[发明专利]用于粒子冲击钻井技术钻头

说明书

技术领域：

本发明涉及一种石油钻探用钻头，适用于坚硬、极坚硬和耐磨性强的地层钻井。

背景技术：

随着我国对油气资源的需求量不断增加，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、井斜等，导致在硬地层钻井过程中出现钻速低、钻井周期长、成本高等问题，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Curlett H.B.、Sharp D.P.和Gregory M.A.等人，提出了粒子冲击钻井技术，粒子冲击钻井技术主要包括粒子注入系统、粒子回收系统和粒子冲击钻头三个部分。其中粒子冲击钻头的设计和加工是其中的关键技术之一，粒子冲击钻头(Particle Impact Drilling Bit)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破岩工具，在硬地层钻井中具有很好的破岩性能，主要表现在改变了常规PDC钻头的结构、依靠粒子磨料射流和切削齿破岩，钻进速度快，钻速高。

粒子冲击钻井钻头的破岩方式是粒子冲击和钻头切削齿联合破岩的方式，通过先期粒子冲击破岩形成体积破碎坑，在三个喷嘴作用下形成岩石环脊，岩石环脊释放了原有的应力，使得沿切削齿作用方向的岩石的“压持效应”消失，岩石环脊的内外压力接近，岩石的强度降低容易破碎。自该技术的提出，经过一系列的室内和现场试验，通过对钻头结构及材质的优化，经历了以下几种钻头结构：

(1)首先出现的是四钻头侧翼、四喷嘴、中心体无喷嘴结构的钻头，该钻头有四个钻头侧翼、钻头侧翼之间各有一个小排屑槽，排泄槽有四个。四个喷嘴分别布置在四个钻头侧翼上，中心体上没有喷嘴，喷嘴形状为圆柱型喷嘴，有四个内流道，分别与四个喷嘴相连接。但该钻头存在以下缺陷：

①钻头侧翼数太多导致每个钻头侧翼的体积太小，强度不够；

②排屑槽太小，岩屑不能及时排除；

③钻头中心体上无喷嘴，破岩效率不高；

④喷嘴布置位置、角度和结构不合理，破岩效率不高和喷嘴的寿命太低。

(2)紧接着出现了四钻头侧翼、五喷嘴、中心体有喷嘴结构的钻头，该钻头有四个钻头侧翼，钻头侧翼之间各有一个小排屑槽，排泄槽有四个。喷嘴共有五个，其中有四个喷嘴分别布置在四个钻头侧翼上，一个安装在中心体上，喷嘴形状为圆柱型喷嘴，有五个内流道，分别与五个喷嘴相连接。该钻头解决了上文提到的钻头破岩效率不高的问题，但还有以下几个问题没有解决：

①钻头侧翼数太多导致每个钻头侧翼的体积太小，强度不够；

②排屑槽太小，岩屑不能及时排除；

③钻头内流道结构不合理；

④喷嘴布置位置、角度和结构不合理，破岩效率不高和喷嘴的寿命太低。

(3)三钻头侧翼、四喷嘴、中心体有喷嘴结构的钻头，该钻头有三个钻头侧翼，三个钻头侧翼之间各有一个排屑槽，排泄槽有三个。喷嘴共有四个，其中三个喷嘴分别布置在三个钻头侧翼上，一个安装在中心体上，喷嘴形状为圆柱型喷嘴，有四个内流道，分别与四个喷嘴相连接。该钻头仍存在以下问题：

①钻头侧翼和排屑槽不够大，岩石的排除效率不高；

②钻头内流道结构和安装位置不合理，内流道冲蚀比较严重；

③喷嘴布置位置、角度和结构不合理，破岩效率不高和喷嘴的寿命太低；

④钻头切削齿的配合关系、结构和安装位置不合理。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是要提供一种能够用于粒子冲击钻井过程中的粒子冲击钻头。

本发明的技术问题按以下方案实现：粒子冲击钻头主要由钻头基体、钻头中心体、钻头侧翼、保径齿、排屑槽、切削齿和喷嘴组成，钻头侧翼和钻头中心体联成一体，钻头上部为钻头基体，下部连接着钻头中心体，在中心体的两侧分别有一个钻头侧翼，钻头的两个钻头侧翼与中心体之间有两个大排泄槽，保径齿分布在两钻头侧翼外侧表面，切削齿分布在钻头侧翼低面和中心体上。