一種水平井斜交后混式射流磨鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于鉆井與油氣工程領(lǐng)域，具體涉及一種水平井斜交后混式射流磨鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，攜巖是水平井和大位移井鉆井的一個重要難題，如果巖肩攜帶效果達不到要求，會導(dǎo)致諸多問題發(fā)生，如高摩阻和高扭矩，沉砂卡鉆，下套管與固井困難，鉆具磨損嚴重，測井儀器下入作業(yè)困難等，甚至導(dǎo)致鉆井作業(yè)可能被迫中止。然而，最近由中國石油大學(xué)(北京)研發(fā)的水平井安全高效泥漿鉆井射流磨鉆頭(CN201310654747.4)和水平井安全高效氣體鉆井射流磨鉆頭(CN201310654718.8)不僅可以減小井底壓差，提高機械鉆速，還可基于射流磨原理將巖肩粉碎，達到液固懸浮流動狀態(tài)，能從根本上消除水平井中的巖肩床。但是射流磨鉆頭水力結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工起來比較困難，并且射流磨鉆頭反向高速射流噴嘴距離鉆頭端部較遠，降低井底壓差的效果不是很好，因此，其水力結(jié)構(gòu)可以進一步精簡優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的在于提供一種水平井斜交后混式射流磨鉆頭，通過湍流負壓抽砂裝置抽吸井底流體，減小井底壓差，實現(xiàn)欠平衡而提高機械鉆速；通過斜交后混式射流粉碎裝置粉碎巖肩，提高攜巖效率，從根本上消除水平井中的巖肩床。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案如下:
[0005]一種水平井斜交后混式射流磨鉆頭，包括PDC鉆頭、湍流負壓抽砂裝置、斜交后混式射流粉碎裝置。
[0006]PDC鉆頭包括鉆頭體、主流道、保徑、鉆頭端部排肩槽、PDC刀翼；PDC刀翼是水平井斜交后混式射流磨鉆頭切削巖石的工作部分，其表面布有PDC切削齒；鉆頭端部排肩槽布置在PDC刀翼之間；保徑布置在鉆頭端部的外側(cè)，保徑?jīng)]有布置排肩槽。
[0007]湍流負壓抽砂裝置包括井底巖肩攪動與清洗噴嘴、巖肩吸入管；井底巖肩攪動與清洗噴嘴的入口與PDC鉆頭的主流道連通，井底巖肩攪動與清洗噴嘴的出口與PDC鉆頭端部排肩槽連接；巖肩吸入管入口與PDC鉆頭端部排肩槽的外端連接，巖肩吸入管出口與負壓混合室的外側(cè)連通；湍流負壓抽砂裝置是抽吸井底流體，減小井底壓差，實現(xiàn)欠平衡而提高機械鉆速的關(guān)鍵機構(gòu)，一方面不對稱布置的井底巖肩攪動與清洗噴嘴與鉆頭旋轉(zhuǎn)聯(lián)合作用產(chǎn)生井底湍流流場，改善井底巖石和巖肩的受力狀況，提升井底清巖效率，另一方面，負壓混合室產(chǎn)生的負壓通過巖肩吸入管抽吸井底流體使井底局部壓力降低，減小壓差，從而促進巖肩脫離井底并加速上返，局部欠平衡提高機械鉆速。
[0008]斜交后混式射流粉碎裝置包括反向高速射流噴嘴、負壓混合室、喉管、巖肩解離加速管、粉碎靶體、粉碎倉、旁通；反向高速射流噴嘴與井底巖肩攪動與清洗噴嘴反向設(shè)置，反向高速射流噴嘴入口與PDC鉆頭的主流道連通，反向高速射流噴嘴的出口與負壓混合室的下端聯(lián)通，負壓混合室的上端與喉管對接連通，喉管與巖肩解離加速管對接連通，巖肩解離加速管出口與粉碎倉連通，粉碎倉內(nèi)安有粉碎靶體正對著巖肩解離加速管出口，粉碎靶體的靶面與巖肩解離加速管的軸線呈0° -90°的夾角，粉碎倉與旁通連通，旁通為入口小出口大的擴散性圓管；斜交后混式射流粉碎裝置是水平井斜交后混式射流磨鉆頭的關(guān)鍵機構(gòu)，一方面斜交后混式射流粉碎裝置的反向高速射流噴嘴出口在負壓混合室產(chǎn)生負壓，抽吸巖肩，另一方面斜交后混式射流粉碎裝置基于高聚能射流的超細粉碎原理充分粉碎巖肩，大大提高巖肩的運移效率。
[0009]綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下良好效果:
