一种水力脉动钻头.pdf

一种水力脉动钻头
    技术领域：

    本实用新型属于石油、天然气钻井的配套装置。

    技术背景：

    随着油气井深度的增大，在上覆岩层和井眼内液柱压力形成的三向压力作用下，破岩钻进效率逐渐降低，特别是在深井、超深井的钻进中，深部地层机械钻速低下的问题十分突出，因此如何有效提高深部地层的钻进效率是国内外钻井工程界一直在探索，力求解决的一个难题。实践表明，井底水力脉动有助于改善岩石破碎效果，提高机械钻速，国内外钻井工程界的学者和工程师所开展的理论研究和工程实践探索也显示，井底水力脉动技术有望成为今后提高深井、超深井钻井机械钻速的一个重要手段，但是目前技术存在的主要问题是水力脉动工具工作稳定性差，造价偏高，压力损耗大，结构尚存在很多不合理之处，容易造成井下事故，如井下落物，刺穿钻具等，另外随着井深的增大，水力脉动作用急剧衰减，适用范围有限。因此如何解决好当前水力脉动工具中存在的上述问题，充分发挥井底水力脉动作用，改善井底附近岩石的受力状况，强化岩屑的净化效果，提高破岩钻进效率是水力脉动破岩钻井技术研究中非常关键的问题。

    发明内容：

    本实用新型的目的就是提供一种水力脉动钻头，用于解决现有技术手段稳定性差，造价昂贵，压耗高，结构不合理，容易造成井下事故，水力脉动易衰减等问题，其原理是钻井液推动置于钻头腔内的、加工有螺旋流道的转子强制转动，转子下端的流道与钻头的水眼周期性错合，使得进入水眼的钻井液流量发生变化，从而在井底流场产生脉动效应，由于产生水力脉动地位置非常靠近井底，沿程损耗较小，因此井底流场脉动的幅值和峰值很高，有助于显著提高破岩钻进效率。

    本实用新型是这样来实现的，它主要由悬挂转轴、扶正轴套、定子、转子和钻头本体组成，扶正轴套与转子配接，悬挂转轴套在扶正轴套内，悬挂转轴的下端与转子相连，悬挂转轴、扶正轴套、定子和转子构成一个部件装入钻头本体的内腔，并将定子与钻头本体固定，钻井液经过定子调整冲击方向，推动转子强制转动，转子下端的流道与钻头的水眼时而重合时而错开，调整进入水眼的钻井液流量，由于产生水力脉动的位置非常靠近井底，因此可在井底流场产生高幅值和高峰值的脉动，改善井底附近岩石的受力状况，提高井底岩屑的净化效率，使钻头本体上切削件的破岩效率提高，水力脉动的频率和峰值通过钻井液排量、转子和定子的流道结构、数量进行调整，本实用新型的目的是提供一种现场适用，不受井深影响，工作稳定，水力脉动发生源尽可能接近井底的一种水力脉动钻头。

    本实用新型创造性地利用了现有钻头的结构特点，通过钻井液推动钻头本体内腔中加工有流道的转子强制转动，调整进入钻头水眼的钻井液流量，实现井底流场的脉动，减少井底岩屑的“压持效应”，强化井底净化效果，提高射流辅助机械破岩钻进的效率。本实用新型具有结构简单、使用操作方便、安全可靠、压耗低、适应性强等特点，对于提高深井、超深井钻井机械钻速具有非常重要的实际意义。

    附图说明：

    图1一种水力脉动钻头示意图

    1.悬挂转轴；2.扶正轴套；3.定子；4.转子；5.钻头本体；6.水眼；7.切削件

    具体实施方式：

    现结合说明书附图对本实用新型作进一步的描述。

    当采用本实用新型产生水力脉动时，扶正轴套[2]与转子[4]配接，悬挂转轴[1]套在扶正轴套[2]内，悬挂转轴[1]的下端与转子[4]相连，悬挂转轴[1]、扶正轴套[2]、定子[3]和转子[4]构成一个部件装入钻头本体[5]的内腔，并将定子[3]与钻头本体[5]固定。

    当采用本实用新型产生水力脉动时，钻井液经过定子[3]调整冲击方向，推动转子[4]强制转动，转子[4]下端的流道与钻头的水眼[6]时而重合时而错开，调整进入水眼[6]的钻井液流量，由于产生水力脉动的位置非常靠近井底，因此可在井底流场产生高幅值和高峰值的脉动，改善井底附近岩石的受力状况，提高井底岩屑的净化效率，使钻头本体[5]上切削件[7]的破岩效率提高，水力脉动的频率和峰值通过钻井液排量、转子[4]和定子[3]的流道结构、数量进行调整。