用于钻头的可替换喷嘴制造技术

用于钻头的喷嘴，例如可用于钻探石油或天然气。喷嘴包括具有纵向轴线的大致圆柱形主体、用于插入钻头主体的近端和与近端相对的远端。喷嘴主体限定了沿纵向轴线穿过喷嘴的纵向孔。喷嘴还包括从靠近远端的喷嘴主体径向延伸的一个或多个凸角。每个凸角从远端轴向位移，使得喷嘴主体的圆柱形部分设置在远端和凸角之间。喷嘴还包括在远端中的配件，该配件配置成接合用于将旋转扭矩施加围绕纵向轴线到喷嘴的工具。这种喷嘴优选地可从钻头主体的外部插入钻头主体中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于钻头的可替换喷嘴优先权本申请要求于2019年1月3日提交的题为“用于钻头的可替换喷嘴”的美国专利申请第16/239,392号的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文以用于所有目的。
本专利技术的实施例涉及诸如可用于钻探油或水或用于勘探或其他目的的钻头。
技术介绍
图1示出了钻孔装置100的高度简化的示意图，例如可用于钻探油或水或用于勘探或其他目的。钻头101在推进到岩层102中的同时旋转，以形成钻孔103。钻头101安装到钻孔103内的钻柱104。钻头101可以是例如传统的牙轮钻头或诸如多晶金刚石复合片(PDC)钻头的刮刀钻头。钻柱104由管105的部分组成。随着钻孔103加深，操作井架106的工人将管段105依次添加到钻柱104的顶部。井架106包括绞车107，用于支撑钻柱104并调节钻头101接触地层的力，称为“钻压”或WOB。绞车107还可以用于在必须替换钻头101时将钻柱104从钻孔103中“起下钻”，并且用于在完井时将钻柱104从钻孔103中移除。钻井设备100还维持钻井液(也称为“泥浆”)的供应，以及泵108用于将钻井液泵送至钻柱104下方。钻井液从钻柱104流入钻头101，通过钻头101中的端口流出到钻孔103中，并且返回钻孔103的环空到地面。钻井液可用于多种目的，例如润滑和冷却钻头101，稳定钻孔103，并将钻屑从钻孔103的底部带回地表，钻屑可以被钻井液过滤并收集。过滤后的钻井液可以重复使用。钻井设备100还包括用于使钻头101相对地层102旋转的机构(未示出)。在一些情况下，井架106包括电动驱动器，其转动钻柱104的顶部，使得钻柱104的旋转驱动钻头101旋转。在其他系统中，在将钻井液供应到钻头101之前，钻井液的液压用于转动钻柱104底部的“泥浆马达”。图2更详细地示出了刮刀钻头200。钻头200包括主体201，主体201可以由钢、钨基体或其他材料制成。钻头主体201通常作为单件铸造或铣削。钻头主体201包括多个刀片202。多个端口203为钻井液提供了从钻头200的内部增压室(plenum)流到刀片202之间的空间204的通道。空间204通常被称为排屑槽，因为它们为钻井液提供了将钻屑携带到钻孔103的环空的路径。许多切割器205固定到刀片202上，并且是钻头200的实际接触地层102并使地层102破裂效的部分。每个切割器205通常由结合到圆柱形碳化钨基底的烧结多晶金刚石台制成。切割器205通常被钎焊到刀片202中。诸如喷嘴206和207的硬化喷嘴可以放置在端口203中，以减少钻头主体201受钻井液中的侵蚀或磨损。在示例性钻头200中，喷嘴206从主体201的外部拧入钻头主体201中，如图2A中更详细地示出。喷嘴207从钻头内部增压室插入其端口中并钎焊到位，如图2B中更详细地所示。喷嘴207及其在钻头200中的接收器可以是锥形的或是在钻头200中提供的壁架或其他部件，以防止喷嘴207从钻头200中穿出。需要改进喷嘴配置。
技术实现思路
根据一方面，一种用于钻头的喷嘴包括喷嘴主体，其中喷嘴主体通常为圆柱形并且包括纵向轴线、用于插入钻头主体的近端和与近端相对的远端。喷嘴主体限定了沿纵向轴线穿过喷嘴的纵向孔。喷嘴还包括从靠近远端的喷嘴主体径向延伸的一个或多个凸角。一个或多个凸角中的每个从远端轴向位移，使得喷嘴主体的圆柱形部分设置在远端和凸角之间。喷嘴还包括在远端中的配件，该配件被配置为接合用于将旋转扭矩围绕纵向轴线施加到喷嘴的工具。根据另一方面，一种钻头包括喷嘴、钻头主体和钻头主体上的多个切割器。喷嘴还包括喷嘴主体，其中喷嘴主体通常为圆柱形并且包括纵向轴线、用于插入钻头主体的近端和与近端相对的远端，并且其中喷嘴主体限定沿所述纵向轴线穿过所述喷嘴的纵向孔。