专利名称：一种用于煤层气和页岩气储层钻井的喷嘴钻头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种针对煤层气井、页岩气井裸眼完井后，易发生井壁失稳或井壁坍塌的用于煤层气和页岩气储层钻井的喷嘴钻头，属于钻井工具。
背景技术：
在石油钻井工程中，钻头是最重要的破岩工具。煤层、页岩储层较软，往往使用牙轮钻头进行钻井作业。牙轮钻头由钻头体、切削结构、轴承结构、喷嘴等组成。钻井过程中，钻井液通过钻头内部的一个或多个喷嘴射入井底，达到清洗及支撑井壁的目的。现有钻头的喷嘴都是固定在钻头内部，且喷嘴水眼的直径越小，钻井液流速越快，清洗效率越高。煤层气和页岩气作为新兴的非常规天然气资源，是极具开发价值的新能源。而煤储层、页岩储层与一般油气储层地质特点不同，煤的机械强度低，易于垮塌、破碎，煤层气钻井过程中容易出现扩径，漏失。煤储层裂隙系统由割理和外生裂隙组成，煤储层压力低，钻井过程中煤层段滤失较严重，且煤层在钻井液中浸泡时间越长，越容易发生垮塌；页岩储层常层理发育，钻井过程中常出现严重的井壁失稳问题，且页岩储层产状多变，岩石性质硬脆，水敏性矿物含量高，很容易发生井漏坍塌等问题，井壁坍塌不仅会影响钻井工期，更重要的是井眼不规则会降低固井质量，影响套管承压能力，威胁后续压裂的安全性。为了防止井壁垮塌，可以用常规水平井的填砂思路，向煤层气井和页岩气井中注入携砂液来提高井壁稳定性。但由于钻头内部的喷嘴水眼直径太小，携砂液若直接通过水眼容易发生堵塞。因此常用的填砂工艺需要在提钻后专门下入填砂工具，这样一来大大增加了钻完井施工时间，且在提钻过程中可能会引起井壁失稳或垮塌，增加了经济成本。
发明内容本实用新型的目的是:为了防止煤层气井、页岩气井井壁失稳或坍塌，单独进行填砂作业又增加钻完井成本，特提供一种用于煤层气和页岩气储层钻井的喷嘴钻头。为了达到上述目的，本实用新型解决此技术问题采用以下技术方案:一种用于煤层气和页岩气储层钻井的喷嘴钻头，是由钻头主体、喷嘴、携砂液通道、钻井液通道、支撑台、限位台、空腔和密封装置构成，其结构特征是:该喷嘴钻头的外部为钻头主体，内部为喷嘴，喷嘴分为上下两部分，两部分间用螺纹固定连接，在喷嘴的内部设置有钻井液通道；在喷嘴的顶部安装有限位台，限位台上开有携砂液通道；在喷嘴的中部安装有圆柱梯形台；在喷嘴底部安装有支撑台，能保持钻进过程中喷嘴相对钻头主体的位置固定；在钻头主体内部安装有喷嘴限位台，能防止在提钻喷砂过程中喷嘴脱落；钻头主体底部设置有空腔，其空腔直径大于喷嘴直径l_3cm，能扩大喷砂通道面积。在钻头主体与喷嘴中间的圆柱梯形台之间安装有密封装置，以确保钻头钻进过程中钻井液仅从钻井液通道中喷出。携砂液通道的截面积大于钻井液通道的截面积8-15cm2。在钻头钻进过程中，钻井液从喷嘴内部的钻井液通道进入井底，喷嘴底部的支撑台与井底始终保持接触，使喷嘴下部的圆柱梯形台与钻头主体之间的密封装置始终处于密封状态。当钻进过程结束，进行提钻喷砂作业时，喷嘴由于重力下落，喷嘴下部的圆柱梯形台脱离钻头主体，携砂液从喷嘴顶部的携砂液通道进入井底。携砂液通道的截面积远大于钻井液通道截面积，携砂液能够快速、顺利的进入井内完成填砂作业。本实用新型与现有技术比较具有以下有益效果:(I)能在提钻的同时进行喷砂作业，大大降低了喷砂作业的成本；(2)提钻时喷嘴能自动完成携砂液通道的扩径，能避免喷砂作业中由于通道较窄导致的携砂液堵塞等事故。