[0010](I)由于目前射流磨鉆頭射流磨鉆頭水力結(jié)構(gòu)復(fù)雜，反向高速射流噴嘴的出口位于混合室內(nèi)，加工起來比較困難。本實用新型的反向高速射流噴嘴的出口與負壓混合室的下端聯(lián)通，并且以井底巖肩攪動與清洗噴嘴代替了目前射流磨鉆頭的鉆頭噴嘴及井底巖肩攪動與清洗流道，精簡了目前射流磨鉆頭射流磨鉆頭的水力結(jié)構(gòu)，讓其更易加工。
[0011](2)由于目前射流磨鉆頭反向高速射流噴嘴出口距離鉆頭端部較遠，降低井底壓差的效果不是很好。本實用新型的反向高速射流噴嘴的出口與負壓混合室的下端聯(lián)通，并且?guī)r肩吸入管出口與負壓混合室的外側(cè)連通，縮短了射流磨鉆頭反向高速射流噴嘴出口距離鉆頭端部的距離，能有效抽吸井底流體，進一步減小井底壓差，實現(xiàn)井底局部欠平衡，有效提尚機械鉆速。
[0012](3)本實用新型的斜交后混式射流粉碎裝置基于高聚能射流的超細粉碎技術(shù)能夠粉碎巖肩，大大降低水平井中巖肩的沉降末速，提高攜巖效率，從根本上消除水平井中的巖肩床。
【附圖說明】
[0013]圖1為水平井斜交后混式射流磨鉆頭的示意圖；
[0014]圖2為水平井斜交后混式射流磨鉆頭沿圖1右視示意圖；
[0015]圖中:1、PDC鉆頭，2、湍流負壓抽砂裝置，3、斜交后混式射流粉碎裝置；101、鉆頭體，102、主流道，103、保徑，104、鉆頭端部排肩槽，105、PDC刀翼；201、井底巖肩攪動與清洗噴嘴，202、巖肩吸入管；301、反向高速射流噴嘴，302、負壓混合室，303、喉管，304、巖肩解離加速管，305、粉碎靶體，306、粉碎倉，307、旁通。
【具體實施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖，說明本實用新型提出的【具體實施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細說明如下:
[0017]水平井斜交后混式射流磨鉆頭，包括roc鉆頭1、湍流負壓抽砂裝置2、斜交后混式射流粉碎裝置3。
[0018]PDC鉆頭包括鉆頭體101、主流道102、保徑103、鉆頭端部排肩槽104、PDC刀翼105 ；PDC刀翼105是水平井斜交后混式射流磨鉆頭切削巖石的工作部分，其表面布有roc切削齒；鉆頭端部排肩槽104布置在PDC刀翼105之間；保徑布置在鉆頭端部的外側(cè)，保徑?jīng)]有布置排肩槽。
[0019]湍流負壓抽砂裝置2包括井底巖肩攪動與清洗噴嘴201、巖肩吸入管202 ;井底巖肩攪動與清洗噴嘴201的入口與PDC鉆頭I的主流道102連通，井底巖肩攪動與清洗噴嘴201的出口與PDC鉆頭端部排肩槽104連接；巖肩吸入管202入口與PDC鉆頭端部排肩槽104的外端連接，巖肩吸入管202出口與負壓混合室302的外側(cè)連通；湍流負壓抽砂裝置2是抽吸井底流體，減小井底壓差，實現(xiàn)欠平衡而提高機械鉆速的關(guān)鍵機構(gòu)，一方面不對稱布置的井底巖肩攪動與清洗噴嘴201與鉆頭旋轉(zhuǎn)聯(lián)合作用產(chǎn)生井底湍流流場，改善井底巖石和巖肩的受力狀況，提升井底清巖效率，另一方面，負壓混合室302產(chǎn)生的負壓通過巖肩吸入管202抽吸井底流體使井底局部壓力降低，減小壓差，從而促進巖肩脫離井底并加速上返，局部欠平衡提高機械鉆速。
[0020]斜交后混式射流粉碎裝置3包括反向高速射流噴嘴301、負壓混合室302、喉管303、巖肩解離加速管304、粉碎靶體305、粉碎倉306、旁通307 ;反向高速射流噴嘴301與井底巖肩攪動與清洗噴嘴201反向設(shè)置，反向高速射流噴嘴301入口與PDC鉆頭的主流道102連通，反向高速射流噴嘴301的出口與負壓混合室302的下端聯(lián)通，負壓混合室302的上端與喉管303對接連通，喉管303與巖肩解離加速管304對接連通，巖肩解離加速管304出口與粉碎倉306連通，粉碎倉306內(nèi)安有粉碎靶體305正對著巖肩解離加速管304出口，粉碎靶體305的靶面與巖肩解離加速管304的軸線呈0° -90°的夾角，粉碎倉306與旁通307連通，旁通307為入口小出口大的擴散性圓管；斜交后混式射流粉碎裝置3是水平井斜交后混式射流磨鉆頭的關(guān)鍵機構(gòu)，一方面斜交后混式射流粉碎裝置3的反向高速射流噴嘴301出口在負壓混合室302產(chǎn)生負壓，抽吸巖肩，另一方面斜交后混式射流粉碎裝置3基于高聚能射流的超細粉碎原理充分粉碎巖肩，大大提高巖肩的運移效率。
