一种具有扁长水孔的钻头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有扁长水孔的钻头，属于石油天然气、矿山工程、地热井、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探技术领域。包括钻头本体，设于钻头本体上的切削结构，切削结构上设置有切削齿，切削结构之间设置有排屑槽和流道，流道上设置有水孔，其特征在于：所述水孔至少有一个是扁长水孔，所述扁长水孔的长度方向的纵剖面形状为口大底小的扇形或者类扇形，扁长水孔的出口形状为扁长形。本实用新型专利技术的目的在于解决钻头在快速钻井和高温井钻井中因钻头水力结构不合理而降低钻头钻进性能和使用寿命的问题。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于石油天然气、矿山工程、地热井、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探
，具体是涉及一种具有新型水力结构的钻头。
技术介绍
钻头是钻井工程中用于破碎岩石形成井眼的破岩工具，钻头的水力结构是决定钻头钻进性能的重要因素。钻头破岩钻进时，钻井液(流体)从钻头内流道通过钻头水孔喷射到井底，从钻头水孔喷出的钻井液主要起清洗井底，携带并运移钻头破碎岩石所形成的岩肩，冷却并清洗切削齿，以及辅助破岩等作用。在现代快速钻井技术中，需要钻头具有优良破岩切削结构的同时，还需钻头具有良好的清洗井底、运移岩肩、切削齿冷却与清洗等水力性能。常规钻头中使用的水孔大多为圆形，受钻头切削结构及水道尺寸的影响，圆形水孔的尺寸有限。普通圆形水孔的喷射覆盖区域非常小，圆形水孔喷射流束较细小，直接清洗井底的面积有限，直接携岩运岩的能力也有限，圆形水孔直接喷射冷却清洗切削齿的区域也很小。采用圆形水孔的钻头，其大部分区域的井底清洗，岩肩携带运移，切削齿冷却都是利用圆形喷嘴喷射后的钻井液的漫流来完成的，漫流的水力能量远远小于直接喷射流体的水力能量，且喷射后所形成的漫流易形成涡流，涡流对钻头体和切削齿等会形成非常不利的影响，也不利于清洗和岩肩的及时快速运离。近年，地热钻井发展迅速，地热钻井中常遇到高温井。很多地热井中地层温度已经达到150摄氏度或更高，钻头的工作温度甚至达到200摄氏度以上。常规圆形水孔的钻头，其水孔结构已不能满足高温井中钻头切削齿及时快速冷却、清洗的需要。高温井中，如不能及时冷却和清洗钻头及其切削齿，钻头和切削齿温度过高将会显著降低钻头的使用寿命和钻进性能。【
技术实现思路
】本技术的目的在于:克服上述现有技术的不足之处，提出一种具有扁长水孔的钻头，解决钻头在快速钻井和高温井钻井中因钻头水力结构不合理而降低钻头钻进性能和使用寿命的冋题。本技术的目的通过下述技术方案来实现:一种具有扁长水孔的钻头，包括钻头本体，设于钻头本体上的切削结构，切削结构上设置有切削齿，切削结构之间设置有排肩槽和流道，流道上设置有水孔，所述水孔至少有一个是扁长水孔，所述扁长水孔的长度方向的纵剖面形状为口大底小的扇形或者类扇形，扁长水孔的出口形状为扁长形。本专利中，为了便于理解，参考图示，如图3所示dl为扁长水孔的出口的宽度，d2为扁长水孔的出口的长度，如图4所不，扁长水孔的进口 51与钻头内流道12相连通，扁长水孔的出口 52与切削结构相对应；其中钻头的径向布齿覆盖区域的长度为L，扁长水孔的扇形角覆盖区域长度为LI，钻头切削结构的径向外二分之一区域的长度为P，扁长水孔的扇形角覆盖区域在该钻头切削结构的径向外二分之一区域的覆盖长度为P1。如图5所示，A-A是扁长水孔的长度方向纵剖面，B-B是扁长水孔的宽度方向纵剖面，C-C是扁长水孔的横向剖面，即可知，水孔的宽度方向纵剖面与水孔的长度方向纵剖面、水孔的横向剖面相互垂直。上述方案中，扇形或者类扇形(或者叫放射状)的内腔形状，以及扁长形(顾名思义，即为通常意义上的长度大于宽度的形状)孔口的扁长水孔增加钻头水孔的过流面积和水孔的喷射覆盖范围，有效地利用其水力能量，并避免钻井液对切削结构、切削齿的冲蚀。