喷嘴还包括从靠近远端的喷嘴主体径向延伸的一个或多个凸角，其中一个或多个凸角中的每个从远端轴向移位，使得喷嘴主体的圆柱形部分设置在远端和凸角之间。喷嘴还包括在远端中的配件，该配件配置成接合用于将旋转扭矩围绕纵向轴线施加到喷嘴的工具。钻头主体包括外表面和内部增压室，并且钻头主体限定了从外表面穿过钻头主体到内部增压室的端口，该端口通常是圆柱形的并且具有接收喷嘴主体的尺寸。该端口具有限定该端口的扩大部分的底切凹槽，该凹槽具有在凹槽内接收喷嘴的一个或多个凸角的尺寸。钻头主体在位于端口边缘的喷嘴主体中限定了一个或多个间隙，该一个或多个间隙具有接收喷嘴的一个或多个凸角的形状和尺寸。喷嘴设置在钻头主体中，凸角被捕获在底切凹槽内。根据另一方面，一种在钻头中安装喷嘴的方法包括提供喷嘴和钻头主体。喷嘴包括喷嘴主体，其中喷嘴主体通常是圆柱形的并且包括纵向轴线、用于插入钻头主体的近端和与近端相对的远端，并且其中喷嘴主体限定沿纵向轴线穿过喷嘴的纵向孔。喷嘴还包括从靠近远端的喷嘴主体径向延伸的一个或多个凸角，其中一个或多个凸角中的每个从远端轴向移位，使得喷嘴主体的圆柱形部分设置在远端和凸角之间。喷嘴还包括在远端中的配件，该配件配置成接合用于将旋转扭矩围绕纵向轴线施加到喷嘴的工具。钻头主体包括外表面和内部增压室，并且钻头主体限定从外表面穿过钻头主体到内部增压室的端口，该端口通常是圆柱形的并且具有接收喷嘴主体的尺寸。该端口具有限定该端口的扩大部分的底切凹槽，该凹槽具有在凹槽内接收喷嘴的一个或多个凸角的尺寸。钻头主体在位于端口边缘的喷嘴主体中限定一个或多个间隙，该一个或多个间隙具有接收喷嘴的一个或多个凸角的形状和尺寸。钻头主体上设有多个切割器。该方法还包括将喷嘴从钻头主体的外部插入在钻头主体中限定的端口中，使得一个或多个凸角穿过间隙到达凹槽；围绕其纵向轴线旋转喷嘴，使得喷嘴的一个或多个凸角被轴向捕获在凹槽内；以及将喷嘴钎焊在钻头主体上。附图说明图1示出了钻井设备的高度简化的示意图，例如该钻井设备可用于钻探油或水，或用于勘探或其他目的。图2图示了刮刀钻头。图2A示出了图2的刮刀钻头的横截面图。图2B示出了图2的刮刀钻头的另一个横截面图。图3示出了根据本专利技术实施例的钻头和喷嘴。图4更详细地示出了图3的喷嘴。图5示出了图3的喷嘴的横截面。图6更详细地示出了图5的钻头的部分。图7示出了图3的钻头的简化剖切部分，其中，喷嘴准备插入钻头的端口。图8示出了钻头的剖切部分，其中喷嘴插入端口。图9示出了与图8相同的视图，但是喷嘴已围绕其纵向轴线旋转90度之后的视图。图10示出了喷嘴完全插入钻头的图3的钻头的横截面图。具体实施方式现有的钻头喷嘴配置具有某些缺点。例如，从主体外部拧入钻头主体的喷嘴需要为螺纹本身以及用于将喷嘴转入螺纹端口的工具留出空间。在钻头的刀片之间为这种喷嘴留出空间可能成为对钻头设计的不利约束，因为钻头设计不断发展以提高切割性能。例如，可能需要设计具有更多刀片或具有更复杂形状的刀片的钻头，在刀片之间留出更小的空间用于喷嘴插入。从钻头增压室内部插入并钎焊到位的喷嘴可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于钻头的喷嘴，所述喷嘴包括：/n喷嘴主体，其中，所述喷嘴主体总体为圆柱形并且包括纵向轴线、近端、远端；近端用于插入所述钻头主体，远端与所述近端相对，以及其中，所述喷嘴主体限定了沿所述纵向轴线穿过所述喷嘴的纵向孔；/n一个或多个凸角，从靠近所述远端的所述喷嘴主体径向延伸，其中，所述一个或多个凸角中的每个从所述远端轴向位移，使得所述喷嘴主体的圆柱形部分设置在所述远端和所述凸角之间；/n位于所述远端中的配件，所述配件被配置为接合用于将旋转扭矩围绕所述纵向轴线施加到所述喷嘴的工具。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190103 US 16/239,3921.一种用于钻头的喷嘴，所述喷嘴包括：
喷嘴主体，其中，所述喷嘴主体总体为圆柱形并且包括纵向轴线、近端、远端；近端用于插入所述钻头主体，远端与所述近端相对，以及其中，所述喷嘴主体限定了沿所述纵向轴线穿过所述喷嘴的纵向孔；
一个或多个凸角，从靠近所述远端的所述喷嘴主体径向延伸，其中，所述一个或多个凸角中的每个从所述远端轴向位移，使得所述喷嘴主体的圆柱形部分设置在所述远端和所述凸角之间；
位于所述远端中的配件，所述配件被配置为接合用于将旋转扭矩围绕所述纵向轴线施加到所述喷嘴的工具。


