一種連續(xù)截流脈動噴射提速鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種石油勘探開發(fā)中破碎井底巖石用鉆頭，具體涉及一種連續(xù)截流脈動噴射提速鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著水平井、大位移井、多底井等鉆井技術(shù)在石油勘探開發(fā)過程中扮演著越來越重要的角色。在鉆井過程中，井眼條件越來越復(fù)雜、井斜角的增大、水平段長度的增長等使得井底清洗、巖肩上返及提高機械鉆速等方面均面臨是俱多挑戰(zhàn)。
[0003]傳統(tǒng)鉆井方式在鉆井過程中能量傳輸、轉(zhuǎn)換、分配和利用一直存在著效率低等問題。雖然旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井、井下增壓鉆井均可以不同程度的提高機械鉆速，但由于其壽命及穩(wěn)定性差，所以一直未能在現(xiàn)場大規(guī)模使用。而脈沖射流輔助鉆井技術(shù)在現(xiàn)場取得了一定的效果但因其壽命較短，因而也存在一定的局限性。脈沖射流輔助鉆井技術(shù)主要是通過裝在鉆頭底部的胎體上脈沖噴嘴的作用來產(chǎn)生脈沖效果，目前普遍應(yīng)用的射流方法主要包括:連續(xù)直射流、脈沖射流、旋轉(zhuǎn)射流和空化射流，而這些射流方法均存在有各自的不足。
[0004]此外，近年來有學者研發(fā)了脈沖空化多孔噴嘴射流，即通過改變多空噴嘴的結(jié)構(gòu)，形成一種能夠產(chǎn)生脈沖射流和空化射流耦合而成的脈沖空化多孔噴嘴射流，進而可高效的利用水力能量，有效提高破巖效率，形成較大孔深的水平井眼。但是，在圍壓存在的條件，其射流也存在衰減較快，射流形成的孔眼直徑小，形狀不規(guī)則，射流反沖擊力大等問題。
[0005]基于以上分析，為了改善井底流場及井底巖石的受力狀況，減少井底壓持效應(yīng)和巖石的圍壓，充分利用水力能量，提高射流清巖和輔助破巖的能力。本實用新型專利設(shè)計了一種連續(xù)截流脈動噴射鉆頭。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的在于為石油與天然氣鉆井工程領(lǐng)域提供一種連續(xù)截流脈動噴射提速鉆頭。旨在通過鉆頭水眼內(nèi)的連續(xù)截流機構(gòu)將水眼內(nèi)高壓流體的連續(xù)流動轉(zhuǎn)變成間歇、變量流進入鉆頭水眼底部的噴射孔，并經(jīng)射流噴嘴在出口形成脈動渦環(huán)射流，以波動沖擊的方式作用于井底；此外，通過鉆頭本體底部的旁通泄流噴嘴和五組射流噴嘴交替形成的脈動沖擊循環(huán)作用于井底，從而實現(xiàn)井底高速水射流在噴射破巖和脈沖空化兩種作用模式間連續(xù)轉(zhuǎn)換，減少井底壓持效應(yīng)和巖石的圍壓，提尚射流清巖和輔助破巖的能力，提尚機械鉆速。
[0007]為了達到上述目的，本實用新型采用如下的技術(shù)方案:
[0008]一種連續(xù)截流脈動噴射提速鉆頭主要由鉆頭本體、連續(xù)截流機構(gòu)組成；連續(xù)截流機構(gòu)安裝在鉆頭本體水眼內(nèi)，連續(xù)截流機構(gòu)的螺旋轉(zhuǎn)子在高壓流體的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)并帶動截流轉(zhuǎn)盤形成連續(xù)截流，將鉆頭水眼內(nèi)高壓流體的連續(xù)流動轉(zhuǎn)變成間歇、變量流進入鉆頭水眼底部的噴射孔，并經(jīng)射流噴嘴在出口形成脈動渦環(huán)射流，以波動沖擊的方式作用于井底；此外，通過鉆頭本體底部的旁通泄流噴嘴和五組射流噴嘴交替形成的脈動沖擊循環(huán)作用于井底，從而實現(xiàn)井底高速水射流在噴射破巖和脈沖空化兩種作用模式間連續(xù)轉(zhuǎn)換，減少井底壓持效應(yīng)和巖石的圍壓，提高射流清巖和輔助破巖的能力。
[0009]鉆頭本體上端有連接公螺紋，水眼內(nèi)設(shè)有上下兩組臺階，分別用以安裝連續(xù)截流機構(gòu)的驅(qū)動引流壞和過渡支撐環(huán)；水眼底部均布有五組噴射孔和旁通泄流孔，外側(cè)均布五組切削翼，旁通泄流孔在鉆頭本體底部匯成單個噴射孔，噴射孔和旁通泄流孔的出口處均裝設(shè)有射流噴嘴，將高壓流體轉(zhuǎn)變成高速水射流。
