本發(fā)明屬于鉆井設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙壁鉆桿反循環(huán)鉆井用鉆頭。

背景技術(shù)：

雙壁鉆桿反循環(huán)鉆井(reelwell鉆井)技術(shù)是一項(xiàng)新的鉆井技術(shù)，它以雙壁鉆桿為基礎(chǔ)，鉆井液從雙壁鉆桿環(huán)空泵入井內(nèi)并清洗井底，從內(nèi)部鉆桿中攜帶巖屑返回地面，從而實(shí)現(xiàn)鉆井液閉環(huán)循環(huán)。雙壁鉆桿反循環(huán)鉆井技術(shù)最初是為了解決連續(xù)管鉆井中井眼清洗問題而提出來的。雙壁鉆桿反循環(huán)鉆井技術(shù)自2004年創(chuàng)建以來，主要由挪威國家石油公司、挪威科學(xué)研究委員會(huì)進(jìn)行理論研究、配套設(shè)備的研發(fā)與測試。2005年開始對雙壁鉆桿反循環(huán)鉆井技術(shù)展開可行性分析與調(diào)研；2006年完成了關(guān)鍵配套設(shè)備的研發(fā)與測試，同年shell公司也加入對該技術(shù)的研究；2007年對全尺寸的模型在“ullrigg”鉆機(jī)上進(jìn)行了考證；2008年實(shí)際設(shè)備在“ullrigg”鉆機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn)；2009年在陸上與海上進(jìn)行了試驗(yàn)井的鉆探試驗(yàn)并取得成功；2013年otc會(huì)議上推出了雙壁鉆桿反循環(huán)無隔水管鉆井方法。雙壁鉆桿反循環(huán)鉆井技術(shù)在控制壓力鉆井、大位移鉆井、深水鉆井以及有壓力挑戰(zhàn)性的地層鉆進(jìn)方面具有極大的優(yōu)勢。

使用雙臂鉆桿鉆井時(shí)必須使用專用的鉆頭，現(xiàn)有的此類鉆頭大多為由內(nèi)外管體組成的分體式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有加工工藝難度小、制造成本低的優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差的缺點(diǎn)也比較突出?，F(xiàn)有技術(shù)中還有一種鋼體鉆頭，這種鉆頭采用一體式結(jié)構(gòu)，具有很優(yōu)異的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但這種鉆頭的制造成本高，增加了施工成本。另外，這種鉆頭只能依靠鉆井液的單路循環(huán)排屑，井底壓差大，排屑能力較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種雙壁鉆桿反循環(huán)鉆井用鉆頭，以解決上述背景技術(shù)中提出的現(xiàn)有此類鉆頭制造成本和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不能兼得以及排屑能力差的問題。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：本發(fā)明提供一種雙壁鉆桿反循環(huán)鉆井用鉆頭，包括鉆頭本體，鉆頭本體包括鋼芯和碳化鎢燒結(jié)層，鋼芯的外側(cè)均設(shè)置有環(huán)形槽，所述的碳化鎢燒結(jié)層燒結(jié)在鋼芯的周圍和鉆進(jìn)面上并填充在環(huán)形槽內(nèi)，碳化鎢燒結(jié)層的端部設(shè)置有刀翼。

所述的鋼芯由鋼芯主體和鋼芯端蓋兩部分焊接而成，鋼芯主體上遠(yuǎn)離鋼芯端蓋的一端設(shè)置有用于連接雙壁鉆桿的螺紋，鋼芯的中心設(shè)置有排屑流道，排屑流道的周圍設(shè)置有注液流道，注液流道位于鋼芯端蓋上的一端通過螺紋安裝有可拆卸噴嘴，鋼芯主體與鋼芯端蓋的接 合處各設(shè)置有環(huán)形凸起和環(huán)形凹槽，環(huán)形凸起和環(huán)形凹槽配合構(gòu)成反向流道，反向流道連通注液流道和排屑流道。

所述的鋼芯的材質(zhì)為35crmo。

所述的注液流道至少有三組。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下良好效果：

1、本發(fā)明既保證了鉆頭的強(qiáng)度，又降低了鉆頭的制造成本，具體為：采用鋼芯外附碳化鎢燒結(jié)層的結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)上保證了鉆頭的強(qiáng)度；摒棄了一體化結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)而采用分體鋼芯焊接后燒結(jié)碳化硅的加工方式，有效降低了加工成本。

2、本發(fā)明設(shè)置的反向流道，可以將注入井內(nèi)的的鉆井液向排屑流道內(nèi)分流，并使液流方向與排屑方向一致，這種方式有效減小了井底壓差，提高了排屑效率，進(jìn)而提高機(jī)械鉆速。

3、鋼芯外側(cè)的環(huán)形槽可以防止碳化硅燒結(jié)層脫層。

4、可拆卸噴嘴的設(shè)置，可便于鉆井時(shí)對注液量的調(diào)整。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是可拆卸噴嘴處的局部放大圖。

圖中：1-刀翼，2-可拆卸噴嘴，3-鋼芯端蓋，4-鋼芯主體，5-環(huán)形槽，6-碳化鎢燒結(jié)層，7-排屑流道，8-注液流道，9-反向流道。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述：

