本實(shí)用新型涉及油氣田鉆采工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種偏心式水力機(jī)械鉆擴(kuò)一體化鉆頭。

背景技術(shù)：

隨著石油天然氣資源勘探與開發(fā)的深入，地質(zhì)條件復(fù)雜、機(jī)械鉆速低、鉆井成本增加等問題日趨明顯。尤其隨著鉆井深度的不斷增加，井筒內(nèi)的鉆井液柱壓力也不斷的增大，對巖屑的壓持效應(yīng)越來越明顯，鉆井過程中的水力能量的傳輸、轉(zhuǎn)換、分配及利用效率也隨著井深的增加進(jìn)一步降低，這直接導(dǎo)致了鉆井速度的下降。適用性鉆頭的優(yōu)選、鉆井水力參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、水力高效輔助破巖與清洗井底巖屑，已經(jīng)成為提高鉆井速度、縮短建井周期、降低鉆井成本的有效手段?，F(xiàn)有的偏心式鉆頭主要依靠鉆頭偏心設(shè)置及長軸側(cè)壁上的牙齒實(shí)現(xiàn)機(jī)械式破巖、擴(kuò)大井徑的目的，短軸側(cè)壁上的水力噴嘴主要起沖刺、洗刷井壁的作用，鉆頭水功率利用較低，鉆頭的結(jié)構(gòu)有待優(yōu)化，鉆頭的破巖效率、攜巖效率等有待進(jìn)一步提高。

由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐，提出一種偏心式水力機(jī)械鉆擴(kuò)一體化鉆頭，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種偏心式水力機(jī)械鉆擴(kuò)一體化鉆頭，將鉆井泥漿壓能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，沖蝕、剪切破碎井底及井壁巖石，配合刀翼切削井底、井壁巖石，實(shí)現(xiàn)鉆頭水力、機(jī)械鉆進(jìn)、擴(kuò)孔一體化作業(yè)，提高鉆頭機(jī)械鉆速及破巖效率。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種偏心式水力機(jī)械鉆擴(kuò)一體化鉆頭，所述偏心式水力機(jī)械鉆擴(kuò)一體化鉆頭包括上接頭、鉆頭本體，所述鉆頭本體外部設(shè)有刀翼，所述鉆頭本體偏心設(shè)置在所述上接頭的下部，所述鉆頭本體的內(nèi)部設(shè)有鉆頭腔體，所述上接頭設(shè)有上下貫通的連接通道；所述鉆頭腔體的上端與所述連接通道相通；所述鉆頭本體上設(shè)有與所述鉆頭腔體相通的反沖噴嘴、旋流切削噴嘴、斜沖噴嘴和直沖噴嘴；所述斜沖噴嘴和所述直沖噴嘴設(shè)置在所述鉆頭本體的底部，所述反沖噴嘴和所述旋流切削噴嘴設(shè)置在所述鉆頭本體的圓周側(cè)面，且所述旋流切削噴嘴位于所述反沖噴嘴的下方。

在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述鉆頭本體包括圓柱狀本體及圓錐狀本體，所述圓錐狀本體同軸設(shè)置在所述圓柱狀本體的底部；所述上接頭偏心設(shè)置在所述圓柱狀本體的頂部。

在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述反沖噴嘴設(shè)有多個(gè)，沿圓周方向均勻設(shè)置在所述圓柱狀本體的上部，所述反沖噴嘴的噴射方向向上傾斜。

在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述反沖噴嘴的噴射方向與所述鉆頭本體軸線的夾角為135°。

在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述旋流切削噴嘴包括多個(gè)上排旋流切削噴嘴和多個(gè)下排旋流切削噴嘴，所述上排旋流切削噴嘴及所述下排旋流切削噴嘴均沿圓周方向均勻設(shè)置在所述圓柱狀本體上，所述上排旋流切削噴嘴位于所述反沖噴嘴的下方，其噴射方向向上傾斜；所述下排旋流切削噴嘴位于所述上排旋流切削噴嘴的下方，其噴射方向向下傾斜。

在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述上排旋流切削噴嘴的噴射方向與所述鉆頭本體軸線的夾角為105°-110°；所述下排旋流切削噴嘴的噴射方向與所述鉆頭本體軸線的夾角為60°。

