[实用新型]一种新型排屑结构的空气锤钻头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新型排屑结构的空气锤钻头，属于石油天然气气体钻井井下工具领域。

背景技术

气体钻井技术是以空气作为循环介质的一种欠平衡钻井技术。空气替代常规钻井中的钻井液，在钻柱内外循环，其主要承担以下几个方面作用：为空气锤钻头传递动力；携带岩屑，清洗井底；冷却钻头和钻具。空气锤钻头排屑结构直接影响钻头的排屑能力，能否有效地保护井壁，减小其对井壁的冲蚀破坏作用，为井底岩屑的排出提供良好的通道。

根据现场调研发现，空气锤钻头存在排屑不畅，尤其是钻头中心部位存在泥包的现象，导致岩屑不能及时排出井底，岩屑在井底堆积并被重复破碎，严重影响破岩效率和钻井速度，导致钻头的使用寿命短，增加钻头起下钻次数，极大增加钻井成本。另一方面由于高速气流对井壁的冲刷破坏现象十分严重，常导致井漏的发生，大量气体从井壁裂纹处漏失，严重时会造成井壁垮塌，进而造成卡钻、埋钻等井下事故的发生。因此，迫切需要研制出一种提高排屑能力和具有保护井壁稳定性的空气锤钻头，以推动空气锤钻井技术的发展。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种新型排屑结构的空气锤钻头，能提高钻头排屑能力，降低井底温度，保护井壁。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型一种新型排屑结构的空气锤钻头，主要由钻头体和钻头齿组成。钻头体主要包括中心平面、小排屑槽、主喷嘴、侧喷嘴、扇形排屑槽构成；钻头齿均为硬质合金球齿。在钻头体的中心平面对称设计了两个主喷嘴，所述主喷嘴的直径为28-30mm，两个主喷嘴之间的圆心距离为58-64mm，主喷嘴倾角为10°-15°；同时在钻头体的中心平面设置了四个扇形排屑槽，扇形排屑槽角度为5°-8°，每个扇形排屑槽设置了一个侧喷嘴，侧喷嘴的直径为18-22mm，侧喷嘴倾角为30°-35°。钻头边缘设置了多个小排屑槽，以增加钻头排屑能力。所述钻头牙齿均是硬质合金齿。

本实用新型的有益效果：1、降低流场中漩涡区域的大小和强度，消除井底中心的滞流和回流现象，减小岩屑被重复带回井底的几率，避免了井底岩屑的重复破碎，提高中心区域的排屑能力。2、较常规空气锤钻头相比，增大了高压气体流场的漫流层区域，可以起到降低井底温度，保护钻头齿在钻井破岩时产生的热疲劳效应，提高钻头的使用寿命，达到缩短钻井周期，降低生产成本。3、提高气体携带岩屑能力，减少了气流对井壁的冲刷，从而起到了保护井壁的作用。

附图说明

图1为本实用新型一种新型排屑结构的空气锤钻头的结构示意图。

图2为本实用新型的主喷嘴结构示意图。

图3为本实用新型的侧喷嘴结构示意图。

图中：1.中心平面；2.小排屑槽；3.硬质合金齿；4.主喷嘴；5.侧喷嘴；6.扇形排屑槽；7.主喷嘴流道；8.侧喷嘴流道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1、图2和图3所示，本实用新型一种新型排屑结构的空气锤钻头，主要由钻头体和钻头齿组成，钻头体主要包括中心平面1、小排屑槽2、主喷嘴4、侧喷嘴5、扇形排屑槽6构成，钻头齿均为硬质合金球齿3。在钻头体的中心平面1对称设计了两个主喷嘴4，所述主喷嘴4的直径为28-30mm，两个主喷嘴4之间的圆心距离为58-64mm，主喷嘴流道7中心线与中心平面1垂线的夹角为α，即主喷嘴倾角，α为10°-15°。高压气体通过主喷嘴流道7冲击井底，在井底形成漫流层，使岩屑与基岩分离，克服了常规钻头中心平面1中心区域存在的泥包现象，提高了破岩效率，漫流层将岩屑携带至小排屑槽，排出井外。同时，漫流层充斥整个井底，可以降低硬质合金齿3温度，减少硬质合金齿3的热疲劳效应，提高硬质合金齿3的使用寿命。

在钻头体的中心平面1设置了四个扇形排屑槽6，扇形排屑槽6的旋转角度为5°-8°，每个扇形排屑槽6设计了一个侧喷嘴5，侧喷嘴5的直径为18-22mm，侧喷嘴流道8中心线与中心平面1垂线的夹角为β，即侧喷嘴倾角，β为30°-35°。钻头边缘设置了多个小排屑槽，以增加钻头排屑能力。主喷嘴4冲击井底形成漫流层，将岩屑携带至扇形排屑槽6，高压气体通过测喷嘴流道8，快速将扇形排屑槽6内的岩屑携带到钻杆与井壁之间的环形空间，排出井外。