本本發(fā)明包括鉆頭本體，鉆頭本體包括鋼芯和碳化鎢燒結(jié)層6，鋼芯的外側(cè)均設(shè)置有環(huán)形槽5，所述的碳化鎢燒結(jié)層6燒結(jié)在鋼芯的周圍和鉆進(jìn)面上并填充在環(huán)形槽5內(nèi)，碳化鎢燒結(jié)層6的端部設(shè)置有刀翼1。所述的鋼芯由鋼芯主體4和鋼芯端蓋3兩部分焊接而成，鋼芯主體4上遠(yuǎn)離鋼芯端蓋3的一端設(shè)置有用于連接雙壁鉆桿的螺紋，鋼芯的中心設(shè)置有排屑流道7，排屑流道7的周圍設(shè)置有注液流道8，注液流道8位于鋼芯端蓋3上的一端通過螺紋安裝有可拆卸噴嘴2，鋼芯主體4與鋼芯端蓋3的接合處各設(shè)置有環(huán)形凸起和環(huán)形凹槽，環(huán)形凸起和環(huán)形凹槽配合構(gòu)成反向流道9，反向流道9連通注液流道8和排屑流道7。所述的鋼芯的材質(zhì)為35crmu。所述的注液流道8至少有三組。

本發(fā)明的工作過程如下：

鉆井作業(yè)時(shí)，鉆井液從注液流道8注入，當(dāng)其進(jìn)入鉆頭時(shí)，一部分鉆井液從噴嘴2噴出后攜帶巖屑從排屑流道7回流，另一部分鉆井液在反向流道9的導(dǎo)向作用下改變流向，并射 入排屑流道7，與巖屑流合流至井口。

現(xiàn)將從具體特征出發(fā)對本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢和技術(shù)效果進(jìn)行闡釋：

1、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面：

(1)本發(fā)明采用了以實(shí)心棒料為原料加工而成的鋼芯，與由內(nèi)外管體組成的分體式鋼芯結(jié)構(gòu)相比，鉆頭主體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和韌性均得到了有效加強(qiáng)，避免了鉆頭主體部分的變形或損壞；

(2)鉆井作業(yè)時(shí)，如果鉆頭表面的碳化鎢燒結(jié)層6在井底脫落，便很難打撈，也很難通過磨銑工具破碎，所以通常會(huì)造成很嚴(yán)重的后果，甚至?xí)斐扇畧?bào)廢，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，本發(fā)明在鋼芯外側(cè)設(shè)置的環(huán)形槽5，可以使碳化鎢燒結(jié)層6與鋼芯的結(jié)合更為緊密，很大程度上避免了脫層事故的發(fā)生；

(3)鉆頭鉆進(jìn)面上排屑流道7入口處厚厚的高硬度的燒結(jié)層可有效保護(hù)排屑流道7的入口，避免了高速巖屑流對鋼芯端蓋3的沖蝕，有效的保護(hù)了鉆頭；

(4)鋼芯的材質(zhì)采用35crmo，使鉆頭具備了更強(qiáng)的抗沖擊、抗彎扭和抗高載荷性能。

2、制造工藝方面：

(1)如果鋼芯采用一體式設(shè)計(jì)，由于涉及到零件內(nèi)部的橫向孔加工，常規(guī)的機(jī)械加工手段無法實(shí)現(xiàn)，只能采用消失模鑄造等非常規(guī)的加工工藝，加工難度大，加工成本高，因此本發(fā)明中的鋼芯采用了分體式結(jié)構(gòu)，采用這樣的設(shè)計(jì)，通過常規(guī)機(jī)械切削手段便可以加工反向流道9和注液流道8，加工更容易，成本也更低；

(2)分體式的鋼芯設(shè)計(jì)，也使得反向流道9的表面粗糙度和流線性等質(zhì)量參數(shù)更容易保證，充分保證了使用效果。

3、使用效果方面：

(1)本發(fā)明設(shè)置的反向流道9，可以將即將注液流道8內(nèi)的鉆井液向排屑流道7內(nèi)分流，鉆井液在反向流道9的導(dǎo)向作用下改變流向后進(jìn)入排屑流道7，進(jìn)入排屑流道7內(nèi)的鉆井液在壓力作用下向上流動(dòng)形成抽吸效果，從而促進(jìn)了巖屑流的流動(dòng)，減小了井底壓差，提高了排屑效率，進(jìn)而提高機(jī)械鉆速；

(2)地層狀況和泵壓等實(shí)際生產(chǎn)情況的不同，對噴嘴過液量的需求不同，可拆卸噴嘴2的設(shè)置，使操作人員可更換通徑不同噴嘴，以便對注液量進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的工況；

(3)鋼芯的橫截面積有限，至少三組注液流道可有效保證注液量。

利用本發(fā)明所述的技術(shù)方案，或本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案的啟發(fā)下，設(shè)計(jì)出類似的技術(shù)方案，而達(dá)到上述技術(shù)效果的，均是落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于鉆井設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種雙壁鉆桿反循環(huán)鉆井用鉆頭，包括鉆頭本體，鉆頭本體包括鋼芯和碳化鎢燒結(jié)層，鋼芯的外側(cè)均設(shè)置有環(huán)形槽，所述的碳化鎢燒結(jié)層燒結(jié)在鋼芯的周圍和鉆進(jìn)面上并填充在環(huán)形槽內(nèi)，碳化鎢燒結(jié)層的端部設(shè)置有刀翼。本發(fā)明既保證了鉆頭的強(qiáng)度，又降低了鉆頭的制造成本，具體為：采用鋼芯外附碳化鎢燒結(jié)層的結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)上保證了鉆頭的強(qiáng)度；摒棄了一體化結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)而采用分體鋼芯焊接后燒結(jié)碳化硅的加工方式，有效降低了加工成本。

技術(shù)研發(fā)人員：王躍忠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大慶天瑞機(jī)械制造有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2015.12.24
技術(shù)公布日：2017.07.04