在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述直沖噴嘴同軸設(shè)置在所述圓錐狀本體的軸線上，所述直沖噴嘴的噴射方向朝向正下方。

在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述斜沖噴嘴設(shè)有多個(gè)，設(shè)置在所述圓錐狀本體的錐面上，且多個(gè)所述斜沖噴嘴在圍繞所述直沖噴嘴的圓周方向上均勻設(shè)置，所述斜沖噴嘴的噴射方向朝向斜下方。

在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述斜沖噴嘴的噴射方向與所述鉆頭本體軸線的夾角為30°。

在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述刀翼包括多個(gè)犁刃式刀翼，所述犁刃式刀翼沿圓周方向均勻分布在所述鉆頭本體外部；每個(gè)所述犁刃式刀翼從所述圓錐狀本體呈螺旋狀向上延伸到所述圓柱狀本體的上部。

在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述旋流切削噴嘴包括多個(gè)上排旋流切削噴嘴和多個(gè)下排旋流切削噴嘴，所述上排旋流切削噴嘴沿圓周方向均勻設(shè)置在所述圓柱狀本體的中部；所述下排旋流切削噴嘴沿圓周方向均勻設(shè)置在所述圓柱狀本體的下部；所述上排旋流切削噴嘴的噴射方向向上傾斜；所述下排旋流切削噴嘴的噴射方向向下傾斜；

所述直沖噴嘴同軸設(shè)置在所述圓錐狀本體的軸線上，所述直沖噴嘴的噴射方向朝向正下方；

所述斜沖噴嘴設(shè)有多個(gè)，設(shè)置在所述圓錐狀本體的錐面上，且多個(gè)所述斜沖噴嘴在圍繞所述直沖噴嘴的圓周方向上均勻設(shè)置，所述斜沖噴嘴的噴射方向朝向斜下方。

由上所述，本實(shí)用新型的偏心式水力機(jī)械鉆擴(kuò)一體化鉆頭結(jié)構(gòu)合理緊湊，安裝方便。通過設(shè)置在鉆頭圓錐狀本體上的直沖噴嘴、斜沖噴嘴，將鉆井泥漿壓能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，可沖蝕井底巖石輔助破巖，提高鉆頭破巖效率30％以上。通過與上接頭偏心設(shè)計(jì)的鉆頭本體，帶動(dòng)螺旋狀犁刃式刀翼進(jìn)行偏心鉆進(jìn)、機(jī)械切削井壁巖石，可對井眼可起到機(jī)械擴(kuò)孔效果，孔徑擴(kuò)大15％-20％。通過設(shè)置在鉆頭圓柱狀本體上的旋流切削噴嘴，將鉆井泥漿轉(zhuǎn)化為高速射流，旋流沖蝕、剪切破碎井壁巖石，可對井眼進(jìn)一步起到水力擴(kuò)孔效果，孔徑擴(kuò)大100％-120％。通過設(shè)置在鉆頭圓柱狀本體上的反沖噴嘴，利用噴嘴產(chǎn)生的高速射流在鉆頭外環(huán)空形成負(fù)壓區(qū)，對井底泥漿及巖屑起到“虹吸作用”，可有效提高鉆井泥漿的攜巖效率。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對本實(shí)用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實(shí)用新型的范圍。其中：

圖1：為本實(shí)用新型鉆擴(kuò)一體化鉆頭的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2：為本實(shí)用新型鉆擴(kuò)一體化鉆頭的端面視圖。

