[实用新型]一种具有横向喷射水力结构的PDC钻头

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等领域使用的钻探用钻头，具体的讲是涉及一种具有横向喷射水力结构的PDC钻头。

背景技术

PDC钻头水力结构的主要功能是有效地清除井底岩屑和冷却PDC齿，因此水力结构对钻头的破岩效率有较大影响。由于PDC钻头钻速快、产生的岩屑多,在软泥岩地层，钻压过大，地层或钻屑与钻头表面形成直接接触，造成钻头泥包。钻头泥包后PDC齿吃入地层困难，降低钻头的机械钻速。

PDC齿具有很高的硬度和耐磨性，但PDC齿的缺点是热稳定性差，在工作中，切削齿底部磨损面在压力作用下一直与岩石表面滑动摩擦要产生大量的摩擦热，当切削齿清洗冷却条件不好，局部温度较高时，就有可能导致切削齿的热摩损（350-700℃时切削齿的磨损速度很快，这一现象称为切削齿的热磨损）而影响钻头正常工作，所以钻头要避免热磨损出现就必须有很好的水力清洗冷却，润滑作用配合工作，这就是要求钻井液从水眼流出后水力分布要合理，能有效地保护切削齿，这即是对钻头水力计的基本要求之一。

PDC钻头的水力结构及水力参数引起的井底岩屑的清除程度对钻进时的机械钻速有较大的影响。井底岩屑清除是依靠钻头水眼的射流水力来完成的，在现有技术中由于水眼设置在钻头刀翼之间的排屑槽上，在水眼四周形成低压区，部分岩屑被高压的水力包围在该区域内难以有效的清除，特别是在深井作业中，往往由于水力功率不够，井底岩屑更加清除不充分，使岩屑留在井底而造成重复切削，导致实际水力结构及水力参数对钻速有较大的影响。

实用新型内容

针对上述存在的问题，本实用新型要解决的技术问题是提供一种具有横向喷射水力结构的PDC钻头，这种钻头改进了钻头的水力结构设计，能够使钻头达到较好的清洗效果，减少泥包的几率；还能加强PDC齿的清洗和冷却，使钻头的寿命达到最大化，通过提高岩屑清楚效率，使钻头获得更高的机械钻速。

为了解决上述技术问题，本实用新型一种具有横向喷射水力结构的PDC钻头包括成为一体的钻头体、刀翼、排屑槽和水眼，其特征在于：所述排屑槽在相邻的刀翼之间，排屑槽的左侧为刀翼的前端面，排屑槽的右侧为刀翼的后端面；所述刀翼的前端面上钎焊有用于切削岩石的PDC齿；所述水眼包含常规水眼和横向水眼，该常规水眼设置于刀翼右侧的排屑槽上，而横向水眼设置在刀翼的径向端面处。

在上述技术方案中，所述横向水眼的水力喷射出口方向指向对面的排屑槽，且横向水眼的出水孔中心线与其所指向的排屑槽左侧刀翼的内锥线相交的夹角小于等于5°。如果该夹角偏大并刀翼上方偏转，会降低横向水眼射流对PDC齿的冷却效果；如果该夹角偏大并向排屑槽表面偏转，会使横向水眼射流对钻头体直接冲击，对钻头体造成不必要的过大水力冲蚀。合理的喷射角度使横向水眼的射流基本沿着刀翼上PDC齿的从钻头内侧到钻头外侧的布齿方向，因此横向水眼的水力喷射到井底返回的钻井液能够加强对PDC齿进行有效的清洗和冷却，达到延长PDC齿寿命的作用。

所述横向水眼通过弯曲的水道与钻头的中心水道接通。钻井液通过钻头的中心水道，进入上述的弯曲水道从横向水眼射流出来形成水柱。

钻井液从水眼射流出来后形成的水柱直径逐渐变大，为了使射流水柱不能直接冲击刀翼上的复合片导致冲击损坏，因此需使射流水柱需与PDC齿端面保持合适的空间距离，而射流水柱又不能距离PDC齿端面太远，太远又影响到PDC齿的冷却效果。因此所述横向水眼的出水孔中心线与刀翼右侧面的距离d为15mm—25mm。

作为优选所述水道的出水孔中心线与刀翼右侧面的距离d为20mm。

在钻头上设置的横向水眼数量为1个或2个。对于只设置1个横向水眼的PDC钻头，所述横向水眼设置于刀翼中的第二长刀翼的径向端面处，喷射出口方向指向刀翼中最长的刀翼右侧的排屑槽,该排屑槽内没有设置常规水眼。虽然钻头上只设置一个横向水眼，但是钻头在井底转动一周，所述横向水眼的射流水柱能对井底进行360°的井底岩屑清除。

对于设置２个横向水眼的PDC钻头，在刀翼中最长刀翼和第二长刀翼右侧的排屑槽上都没有安装有常规水眼，其中在最长刀翼的径向端面处设置的横向水眼喷射出口方向指向第二长刀翼右侧的排屑槽，第二长刀翼的径向端面处设置的横向水眼喷射出口方向指向最长刀翼右侧的排屑槽。由于钻头上设置了2个横向水眼，能够明显加强对井底岩屑的清除，提高钻进液的携岩能力，降低PDC齿重复切削岩石的可能性，达到提高机械钻速的作用。

由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：