[发明专利]一种可变式钻头喷嘴

说明书

本发明公开了一种可变式钻头喷嘴，包括本体，本体内设有贯通本体顶部的流道；流道顶部内壁连接有阀座，阀座上偏离中心处开有与流道连通的水孔；阀座中心处设有由顶部贯穿至流道内的螺栓；螺栓底部丝扣连接有阀芯，阀芯处于流道内；螺栓上套设有弹簧，弹簧处于阀芯和阀座之间；本体底部开有与流道连通的流道出口；流道出口处于阀芯正下方；结构简单、原理可靠、制造容易、成本低廉，在基本不增加功率消耗的前提下，提高钻头水功率，有效提高钻井泵的工作效率，减少非钻进工作时间，大幅度提高钻井速度与生产效率；可变式钻头喷嘴突破了以往钻头喷嘴过流面积不变条件下设计钻头水功率的局限，将为喷射钻井理论与技术的发展起到积极推动作用。

技术领域

本发明涉及钻井设备技术领域，具体涉及一种可变式钻头喷嘴。

背景技术

钻头喷嘴是把钻头压降转变为钻头水功率的装置。钻井过程中，钻井液经过钻井泵加压通过高压管线、钻柱内腔到达钻头喷嘴，钻头喷嘴将高压钻井液的压力转换为井底清岩、破岩的水功率后钻井液由钻柱与井筒之间的环形空间返回地面循环系统；钻井液在钻井过程中主要起传递钻井泵功率、井底清岩破岩、冷却润滑钻头钻柱、携带岩屑、平衡地层压力等作用。

钻井过程中，随着井眼的不断加深，钻井液的流动压力损耗逐渐增加，造成了钻进泵压的持续升高，当泵压升高到泵的额定工作压力时就不得不起钻更换更大的钻头喷嘴，从而减小钻头压降来维持继续钻进，这样就会大大的增加非钻井的工作时间，降低了工作效率，非常不利于钻井工作的进行。

发明内容

本发明的目的在于钻头在井底就能根据需要改变喷嘴流道出口过流面积，从而降低钻头压降，提高钻井泵工作效率，减少起下钻时间，提高钻井生产效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种可变式钻头喷嘴,由本体、流道、阀三部分组成；本体外形一般为圆柱体，圆柱体内部设有流道，一端为流体入口，另一端为流体出口；流道进口设计分为椭圆型、圆弧型、双圆弧型、锥线型和流线型等不同形状，流道出口端面一般为圆形；阀由阀芯、弹簧、螺栓、阀座组成；螺栓依次穿过阀座、弹簧、由丝扣旋紧于阀芯中，阀座上有水孔并由丝扣连接在可变式钻头喷嘴的流体入口端，阀芯材料是硬质合金，外形可以是锥形或者与流道进口内表面相吻合。

目前制造喷嘴的材料一般是硬质合金，一旦下井，喷嘴流道出口过流面积就不能改变，所以，当钻井泵的排量一定时，钻头压降就是个定值。本发明的核心就是使得钻头喷嘴在井下仍然可以根据需要增加喷嘴流道出口过流面积，降低钻头压降，从而达到降低钻井泵压力的目的。

改变喷嘴流道出口过流面积有多种形式，例如采用记忆合金材料控制、钻具内外压差控制、弹簧控制、地面遥控等方式，调节制造钻头喷嘴材料的冲蚀速度，也可以改变喷嘴流道出口过流面积，对于通过改变喷嘴流道出口过流面积来调节钻头压降的所有方式都在本发明的权利保护范围之内。

阀中的弹簧材料是记忆合金材料或是普通弹簧钢，弹簧为记忆合金材料时，随着井深的增加，钻头喷嘴处温度不断升高，当达到记忆合金的变形温度时，弹簧收缩阀芯向上移动，可变式钻头喷嘴流道出口过流面积变大，减低了钻头压降。弹簧为普通弹簧钢时，随着井深的增加，钻头喷嘴处环空压力不断升高，作用在阀体下部的压力逐渐增加，这个压力通过阀芯传到弹簧上，压缩弹簧带动阀芯向上移动，可变式钻头喷嘴流道出口过流面积变大，减低了钻头压降。阀芯的向上移动降低的钻头压降抵消了由于井深增加而升高的那部分泵压，从而避免了泵压超过钻井泵的额定工作压力。

调节制造钻头喷嘴材料的冲蚀速度。通过调节钻头喷嘴材料的耐冲蚀性能，使得钻头喷嘴的出口过流面积逐渐增大，那么钻头压降就会逐渐降低，这样也可以抵消由于井深增加而升高的那部分泵压，从而避免了泵压超过钻井泵的额定工作压力。