圖3：為圖2中的A-A截面剖視圖。

圖4：為圖2中的B-B截面剖視圖。

具體實(shí)施方式

為了對本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式。

如圖1和圖3所示，本實(shí)用新型提供了一種偏心式水力機(jī)械鉆擴(kuò)一體化鉆頭100，包括上接頭1、鉆頭本體2、刀翼、直沖噴嘴9、斜沖噴嘴8、旋流切削噴嘴、反沖噴嘴3。所述上接頭1內(nèi)部設(shè)有貫通其上端和下端的連接通道102，上接頭1的上端采用內(nèi)錐型螺紋101設(shè)計(jì)，用來與鉆桿接頭連接，上接頭1的下端與鉆頭本體2采用一體式偏心設(shè)計(jì)；即上接頭1下端與鉆頭本體2一體連接，上接頭1的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與鉆頭本體2的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線偏移有一定距離。上接頭1在鉆桿的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，從而鉆頭本體2產(chǎn)生偏心轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)鉆頭本體2呈偏心式鉆進(jìn)，對井眼起到機(jī)械式擴(kuò)孔效果。刀翼設(shè)置在鉆頭本體2的外壁上。所述斜沖噴嘴8和所述直沖噴嘴9設(shè)置在所述鉆頭本體2的底部，所述反沖噴嘴3和所述旋流切削噴嘴設(shè)置在所述鉆頭本體的圓周側(cè)面，且所述旋流切削噴嘴位于所述反沖噴嘴3的下方。鉆頭本體2的上部為圓柱狀本體202，下部為圓錐狀本體203，所述圓錐狀本體203同軸一體設(shè)置在所述圓柱狀本體202的底部。所述上接頭1一體偏心設(shè)置在所述圓柱狀本體202的頂部。所述鉆頭本體2的內(nèi)部設(shè)有鉆頭腔體201，鉆頭腔體201貫穿整個(gè)圓柱狀本體202，鉆頭腔體201的底部直通到圓錐狀本體203的內(nèi)部，所述鉆頭腔體201的上端與所述連接通道102相通。鉆井泥漿能通入到該鉆頭腔體201內(nèi)。所述鉆頭本體2上設(shè)有與所述鉆頭腔體201相通的反沖噴嘴3、旋流切削噴嘴、斜沖噴嘴8和直沖噴嘴9。反沖噴嘴3、旋流切削噴嘴、斜沖噴嘴8和直沖噴嘴9均穿透鉆頭本體2的壁，將鉆頭腔體201與鉆頭外部連通，鉆井泥漿能通過這些噴嘴噴出鉆頭本體2，噴射到巖壁上，與刀翼的機(jī)械旋轉(zhuǎn)作用一起作用于巖壁，起到輔助破巖的作用。

進(jìn)一步，如圖3和圖4所示，所述反沖噴嘴3設(shè)有五個(gè)，沿圓周方向均勻設(shè)置在所述圓柱狀本體202的上部，反沖噴嘴3從圓柱狀本體202側(cè)壁的內(nèi)側(cè)向外側(cè)朝上方傾斜，即所述反沖噴嘴3的噴射方向向上傾斜。反沖噴嘴3的軸線與鉆頭本體2軸線的夾角定義為以反沖噴嘴3的軸線為起點(diǎn)，向下旋轉(zhuǎn)到鉆頭本體2軸線為終點(diǎn)，反沖噴嘴3的軸線旋轉(zhuǎn)過的角度即為該夾角；以下所說的夾角的定義與此相同。所述反沖噴嘴3的噴射方向與所述鉆頭本體2軸線的夾角為135°。通過設(shè)置在鉆頭圓柱狀本體202上的反沖噴嘴3，利用噴嘴產(chǎn)生的高速射流在鉆頭外環(huán)空形成負(fù)壓區(qū)，對井底泥漿及巖屑起到“虹吸作用”，可有效提高鉆井泥漿的攜巖效率。

進(jìn)一步，所述旋流切削噴嘴包括五個(gè)上排旋流切削噴嘴4和五個(gè)下排旋流切削噴嘴6，所述上排旋流切削噴嘴4及所述下排旋流切削噴嘴6均沿圓周方向均勻設(shè)置在所述圓柱狀本體202上，所述上排旋流切削噴嘴4位于所述反沖噴嘴3的下方，在本實(shí)施例中，上排旋流切削噴嘴4位于圓柱狀本體202的中部，上排旋流切削噴嘴4從圓柱狀本體202側(cè)壁的內(nèi)側(cè)向外側(cè)朝上方傾斜，即其噴射方向向上傾斜。所述下排旋流切削噴嘴6位于所述上排旋流切削噴嘴4的下方，在本實(shí)施例中，下排旋流切削噴嘴6位于圓柱狀本體202的下部，下排旋流切削噴嘴6從圓柱狀本體202側(cè)壁的內(nèi)側(cè)向外側(cè)朝下方傾斜，即其噴射方向向下傾斜。所述上排旋流切削噴嘴4的噴射方向與所述鉆頭本體2軸線的夾角為105°-110°；所述下排旋流切削噴嘴6的噴射方向與所述鉆頭本體2軸線的夾角為60°。通過設(shè)置在鉆頭圓柱狀本體202上的旋流切削噴嘴，將鉆井泥漿轉(zhuǎn)化為高速射流，旋流沖蝕、剪切破碎井壁巖石，可對井眼進(jìn)一步起到水力擴(kuò)孔效果，孔徑擴(kuò)大100％-120％。