[0010]連續(xù)截流機構(gòu)包括驅(qū)動引流環(huán)、螺旋轉(zhuǎn)子、密封組件、支撐軸承、過渡支撐環(huán)、傳動短軸、截流轉(zhuǎn)盤；驅(qū)動引流環(huán)中心有球面導流頭，中間有圓形限流筒，外圈定位在鉆頭本體水眼內(nèi)上臺階處；導流頭內(nèi)部有上支撐軸承和上組合密封的安裝孔，在導流頭與限流筒之間及限流筒與外圈之間均布有四組長圓型引流孔；過渡支撐環(huán)與驅(qū)動引流環(huán)的下端鏈接，螺旋轉(zhuǎn)子安裝在驅(qū)動引流環(huán)的限流筒內(nèi)，上下兩端均裝有支撐軸承和密封件，并分別與驅(qū)動引流環(huán)、過渡支撐環(huán)連接；傳動短軸連接螺旋轉(zhuǎn)子和截流轉(zhuǎn)盤，以傳遞扭矩；截流轉(zhuǎn)盤沿軸向均布有五個截流斜孔，截流轉(zhuǎn)盤在螺旋轉(zhuǎn)子的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤的五個截流斜孔與鉆頭本體水眼底部的噴射孔連續(xù)的交錯，水眼內(nèi)高壓流體轉(zhuǎn)變成間歇、變量流進入水眼底部的噴射孔。
[0011]高壓流體流經(jīng)驅(qū)動引流環(huán)后被分流成兩部分，一部分從導流頭與限流筒之間的引流孔進入到限流筒以驅(qū)動螺旋轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并隨螺旋轉(zhuǎn)子螺旋流動至下端過渡支撐環(huán)的內(nèi)過流孔流出；另一部則從限流筒與外圈之間引流孔進入限流筒與水眼間的環(huán)空，再流經(jīng)過渡支撐環(huán)的外過流孔至水眼的底部；從過度支撐環(huán)流出的高壓流體合流后，一部分隨著截流轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)而間歇、變量的進入到噴射孔，以脈動沖擊的方式噴射至井底；另一部分則從旁通泄流孔匯流至旁通泄流噴嘴噴射至井底中心位置。
[0012]截流轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)盤的五個截流斜孔與鉆頭本體水眼底部的噴射孔連續(xù)的交錯，當噴射孔的流道逐漸變小至關(guān)閉時，鉆頭水眼內(nèi)腔的壓力增加，旁通泄流孔的流速和壓力均增加，因此鉆頭中心處的旁通泄流噴嘴產(chǎn)生高速射流作用于井底中心位置。隨著截流轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)，噴射孔流道逐漸打開至完全連通時，鉆頭水眼內(nèi)腔的壓力降低，旁通泄流孔的流速和壓力均降低，噴射孔流道內(nèi)流速和壓力增加，因此，均布在鉆頭底部的射流噴嘴產(chǎn)生高速射流作用與井底。所以，通過截流轉(zhuǎn)盤的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，旁通泄流噴嘴和五組射流噴嘴交替循環(huán)產(chǎn)生高速射流作用在井底，并從鉆頭中心向周圍形成噴射破巖和脈沖空化兩種作用模式間轉(zhuǎn)換，從而利用有限的水力能量進行連續(xù)噴射破巖的同時提高井底清洗及攜巖效果，降低壓持效應(yīng)，提高鉆進速度。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有如下優(yōu)點:
[0014]本實用新型涉及的連續(xù)截流脈動噴射提速鉆頭可以通過連續(xù)截流機構(gòu)的螺旋轉(zhuǎn)子在高壓流體的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)并帶動截流轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤的五個截流斜孔與鉆頭本體水眼底部的噴射孔連續(xù)的交錯形成連續(xù)截流，將鉆頭水眼內(nèi)高壓流體的連續(xù)流動轉(zhuǎn)變成間歇、變量流進入鉆頭水眼底部的噴射孔，并經(jīng)射流噴嘴在出口形成脈動渦環(huán)射流，以波動沖擊的方式作用于井底；此外，通過鉆頭本體底部的旁通泄流噴嘴和五組射流噴嘴交替形成的脈動沖擊循環(huán)作用于井底，從而實現(xiàn)井底高速水射流從鉆頭中心向周圍產(chǎn)生噴射破巖和脈沖空化兩種作用模式的連續(xù)轉(zhuǎn)換，減少井底壓持效應(yīng)和巖石的圍壓，提高射流清巖和輔助破巖的能力，提尚鉆進速度。
【附圖說明】
[0015]圖1為連續(xù)截流脈動噴射提速鉆頭剖視的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為連續(xù)截流脈動噴射提速鉆頭沿圖1中A-A的剖視示意圖；
[0017]圖3為連續(xù)截流脈動噴射提速鉆頭的截流轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為連續(xù)截流脈動噴射提速鉆頭沿圖1中B-B的剖視示意圖；
[0019]圖5為連續(xù)截流脈動噴射提速鉆頭沿圖1中C-C的剖視示意圖；
[0020]圖6為連續(xù)截流脈動噴射提速鉆頭底部噴嘴分布示意圖；
[0021]圖中:I鉆頭本體，11旁通泄流孔，12旁通泄流噴嘴，13噴射孔，14射流噴嘴，15切削翼，21驅(qū)動引流環(huán)，2