[实用新型]一种用于全面钻进的金刚石钻头

说明书

本实用新型涉及一种适用于全面钻进的金刚石钻头，包括钻头体、设置在钻头体上的水孔、延伸自钻头体或固定在钻头体上的若干个刀翼，刀翼上设置有固定切削元件，其特征在于：钻头还包括至少一个喷嘴，喷嘴包括混流体，混流体上形成混流腔、出射口、与所述混流腔相通的中心孔、至少一个与混流腔相通的切入槽；中心孔用于在混流腔中形成液体直流，切入槽用于在混流腔中形成液体旋流；出射口用于形成所述混流腔中液体喷出的通道。本实用新型能有效改善现有钻头在破岩过程中由于水力结构的不合理而造成的钻头工作寿命缩短以及钻进能力下降的问题。

技术领域

本发明属于石油天然气钻探工程、矿山工程、建筑基础工程钻孔施工、地质钻探、地热钻探、水文钻探、隧道工程、盾构及非开挖等技术设备领域，特别是涉及一种适用于全面钻进的金刚石钻头。

背景技术

钻头是钻井工程中用以破碎岩石、形成井筒的破岩工具，常用的有聚晶金刚石复合片钻头(PDC钻头)、牙轮钻头以及孕镶金刚石钻头。PDC钻头依靠高硬度、高耐磨性、具有自锐能力的聚晶金刚石复合片来剪切岩石，PDC钻头凭借在软到中硬地层中机械钻速高、寿命长，钻进成本低等优点，在油气勘探、地热钻井作业等工程中得到了广泛使用。以PDC钻头为代表的固定切削齿钻头通常都具有若干个刀翼，刀翼上沿着钻头径向设置有多个切削元件(对PDC钻头，切削元件主要是聚晶金刚石复合片，简称复合片或PDC齿)。

除切削结构以外，钻头上的水力结构对钻头的破岩效率、使用寿命也具有重要作用，即冷却切削齿、清洗井底、运移岩屑、辅助破岩等。由于工艺简单，目前钻头中使用的喷嘴多为直射流喷嘴，它所形成的高速射流束较细小，直接喷射冷却、清洗切削齿的区域范围也很小，而大部分切削齿则依靠水力能量不足的漫流来冷却。随着井深的增加，地层可钻性越来越差，其主要表现为温度高、研磨性强等，这些岩石性质条件可能存在各种复杂的组合、变化，且一般都具有较大的不可预知性，特别是在深井、超深井的深部地层表现尤其突出。当钻头钻遇这些地层时，切削齿温升快、温度高，一旦清洗、冷却不充分，很容易造成热磨损，这是深部地层钻头常见的非常规失效之一。特别是近年来地热钻井的迅速发展，钻头的工作温度高达150°或更高，如不能及时对切削齿冷却和清洗，钻头和切削齿的温度过高，将会显著降低钻头的使用寿命和钻进性能

采用常规喷嘴的钻头，其大部分区域的井底清洗、排屑主要是用经喷嘴后的漫流(低速)来完成。钻进软质、粘性强的地层时，钻头钻速非常快，形成的岩屑较多，由于漫流携岩能力的不足，不能及时将岩屑带入环空，容易造成岩屑和泥浆的混合物附着在钻头体或刀翼上，造成钻头泥包。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有钻头水力结构的不足，提出一种用于全面钻进的金刚石钻头，有效改善钻头在破岩过程中由于水力结构的不合理而造成的钻头工作寿命缩短以及钻进能力下降的问题。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

本发明提出了一种用于全面钻进的金刚石钻头，包括钻头体、设置在钻头体上的水孔、延伸自钻头体或固定在钻头体上的若干个刀翼，刀翼上设置有凹窝用以固定切削元件，钻头上还包括至少一个喷嘴；喷嘴包括混流体，混流体上形成混流腔、出射口、与混流腔相通的中心孔、至少一个与混流腔相通的切入槽；中心孔用于在混流腔中形成液体直流，切入槽用于在混流腔中形成液体旋流；出射口用于形成混流腔中液体喷出的通道。

对于本发明所涉及的钻头体、水孔、刀翼为本领域公知的概念，在此不做赘述，可以参考图1、7、11、12及图13，为本发明钻头的结构示意图，其中，1为钻头体、2为刀翼、3为水孔。