[发明专利]一种用于牙轮钻头的喷嘴

说明书

本发明属于石油及地质部门钻井用牙轮钻头喷嘴，是一种带有抽喷腔的定向脉冲喷嘴。

在牙轮钻头喷嘴技术领域里，主要有普通喷嘴（图1）、中长喷嘴（图2）和脉冲喷嘴（图3）。美国休斯工具公司、史密斯公司、瑞得公司和赛克瑞特公司生产的牙轮钻头主要用普通喷嘴，如专利US4673045，US4793426，也开始使用中长喷嘴，如专利US4687067，US4784231，国内江汉钻头厂和其他一些厂家也生产这两种喷嘴。中国专利（89201391.5）提出一种脉冲喷嘴。这些喷嘴都只是单纯依靠来自钻柱这个密闭空间的泥浆清洗井底，并不具备充分利用从井底上返的部分泥浆和携带的岩屑再喷向井底的抽喷功能。现行的脉冲喷嘴在实施中采用了整体式压制工艺，这种工艺由于喷嘴出口直径上部的尖角处压制密度低，抗泥浆冲蚀能力差，故喷嘴的寿命较低。现有技术存在的第三个问题是用卡簧固定喷嘴后，取出卡簧和更换喷嘴困难较大。

本发明的目的在于提供一种在原有喷嘴基础上改进设计的能抽吸从井底上返的部份泥浆和岩屑、清洗井底和辅助破岩效率高、经久耐用、而且是起取方便的定向脉冲喷嘴。

本发明的改进设计是由以下方案完成的。

1、对现行的脉冲喷嘴进行两项改进：一是将上喷嘴和下喷嘴单独制造成型，然后组焊或粘接成一体，从工艺上保证喷嘴出口直径上部的密度。二是上、下喷嘴中间的脉冲腔由主振腔和谐振腔构成，下喷嘴孔沿中心线偏斜一定角度，增大自激振荡脉冲腔的容积和脉冲能量及定向清洗井底的效果。

2、在喷嘴的出口处增设一段抽喷腔（图4和图5），其内径略大于喷嘴出口直径，抽喷腔设计有吸入孔。当来自钻柱的泥浆以高速从喷嘴喷出时，在喷嘴出口周围产生一个低压区。根据抽吸原理在吸入孔周围的部份上返泥浆和岩屑从吸入孔吸进抽喷腔，然后又与高速主射流汇合从抽喷腔出口处喷向井底。这种带有岩屑的高速定向脉冲射流对井底有更好的清洗作用和辅助破岩作用。

3、在安置卡簧的端面上加工一个适当深度的弓形台阶（图6），增加取卡簧时卡簧钳尖的插入深度，避免卡簧钳打滑和磨损，使得取卡簧工作变得可靠容易，有利于延长卡簧钳的寿命。在卡簧钳离开卡簧槽后用一铁棍（或起子）插进喷嘴的吸入孔，很容易转动喷嘴和撬出喷嘴。

因此，本发明由上喷嘴和下喷嘴组焊或粘接为一体，下喷嘴孔沿中心线偏斜一定角度，中间的脉冲腔设计有主振腔和环形谐振腔，喷嘴出口处设计有带吸入孔的抽喷腔而构成。

本发明与现有技术相比有明显的优点：

1、经抽喷腔喷出的泥浆由于吸入了部份上返的泥浆，增加了排量和射流对井底的冲击力，有利于清洗井底;

2、本发明是一种定向脉冲喷砂喷嘴，砂子的来源是钻头牙齿破岩产生的大量的岩屑的一部份，这些泥浆携带的岩屑被抽进喷嘴与高速主射流汇合喷向井底有更好的定向清洗效果和较大的破岩作用，有利于钻头工作指标的提高;

3、有利于起出卡簧和喷嘴，且可提高卡簧钳的使用寿命;

4、改进后的脉冲喷嘴增大了脉冲腔的空间，并使下喷嘴质量得到保证，提高了喷嘴产生脉冲的能量和整体的使用寿命。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

图5是本发明的安装剖面示意图。

参照图5，本发明由上喷嘴（2）和下喷嘴（3）两个零件组焊或粘接成一体，在两个零件之间的空间为主振腔（10）和环形谐振腔（11）构成的脉冲腔，下喷嘴孔沿中心线偏斜角度α为0～5°。喷嘴的出口处（8）增设一段长20～25mm长的抽喷腔（6），其内径比喷嘴出口直径大2～4mm，这里所说的喷嘴出口直径有各种规格，抽喷腔内径是在任意一种喷嘴出口直径上大2～4mm，在抽喷腔（6）上设计有吸入孔（7）。在安置卡簧（5）的端面上对应卡簧开口的端面上加工有深度为0.5～1mm的一个弓形台阶（9）。

整个喷嘴用卡簧（5）固定在钻头体水孔（1）中，并靠O形橡胶圈（4）密封。

本发明用烧结硬质合金或钢结硬合金或陶瓷制成。都能满足高压喷射钻井的需要。

本发明的抽喷腔及弓形台阶同样适用于牙轮钻头的普通喷嘴和中长喷嘴（图4）。