一種新型水力結(jié)構(gòu)牙輪鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種在能源鉆采方面的新型水力結(jié)構(gòu)牙輪鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]牙輪鉆頭作為一種鉆削巖層的工具已被廣泛應(yīng)用，鉆頭性能的顯著改進(jìn)直接降低鉆井成本，使用壽命和鉆速兩個(gè)性能指標(biāo)，提高鉆頭的機(jī)械鉆速和使用壽命是降低鉆井成本的有效途徑。
[0003]提高牙輪鉆頭的水力作用效率是提高鉆井速度的重要因素，水力作用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:輔助破巖和清洗井底，所謂清洗井底，主要指把巖屑沖離井底，保持井底“干凈”。射流沖到井底以后能產(chǎn)生兩種凈化井底作用，其一是射流對(duì)巖屑的沖擊壓力作用，其二是漫流對(duì)巖屑的橫推作用。當(dāng)射流碰到井底以后，將此動(dòng)壓力傳給井底，形成對(duì)井底的沖擊壓力作用，作用在井底巖屑上的沖擊壓力是極不均勻的，這就使得巖屑產(chǎn)生一個(gè)翻轉(zhuǎn)力矩，從而離開井底。研究表明，要提高射流對(duì)井底的凈化能力，就要增大射流對(duì)井底的沖擊壓力梯度，增大射流出口壓力和降低噴嘴出口直徑是增大沖擊壓力梯度的唯一途徑。
[0004]射流沖擊井底后，就形成沿著井底橫向流動(dòng)的漫流，具有很高速度的井底漫流，將作用于巖屑一個(gè)橫向推力或牽引力，從而使巖屑離開井底的原來位置，把巖屑沖離井底，漫流起主要作用，在射流沖擊的面積以內(nèi)，射流沖擊中心的漫流速度為零，離開中心，漫流速度逐漸增大，在射流沖擊面積的邊緣，漫流速度達(dá)到最大。在射流沖擊面積以外，漫流流速與距沖擊中心的距離成反比，即離沖擊中心愈遠(yuǎn)則漫流速度愈小。由此可知，要提高牙輪鉆頭的鉆進(jìn)效率，就必須提高牙輪鉆頭噴射的沖擊壓力梯度和增加射流的漫流作用。
[0005]傳統(tǒng)的牙輪鉆頭水眼在牙輪側(cè)面，噴嘴噴射距離較遠(yuǎn)，降低了井底沖擊壓力梯度，浪費(fèi)了射流的沖擊能量，而且，由于鉆頭水眼處于外面，而鉆頭牙齒破碎巖石在水眼里面，水力漫流將破碎的巖石“堆積”在牙輪鉆頭底面，導(dǎo)致重復(fù)破碎，降低了牙輪鉆進(jìn)效率。為了提高牙輪鉆頭的這一性能，提高機(jī)械鉆速降低鉆井成本，而設(shè)計(jì)的一種有新型水力結(jié)構(gòu)的，具備有良好清洗與破巖能力的牙輪鉆頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種全新水力結(jié)構(gòu)的三牙輪鉆頭，其不同之處是改變常規(guī)牙輪鉆頭噴嘴安放位置，噴嘴安裝于牙輪上，鉆井液經(jīng)主水眼流道，與牙輪上水眼流道聯(lián)通，經(jīng)牙輪上噴嘴噴射出去。這樣提高了牙輪鉆頭的清洗、水力破巖、巖屑返出能力，從而提高機(jī)械鉆速和降低鉆井成本。
[0007]本發(fā)明的目的由以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):包括主體(I)、水眼流道(2)、油道(3)、牙輪水眼(4)、鉆井液密封腔(5)、牙輪(6)組成，其不同之處水眼在牙輪上，水眼流道(2)與牙輪上水眼流道(4)通過一個(gè)鉆井液密封腔(5)連通。鉆井液從鉆頭主水眼流入，經(jīng)過水眼流道(2)，進(jìn)入鉆井液密封腔(5)，從牙輪水眼(4)噴出。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):由于水眼位于牙輪上，從水眼出來的鉆井液直接噴射到井底，增強(qiáng)了水力破巖能力；同時(shí)水眼位于牙輪上增強(qiáng)了鉆井液對(duì)牙輪的清洗作用，讓牙輪保持清潔，減少了泥包效果，有助于延長(zhǎng)牙輪鉆頭的使用壽命；水眼位于牙輪上，鉆井液從水眼噴出的反作用力可以加強(qiáng)牙輪的自轉(zhuǎn)，增強(qiáng)其破巖的能力，從而提高鉆速；同時(shí)水眼位于牙輪上，從水眼噴出的鉆井液，直接作用到破碎的巖屑上，增大了射流的漫流作用，有助于巖屑的上返。
【附圖說明】
[0009]附圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的主視圖圖
[0010]附圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的俯視圖
