[实用新型]一种连续截流脉动喷射提速钻头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种石油勘探开发中破碎井底岩石用钻头，具体涉及一种连续截流脉动喷射提速钻头。

背景技术

随着水平井、大位移井、多底井等钻井技术在石油勘探开发过程中扮演着越来越重要的角色。在钻井过程中，井眼条件越来越复杂、井斜角的增大、水平段长度的增长等使得井底清洗、岩屑上返及提高机械钻速等方面均面临是俱多挑战。

传统钻井方式在钻井过程中能量传输、转换、分配和利用一直存在着效率低等问题。虽然旋转冲击钻井、井下增压钻井均可以不同程度的提高机械钻速，但由于其寿命及稳定性差，所以一直未能在现场大规模使用。而脉冲射流辅助钻井技术在现场取得了一定的效果但因其寿命较短，因而也存在一定的局限性。脉冲射流辅助钻井技术主要是通过装在钻头底部的胎体上脉冲喷嘴的作用来产生脉冲效果，目前普遍应用的射流方法主要包括：连续直射流、脉冲射流、旋转射流和空化射流，而这些射流方法均存在有各自的不足。

此外，近年来有学者研发了脉冲空化多孔喷嘴射流，即通过改变多空喷嘴的结构，形成一种能够产生脉冲射流和空化射流耦合而成的脉冲空化多孔喷嘴射流，进而可高效的利用水力能量，有效提高破岩效率，形成较大孔深的水平井眼。但是，在围压存在的条件，其射流也存在衰减较快，射流形成的孔眼直径小，形状不规则，射流反冲击力大等问题。

基于以上分析，为了改善井底流场及井底岩石的受力状况，减少井底压持效应和岩石的围压，充分利用水力能量，提高射流清岩和辅助破岩的能力。本实用新型专利设计了一种连续截流脉动喷射钻头。

实用新型内容

本实用新型的目的在于为石油与天然气钻井工程领域提供一种连续截流脉动喷射提速钻头。旨在通过钻头水眼内的连续截流机构将水眼内高压流体的连续流动转变成间歇、变量流进入钻头水眼底部的喷射孔，并经射流喷嘴在出口形成脉动涡环射流，以波动冲击的方式作用于井底；此外，通过钻头本体底部的旁通泄流喷嘴和五组射流喷嘴交替形成的脉动冲击循环作用于井底，从而实现井底高速水射流在喷射破岩和脉冲空化两种作用模式间连续转换，减少井底压持效应和岩石的围压，提高射流清岩和辅助破岩的能力，提高机械钻速。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种连续截流脉动喷射提速钻头主要由钻头本体、连续截流机构组成；连续截流机构安装在钻头本体水眼内，连续截流机构的螺旋转子在高压流体的驱动下旋转并带动截流转盘形成连续截流，将钻头水眼内高压流体的连续流动转变成间歇、变量流进入钻头水眼底部的喷射孔，并经射流喷嘴在出口形成脉动涡环射流，以波动冲击的方式作用于井底；此外，通过钻头本体底部的旁通泄流喷嘴和五组射流喷嘴交替形成的脉动冲击循环作用于井底，从而实现井底高速水射流在喷射破岩和脉冲空化两种作用模式间连续转换，减少井底压持效应和岩石的围压，提高射流清岩和辅助破岩的能力。

钻头本体上端有连接公螺纹，水眼内设有上下两组台阶，分别用以安装连续截流机构的驱动引流坏和过渡支撑环；水眼底部均布有五组喷射孔和旁通泄流孔，外侧均布五组切削翼，旁通泄流孔在钻头本体底部汇成单个喷射孔，喷射孔和旁通泄流孔的出口处均装设有射流喷嘴，将高压流体转变成高速水射流。

连续截流机构包括驱动引流环、螺旋转子、密封组件、支撑轴承、过渡支撑环、传动短轴、截流转盘；驱动引流环中心有球面导流头，中间有圆形限流筒，外圈定位在钻头本体水眼内上台阶处；导流头内部有上支撑轴承和上组合密封的安装孔，在导流头与限流筒之间及限流筒与外圈之间均布有四组长圆型引流孔；过渡支撑环与驱动引流环的下端链接，螺旋转子安装在驱动引流环的限流筒内，上下两端均装有支撑轴承和密封件，并分别与驱动引流环、过渡支撑环连接；传动短轴连接螺旋转子和截流转盘，以传递扭矩；截流转盘沿轴向均布有五个截流斜孔，截流转盘在螺旋转子的驱动下旋转，转盘的五个截流斜孔与钻头本体水眼底部的喷射孔连续的交错，水眼内高压流体转变成间歇、变量流进入水眼底部的喷射孔。

高压流体流经驱动引流环后被分流成两部分，一部分从导流头与限流筒之间的引流孔进入到限流筒以驱动螺旋转子旋转，并随螺旋转子螺旋流动至下端过渡支撑环的内过流孔流出；另一部则从限流筒与外圈之间引流孔进入限流筒与水眼间的环空，再流经过渡支撑环的外过流孔至水眼的底部；从过度支撑环流出的高压流体合流后，一部分随着截流转盘的旋转而间歇、变量的进入到喷射孔，以脉动冲击的方式喷射至井底；另一部分则从旁通泄流孔汇流至旁通泄流喷嘴喷射至井底中心位置。