效沖擊破巖。
[0007]所述的噴嘴外套通過螺紋和噴嘴下部流道連接，內(nèi)噴嘴燒結(jié)在噴嘴外套內(nèi)部，和噴嘴外套形成一個整體。
[0008]所述的噴嘴外套材質(zhì)為不銹鋼，內(nèi)噴嘴材質(zhì)為硬質(zhì)合金。噴嘴外套材質(zhì)為不銹鋼，噴嘴外套的壁厚大、直徑大、強度高，可以很好保護(hù)內(nèi)部的內(nèi)噴嘴，內(nèi)噴嘴材料為硬質(zhì)合金，耐沖性強，可以有效提尚鉆頭嗔嘴壽命。
[0009]所述的鉆頭內(nèi)腔表面鍍鎳。為防止粒子射流對鉆頭內(nèi)腔沖蝕磨損，粒子與鉆頭內(nèi)腔的接觸面進(jìn)行化學(xué)鍍鎳處理，提高鉆頭內(nèi)腔表面的耐沖蝕性。
[0010]所述的噴嘴外套末端距離鉆頭本體底部的距離為20mm?40mm。
[0011]所述的內(nèi)噴嘴包括上部的圓錐段和下部圓柱段，圓錐段的側(cè)壁為向內(nèi)凹的弧面，圓錐段的長度與圓柱段的長度為1:6，圓柱段的內(nèi)徑和壁厚的比為1:4，圓柱段內(nèi)徑范圍為7mm?18mm，內(nèi)噴嘴軸線與鉆頭本體軸線的夾角范圍0°?10°。圓弧段實現(xiàn)粒子和鉆井液流體良好收縮，內(nèi)噴嘴圓柱段較長，粒子在噴嘴內(nèi)的加速距離較長，可以較好實現(xiàn)粒子加速。
[0012]所述的三個內(nèi)噴嘴的直徑比為0.95:1.15:1.60，相鄰內(nèi)噴嘴之間的角度為120°，內(nèi)噴嘴位置平均布置。
[0013]所述的鉆頭刀翼設(shè)置為三個，鉆頭刀翼之間的夾角為120°，鉆頭刀翼背面為平面，鉆頭刀翼上的切削齒數(shù)量為6?7個，鉆頭刀翼底部距離鉆頭本體底部之間的距離為120?160mm。鉆頭刀翼數(shù)為三，鉆頭刀翼背部為平面，可以更好的利于粒子反彈之后的上返。鉆頭刀翼之間的橫向距離大為30mm?50mm，縱向距離大，兩個方面的因素使鉆頭刀翼間的空間較大，這樣可以保證完成沖擊巖石后的粒子能夠得到及時的上返，順利的離開井底，同時避免對鉆頭本體的沖蝕磨損。
[0014]本實用新型的有益效果是:
[0015]粒子從鉆頭噴嘴高速噴出后形成高速粒子射流，高速粒子射流沖擊破碎巖石，在巖石表面產(chǎn)生一系列沖擊裂紋，裂紋產(chǎn)生后巖石的強度迅速降低，后續(xù)鉆頭通過機械作用很容易使巖石破碎，產(chǎn)生大塊的破碎塊。通過利用粒子射流沖擊結(jié)合鉆頭機械破巖的方法，可以有效提尚鉆頭的破巖效率，提尚石油鉆井機械鉆速。而且粒子射流鉆井過程中，需要的鉆頭鉆壓要比常規(guī)鉆井小很多，產(chǎn)生的鉆頭側(cè)向力要小很多，可以防止鉆頭在鉆井過程中發(fā)生偏轉(zhuǎn)。利用專用的粒子射流沖擊牙輪鉆頭，既可以提高牙輪鉆頭機械鉆速，同時可以有效防止井斜。
[0016]鉆頭刀翼背部為平面，如果鉆頭刀翼為弧形，粒子沖擊反彈后容易沖擊鉆頭刀翼，對鉆頭刀翼造成沖蝕，采用平面鉆頭刀翼可以更利于粒子的上返。鉆頭內(nèi)腔的表面進(jìn)行化學(xué)鍍鎳處理，提高鉆頭內(nèi)腔表面的耐沖蝕性，提高鉆頭的工作壽命。
[0017]噴嘴外套的壁厚大、直徑大，噴嘴強度較高，因此噴嘴外套可以有效保護(hù)內(nèi)部硬質(zhì)合金噴嘴不受碰撞損壞。為了增加鉆頭刀翼間的空間，方便粒子上返，避免碰撞，需要提高鉆頭本體距離井底縱向距離;采用了噴嘴外套和內(nèi)噴嘴結(jié)構(gòu)，噴嘴外套距離井底的距離要比普通roc鉆頭的距離短。因此粒子射流從鉆頭噴嘴噴出后達(dá)到井底距離要比常規(guī)鉆頭小，有效減小了粒子射流達(dá)到井底的運動距