進(jìn)一步，如圖2、圖3和圖4所示，所述直沖噴嘴9設(shè)有一個(gè)，同軸設(shè)置在所述圓錐狀本體203的軸線上，所述直沖噴嘴9的噴射方向朝向正下方。所述斜沖噴嘴8設(shè)有五個(gè)，設(shè)置在所述圓錐狀本體203的錐面上，且多個(gè)所述斜沖噴嘴8在圍繞所述直沖噴嘴9的圓周方向上均勻設(shè)置，所述斜沖噴嘴8的噴射方向朝向斜下方。所述斜沖噴嘴8的噴射方向與所述鉆頭本體2軸線的夾角為30°。通過設(shè)置在鉆頭圓錐狀本體203上的直沖噴嘴9、斜沖噴嘴8，充分利用伯努利原理，通過斜向噴嘴的節(jié)流能將鉆井泥漿壓能轉(zhuǎn)化為高速射流的動(dòng)能，可旋流沖蝕、切削井底巖石輔助破巖，提高鉆頭破巖效率30％以上，對井眼進(jìn)一步起到水力擴(kuò)孔效果。

進(jìn)一步，本實(shí)施例中所述刀翼采用多個(gè)犁刃式刀翼5，犁刃式刀翼5的刃與農(nóng)村耕田用的農(nóng)具犁的刃相似，犁刃切削面較薄，非常鋒利，呈螺旋狀延伸，破巖效果非常好，可以設(shè)置3-6個(gè)犁刃式刀翼5。所述犁刃式刀翼5沿圓周方向均勻分布在所述鉆頭本體2外部；每個(gè)所述犁刃式刀翼5從所述圓錐狀本體203呈螺旋狀向上延伸到所述圓柱狀本體202的上部。所述斜沖噴嘴8、所述上排旋流切削噴嘴4、所述下排旋流切削噴嘴6均與所述犁刃式刀翼5間隔布置，即間隔布置在相鄰的兩個(gè)犁刃式刀翼5之間。通過與上接頭1偏心設(shè)計(jì)的鉆頭本體2，帶動(dòng)螺旋狀犁刃式刀翼5進(jìn)行偏心鉆進(jìn)、機(jī)械切削井壁巖石，可對井眼可起到機(jī)械擴(kuò)孔效果，孔徑擴(kuò)大15％-20％。

由上所述，本實(shí)用新型的偏心式水力機(jī)械鉆擴(kuò)一體化鉆頭100，通過設(shè)置直沖噴嘴9和斜沖噴嘴8，將鉆井泥漿壓能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，沖蝕破碎井底巖石，配合鉆頭本體2上設(shè)置的犁刃式螺旋刀翼切削井底巖石，提高鉆頭破巖效率。通過對鉆頭本體2與上接頭1的一體式偏心設(shè)計(jì)，利用鉆桿接頭帶動(dòng)鉆頭本體2及其上設(shè)置的犁刃式螺旋刀翼進(jìn)行偏心鉆進(jìn)，機(jī)械切削井壁巖石，對井眼起到機(jī)械式擴(kuò)孔效果。通過在鉆頭圓柱狀本體202中部和下部設(shè)置旋流切削噴嘴，利用噴嘴的節(jié)流作用將鉆井泥漿轉(zhuǎn)化為高速射流，旋流沖蝕、剪切破碎井壁巖石，對井眼進(jìn)一步起到水力擴(kuò)孔效果。通過在鉆頭圓柱本體上部設(shè)置一組反沖噴嘴3，利用噴嘴產(chǎn)生的高速射流在鉆頭外環(huán)空形成負(fù)壓區(qū)，對井底泥漿及巖屑起到“虹吸作用”，從而提高鉆井泥漿的攜巖效率，提高鉆井速度。

以上所述僅為本實(shí)用新型示意性的具體實(shí)施方式，并非用以限定本實(shí)用新型的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。