作为选择，所述扁长水孔的出口的长度是宽度的1.5倍以上。上述方案中，特定的水孔的长宽比能够进一步有效地利用其水力能量，并避免钻井液对切削结构、切削齿的冲蚀。作为选择，所述切削结构为固定切削结构，所述扁长水孔的长度方向与固定切削结构的布齿排布方向的走向一致。上述方案中，固定切削结构通常指PDC切削结构、孕镶金刚石切削结构等，扁长水孔的长度方向顺着钻头切削结构的布齿排布方向，能够提高钻头岩肩运移效率和自洁能力，将水力能量直接用于切削齿的清洗和冷却、岩肩运移。作为选择，所述扁长水孔的扇形角覆盖区域达到切削结构径向布齿覆盖区域的60%以上。上述方案中，增加扁长水孔径向覆盖区域，从而扩大扁长水孔直接喷射清洗、冷却切削齿的区域。作为选择，所述扁长水孔的扇形角覆盖区域覆盖80%以上的钻头径向外二分之一区域。上述方案中，这有利于破岩任务量大的钻头径向外二分之一区域切削齿冷却与清洗。作为选择，所述扁长水孔的出口宽度小于扁长水孔内横向剖面中的最大宽度。上述方案中，扁长水孔内腔的某横向剖面的长度为该横向剖面的最大尺寸，横向剖面的宽度为垂直于该剖面长度方向上的最大尺寸。扁长水孔的出口宽度小于扁长水孔内横向剖面中的最大宽度，即扁长水孔的出口宽度相对其内腔宽度收缩，其在不减少扁长水孔径向喷射覆盖范围的同时，提高扁长水孔出口处的喷射速度，有利于提高钻头清洗井底、运移岩肩和直接冷却切削结构的效果。作为选择，所述扁长水孔的宽度方向的纵剖面形状为口小底大的反扇形或者类反扇形。上述方案中，该内腔结构形式可增加水孔射流等速核的长度，对井底的清洗、冷却效果更好，且便于加工制造。作为选择，所述扁长水孔内腔的横向截面形状为矩形、圆角矩形、曲边矩形或椭圆形。上述方案中，上述内腔形状便于水孔的制造成型。作为选择，所述扁长水孔的长度方向的纵剖面的扇形夹角为5?120°。上述方案中，能扩大扁长水孔径向覆盖区域，有利于水孔大覆盖直接清洗井底、切削齿，提高钻头岩肩运移效率。作为选择，所述扁长水孔的数量大于钻头水孔总数的二分之一。上诉方案中，扁长水孔与圆形水孔的组合使用，能够有效的利用钻头上的水力空间，同时针对不同地层、钻井条件，合理选择扁长水孔的数量，从而有益于提高钻头与地层的水力匹配性。当钻头水力空间加大(如大尺寸钻头)时，可全部采用扁长水孔。前述本技术主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本技术可采用并要求保护的方案:如本技术，各选择即可和其他选择任意组合，本领域技术人员在了解本专利技术方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本技术所要保护的技术方案，在此不做穷举。本技术的有益效果:能提尚钻头水孔处钻井液的喂'射速度，有利于提尚钻头清洗井底效率。扁长水孔增加钻头水孔径向覆盖区域，能扩大水孔直接喷射冷却清洗切削齿的区域；增加过流面积(或降低过流面积的减小量)，降低钻头的水力能量损失，增加水孔射流等速核的长度，有利于井底的清洗，提高钻头岩肩当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有扁长水孔的钻头，包括钻头本体，设于钻头本体上的切削结构，切削结构上设置有切削齿，切削结构之间设置有排屑槽和流道，流道上设置有水孔，其特征在于：所述水孔至少有一个是扁长水孔，所述扁长水孔的长度方向的纵剖面形状为口大底小的扇形或者类扇形，扁长水孔的出口形状为扁长形。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨迎新，徐帅兵，况雨春，张召峰，单正明，张占洪，韦永臣，郑颖异，张春亮，
申请(专利权)人：西南石油大学，中国石油集团长城钻探工程有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51