2.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述一个或多个凸角包括在所述喷嘴主体的直径上相对的至少两个凸角。


3.根据权利要求1或2所述的喷嘴，其中，所述一个或多个凸角中的每个包括圆柱形外表面，所述圆柱形外表面以所述喷嘴主体的所述纵向轴线为中心并且具有比所述喷嘴主体的部分更大的半径，自该喷嘴主体的部分所述凸角延伸。


4.根据权利要求3所述的喷嘴，其中，所述一个或多个凸角中的每个具有围绕所述喷嘴的纵向轴线测量的在30度和60度之间的角度范围。


5.根据权利要求1或权利要求2所述的喷嘴，其中：
所述喷嘴主体包括位于所述远端处的第一喷嘴部分，所述第一喷嘴部分具有第一半径；
所述喷嘴主体包括位于所述近端处的第二喷嘴部分，所述第二喷嘴部分具有小于所述第一半径的第二半径；以及
其中，所述第一喷嘴部分和所述第二喷嘴部分在所述近端和所述远端之间的位置相遇。


6.根据权利要求5所述的喷嘴，其中，所述第一喷嘴部分和所述第二喷嘴部分以半径的阶梯形式过渡相遇。


7.根据权利要求1或2所述的喷嘴，其中，所述纵向孔在所述喷嘴的近端处的横截面积大于在所述喷嘴的远端处的横截面积。


8.根据权利要求7所述的喷嘴，其中，所述纵向孔包括位于所述喷嘴的近端处的圆柱形部分，所述圆柱形部分以所述喷嘴的纵向轴线为中心，并且所述圆柱形部分的直径为所述喷嘴主体的在所述喷嘴的近端处的外径的至少70％。


9.根据权利要求1或2所述的喷嘴，其中，所述配件是横向槽。


10.根据权利要求1或2所述的喷嘴，其中，所述配件是多边形凹部。


11.一种钻头，包括：喷嘴、钻头主体；
所述喷嘴包括：
喷嘴主体，其中，所述喷嘴主体总体为圆柱形并且包括纵向轴线、用于插入钻头主体的近端和与所述近端相对的远端，并且其中，所述喷嘴主体限定沿所述纵向轴线穿过所述喷嘴的纵向孔；
从靠近所述远端的所述喷嘴主体径向延伸的一个或多个凸角，其中，所述一个或多个凸角中的每个从所述远端轴向移位，使得所述喷嘴主体的圆柱形部分设置在所述远端和所述凸角之间；和
位于所述远端中的配件，所述配件配置成接合用于将旋转扭矩围绕所述纵向轴线施加到所述喷嘴的工具；以及
所述钻头主体包括：
外表面和内部增压室，并且其中，所述钻头主体限定了从所述外表面穿过所述钻头主体到所述内部增压室的端口，所述端口总体...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾森·C·莫，
申请(专利权)人：阿特拉钻孔技术有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：美国;US