[实用新型]射流冷裂式干热岩潜孔锤钻头

说明书

射流冷裂式干热岩潜孔锤钻头，属于干热岩钻探钻具技术领域，包括钻头体、钻井液流道、球齿及钻井液喷射孔，所述钻头体的工作面包括中间平面部及位于中间平面部外围的倾斜部；所述钻井液流道设置在钻头体中部，并沿钻头体轴向布置；所述钻井液流道设置在钻头体中部，并沿钻头体轴向布置；所述球齿包括底面齿和边齿，底面齿设置在中间平面部上，边齿设置在倾斜部上，每两个相邻的边齿之间设置有一个钻井液喷射孔；所述钻井液喷射孔与钻井液流道相通，钻井液喷射孔的中心轴线与钻头体的中心轴线的夹角呈锐角。本实用新型的钻头，可在钻头的边齿冲击破碎高温干热岩之前，对干热岩进行射流冷却降低干热岩岩体强度，提高干热岩的钻进效率。

技术领域

本实用新型属于干热岩钻探钻具技术领域，特别涉及一种射流冷裂式干热岩潜孔锤钻头。

背景技术

地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点，是一种现实可行且具有竞争力的清洁能源。与水热型地热资源相比，更多的地热能储存于地下无水或少水的高温岩体中形成干热岩型地热资源。

钻井是干热岩开发的关键环节。目前，干热岩开发过程中，钻井成本占到总成本的70％左右。过高的钻井成本与较长的钻井周期严重制约了干热岩的大规模开发利用。

目前钻井成本居高不下，对干热岩开发有严重制约的原因主要分为两种：一是干热岩地层多为高温高压下形成的火成岩与变质岩，如花岗岩、花岗闪长岩、石英岩、玄武岩等，地层研磨性强、可钻性差，一些岩层单轴抗压强度可达240MPa以上。二是常规回转钻进方法，碎岩效率低，钻头磨损快。运用潜孔锤钻进技术为大幅提高干热岩硬岩钻进效率提供了可能。液动潜孔锤与气动潜孔锤相比，由于其驱动介质的不可压缩性，在深孔及超深孔的高围压工作条件下适应性更强，并且效率高，能耗低，应用领域更为广泛，球齿钻头是与潜孔锤配套使用的一种钻头。如何对高温高压的火成岩进行预处理降低其破坏强度是提高干热岩钻进速度的另一种有效方法。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：为了解决现有干热岩开发周期长及成本高的难题，本实用新型提供一种射流冷裂式干热岩潜孔锤钻头，可在钻头的边齿冲击破碎高温干热岩之前，对干热岩进行射流冷却降低干热岩岩体强度，提高干热岩的钻进效率。

射流冷裂式干热岩潜孔锤钻头，其特征在于：包括钻头体、钻井液流道、球齿及钻井液喷射孔，所述钻头体的工作面包括中间平面部及位于中间平面部外围的倾斜部；所述钻井液流道设置在钻头体中部，并沿钻头体轴向布置；所述球齿包括底面齿和边齿，底面齿设置在中间平面部上，边齿设置在倾斜部上，每两个相邻的边齿之间设置有一个钻井液喷射孔；所述钻井液喷射孔与钻井液流道相通，钻井液喷射孔的中心轴线与钻头体的中心轴线的夹角呈锐角。

进一步，所述钻头体上还设置有排屑孔。

优选的，所述钻井液流道的直径与整个钻头体的最大径向距离比值为25％～40％。

优选的，所述钻井液喷射孔的中心轴线与钻头体的中心轴线的夹角呈20°～60°。

优选的，所述钻井液喷射孔呈圆形。

通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：本实用新型的干热岩潜孔锤钻头可在边齿对干热岩进行冲击破坏之前，用高速喷出的钻井液对干热岩进行急速冷却降低干热岩的破坏强度并产生裂纹，提高干热岩钻进的速度；持续高速喷出的钻井液携带被边齿冲击破坏后的岩屑向孔底两侧流动，保证了排屑效率。本实用新型钻头体上钻井液喷射孔的中心轴线与钻头体的中心轴线的夹角呈锐角，保证在冷却边齿前方高温干热岩的同时，后续被边齿破碎后的岩屑能跟随钻井液运动到井壁周围，这样设置钻井液喷射孔的角度既起到了射流冷却的效果，又保证了岩屑的正常排出。本实用新型钻头体上钻井液喷射孔数量根据边齿数量而设置，保证钻井液喷射孔数量足够，在边齿冲击之前能对边齿前方干热岩进行冷却。本实用新型钻头体上钻井液喷射孔设置在边齿之间，在保证冷却效果的同时，尽量减少了钻井液喷射孔的数量。