:图1是本实用新型喷嘴钻头的结构示意图。图2是本钻头中喷嘴的结构示意图。图3是图2的A-A剖视图。图中:1、钻头主体，2、喷嘴，3、携砂液通道，4、钻井液通道，5、圆柱梯形台，6、支撑台，7、密封装置，8、喷嘴限位台，9、空腔，10、限位台。
具体实施方式
以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。根据图1、图2、图3所示，一种用于煤层气和页岩气储层钻头的喷嘴钻头，包括钻头主体1、喷嘴2，钻头主体I内部设置有喷嘴限位台8与空腔9，喷嘴2分为上下两部分，用螺纹连接，喷嘴2内部开有钻井液通道4，喷嘴2顶部设置有限位台10，限位台10上开有携砂液通道3，喷嘴2中部安装有圆柱梯形台5，喷嘴2底部安装有支撑台6。钻头主体I与喷嘴2中部的圆柱梯形台5之间安装有密封装置7，以确保钻头钻进过程中钻井液仅从钻井液通道4中喷出。本方案的特点是:在钻头钻进过程中，钻井液从喷嘴2内部的钻井液通道4进入井底，喷嘴2底部的支撑台6与井底始终保持接触，使圆柱梯形台5与钻头主体I之间的密封装置7始终处于密封状态。当钻进过程结束，提钻的同时开始进行提钻喷砂作业，喷嘴2由于重力下落，喷嘴2中部的圆柱梯形台5脱离钻头主体1，限位台10与喷嘴限位台8接触，能防止喷嘴2脱落，同时携砂液从喷嘴2顶部的携砂液通道3进入井底。携砂液通道3的截面积大于钻井液通道4的截面积8-15cm2，且钻头主体I底部的空腔9直径大于喷嘴2直径l-3cm，能扩大喷砂通道的面积，携砂液能够快速、顺利的进入井内完成填砂作业。本实用新型思想新颖，且实际投入生产时不需改变钻头原有的外部结构和连接结构，具有较大的工程应用价值。
权利要求1.一种用于煤层气和页岩气储层钻井的喷嘴钻头，是由钻头主体、喷嘴、携砂液通道、钻井液通道、支撑台、限位台、空腔和密封装置构成，其特征在于:该喷嘴钻头的外部为钻头主体(I)，内部为喷嘴(2)，喷嘴(2)分为上下两部分，两部分之间用螺纹固定连接，在喷嘴(2)的内部设置有钻井液通道⑷；在喷嘴(2)的顶部安装有限位台(10)，限位台(10)上开有携砂液通道(3);在喷嘴(2)的中部安装有圆柱梯形台(5);在喷嘴(2)的底部安装有支撑台(6);在钻头主体(I)内部安装有喷嘴限位台(8);钻头主体(I)底部设置有空腔(9)；在钻头主体(I)与喷嘴(2)中间的圆柱梯形台(5)之间安装有密封装置(7)。
2.根据权利要求1所述的喷嘴钻头，其特征是:携砂液通道(3)的截面积大于钻井液通道(4)的截面积8-15cm2 ;钻头主体(I)底部的空腔(9)直径大于喷嘴(2)直径l-3cm。
专利摘要本实用新型涉及一种煤层气井，页岩气井钻井的用于煤层气和页岩气储层钻井的喷嘴钻头。它能防止井壁失稳或坍塌现象，降低填砂作业的成本。其技术方案该喷嘴钻头的外部为钻头主体，内部为喷嘴，在喷嘴的内部设置有钻井液通道；在喷嘴顶部安装有限位台，限位台上开有携砂液通道；在喷嘴中部安装有圆柱梯形台；在喷嘴底部安装有支撑台；在钻头主体内部安装有喷嘴限位台；在钻头主体底部设置有空腔；钻头主体与喷嘴中间的圆柱梯形台之间安装有密封装置。本喷嘴钻头能在提钻时进行填砂作业，降低了填砂作业的成本；提钻时喷嘴能自动完成携砂液通道的扩径，避免了携砂液堵塞通道；本钻头适用于煤层气井、页岩气井的钻井作业、快捷、安全、成本低。
文档编号E21B10/61GK202937192SQ20122066435
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者邵敏敏, 符馨月, 聂畅, 朱云霞, 霍鹏飞, 陈兴波, 钟栋, 刘姣, 秦汉 申请人:邵敏敏