[0021]本實用新型的水平井斜交后混式射流磨鉆頭的工作過程如下:
[0022]在鉆進過程中，水平井斜交后混式射流磨鉆頭旋轉(zhuǎn)，使得PDC刀翼105上的PDC切削齒切削巖石產(chǎn)生巖肩。同時高壓鉆井液由主流道102進入，一部分鉆井液由反向高速射流噴嘴301噴出，形成高速射流，高速射流在負壓混合室302產(chǎn)生負壓，負壓混合室302內(nèi)的負壓通過巖肩吸入管202對井底流體和巖肩進行抽吸，從而降低井底壓差，減小巖肩的壓持效應(yīng)，創(chuàng)造井底的欠平衡條件，提高機械鉆速。另一部分鉆井液進入湍流負壓抽砂裝置2的井底巖肩攪動與清洗噴嘴201內(nèi)，并以高速射流噴出。井底巖肩攪動與清洗噴嘴201噴出的不對稱高速射流將井底巖肩沖擊成高濃度的湍流，使巖肩吸入管202能高效吸入井底巖肩與鉆井液。井底巖肩與鉆井液在反向高速射流噴嘴301的抽吸作用下經(jīng)巖肩吸入管202進入負壓混合室302。
[0023]斜交后混式射流粉碎裝置3的反向高速射流噴嘴301噴出高聚能射流，在負壓混合室302產(chǎn)生負壓卷吸巖肩，井底巖肩與鉆井液在負壓混合室302和喉管303處被匯入高聚能射流，高聚能射流在解離加速管304解離帶微裂縫的巖肩，實現(xiàn)解離破碎，相間及顆粒之間的碰撞、互磨產(chǎn)生的沖擊壓力和剪切力造成顆粒的破碎，并實現(xiàn)對巖肩的加速。高速巖肩高速沖擊粉碎靶體305，利用瞬間沖擊力、水楔粉碎巖肩。帶微裂縫的細小巖肩在粉碎倉306經(jīng)過多次反射碰撞進一步粉碎，粉碎后的巖肩與鉆井液混合物在旁通307內(nèi)速度降下來后排入環(huán)空。
【主權(quán)項】
1.一種水平井斜交后混式射流磨鉆頭，包括roc鉆頭，其特征在于在去除了 roc鉆頭保徑部位的排肩槽，并在PDC鉆頭內(nèi)部加裝了湍流負壓抽砂裝置、斜交后混式射流粉碎裝置；所述的湍流負壓抽砂裝置包括井底巖肩攪動與清洗噴嘴、巖肩吸入管；井底巖肩攪動與清洗噴嘴的入口與PDC鉆頭的主流道連通，井底巖肩攪動與清洗噴嘴的出口與PDC鉆頭端部排肩槽連接；巖肩吸入管入口與PDC鉆頭端部排肩槽的外端連接，巖肩吸入管出口與負壓混合室的外側(cè)連通； 所述的斜交后混式射流粉碎裝置包括反向高速射流噴嘴、負壓混合室、喉管、巖肩解離加速管、粉碎靶體、粉碎倉、旁通；反向高速射流噴嘴與井底巖肩攪動與清洗噴嘴反向設(shè)置，反向高速射流噴嘴入口與PDC鉆頭的主流道連通，反向高速射流噴嘴的出口與負壓混合室的下端聯(lián)通，負壓混合室的上端與喉管對接連通，喉管與巖肩解離加速管對接連通，巖肩解離加速管出口與粉碎倉連通，粉碎倉內(nèi)安有粉碎靶體正對著巖肩解離加速管出口，粉碎靶體的靶面與巖肩解離加速管的軸線呈0° -90°的夾角，粉碎倉與旁通連通，旁通為入口小出口大的擴散性圓管。
【專利摘要】本實用新型公開了一種水平井斜交后混式射流磨鉆頭，主要包括PDC鉆頭，其特征在于在去除了PDC鉆頭保徑部位的排屑槽，并在PDC鉆頭內(nèi)部加裝了湍流負壓抽砂裝置、斜交后混式射流粉碎裝置。所述的湍流負壓抽砂裝置基于抽砂泵的原理抽吸井底流體，減小井底壓差，實現(xiàn)欠平衡而提高機械鉆速；所述的斜交后混式射流粉碎裝置基于斜交后混式射流磨的原理有效粉碎巖屑，提高攜巖效率，從根本上消除水平井中的巖屑床，最終實現(xiàn)水平井安全高效鉆進。
【IPC分類】E21B10/60
【公開號】CN204663403
【申請?zhí)枴緾N201520297639
【發(fā)明人】陳緒躍, 高德利, 郭柏云
【申請人】中國石油大學(xué)(北京)
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年5月11日