[0011]附圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的立體圖
[0012]附圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的牙輪鉆頭主體半剖圖
[0013]附圖5為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的牙輪半剖圖
[0014]附圖6為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的主體F-F剖視圖
[0015]附圖7為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的立體B-B剖面視圖
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明通過把水眼(4)開在牙輪(6)上，鉆井液從主水眼流道流經(jīng)水眼流道(2)，進(jìn)入鉆井液密封腔(5)從水眼(4)噴出。水眼流道(2)末端通過密封圈將鉆井液腔和軸承腔分開，從而將鉆井液和潤(rùn)滑脂隔開避免鉆井液進(jìn)入軸承腔。為了平衡軸承腔、鉆井液腔及牙輪鉆頭外部鉆井液的壓力，通過一個(gè)壓力補(bǔ)償裝置進(jìn)行軸承腔的壓力補(bǔ)償，壓力補(bǔ)償裝置補(bǔ)償?shù)膲毫νㄟ^油道⑶內(nèi)的潤(rùn)滑脂傳遞到軸承腔，油道⑶與平面⑵成夾角α，油道
(3)壁和水眼流道(2)壁最小距離為10mm，保證水眼流道(2)和油道(3)錯(cuò)開，避免鉆井液混入潤(rùn)滑脂中，加速牙輪鉆頭的損壞。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三牙輪鉆頭水力結(jié)構(gòu)，包括主體(I)，主體內(nèi)的主水眼流道(2)，油道(3)，牙輪(6)，牙輪上的水眼流道(4)，其特征在于鉆井液從主體內(nèi)腔經(jīng)過主水眼流道(2)，進(jìn)入鉆井液密封腔(5)，通過牙輪水眼(4)噴射出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙輪鉆頭的結(jié)構(gòu)，其特征在于水眼位于牙輪(6)上，且水眼個(gè)數(shù)為6個(gè)以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的牙輪結(jié)構(gòu)，主水眼流道(2)和牙輪水眼流道(4)通過一個(gè)鉆井液密封腔(5)相通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的牙輪結(jié)構(gòu)，其特征在油道(3)和水眼中心線所在平面形成α夾角，α的取值范圍為-60° < α <60° ,油道壁和水眼壁之間的最小距離為10mm,保證油道和水眼相互隔離避免鉆井液混入油道影響軸承壽命。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的牙輪結(jié)構(gòu)，牙輪上的水眼軸線與牙輪軸線形成γ、δ夾角，其余兩個(gè)牙輪上水眼、油道特征跟軸線處在平面(7)位置的牙輪水眼、油道特征相同，夾角的取值范圍是10°〈Y〈135°、10° < δ <90°。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型水力結(jié)構(gòu)牙輪鉆頭，它包括牙爪、牙爪內(nèi)的主水眼流道、油道、鉆井液密封腔、牙輪和牙輪上的水眼流道。其不同之處是改變常規(guī)牙輪鉆頭噴嘴安放位置，噴嘴安裝于牙輪上，鉆井液經(jīng)主水眼流道，與牙輪上水眼流道聯(lián)通，經(jīng)牙輪上噴嘴噴射出去。本發(fā)明可以使牙輪具有更好的清洗和破巖能力，從而有效提高鉆頭的鉆鑿破巖性能，并可以延長(zhǎng)牙輪鉆頭的使用壽命，使鉆進(jìn)成本下降。
【IPC分類】E21B10-18
【公開號(hào)】CN104806168
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410040398
【發(fā)明人】楊成新, 江勝宗, 易燦, 邱勝蘭
【申請(qǐng)人】北京加華維爾能源技術(shù)有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2014年1月26日