偏心式水力机械钻扩一体化钻头的制作方法

本实用新型涉及油气田钻采工程技术领域，尤其涉及一种偏心式水力机械钻扩一体化钻头。

背景技术：

随着石油天然气资源勘探与开发的深入，地质条件复杂、机械钻速低、钻井成本增加等问题日趋明显。尤其随着钻井深度的不断增加，井筒内的钻井液柱压力也不断的增大，对岩屑的压持效应越来越明显，钻井过程中的水力能量的传输、转换、分配及利用效率也随着井深的增加进一步降低，这直接导致了钻井速度的下降。适用性钻头的优选、钻井水力参数的优化设计、水力高效辅助破岩与清洗井底岩屑，已经成为提高钻井速度、缩短建井周期、降低钻井成本的有效手段。现有的偏心式钻头主要依靠钻头偏心设置及长轴侧壁上的牙齿实现机械式破岩、扩大井径的目的，短轴侧壁上的水力喷嘴主要起冲刺、洗刷井壁的作用，钻头水功率利用较低，钻头的结构有待优化，钻头的破岩效率、携岩效率等有待进一步提高。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种偏心式水力机械钻扩一体化钻头，以克服现有技术的缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种偏心式水力机械钻扩一体化钻头，将钻井泥浆压能转化为动能，冲蚀、剪切破碎井底及井壁岩石，配合刀翼切削井底、井壁岩石，实现钻头水力、机械钻进、扩孔一体化作业，提高钻头机械钻速及破岩效率。

本实用新型的目的是这样实现的，一种偏心式水力机械钻扩一体化钻头，所述偏心式水力机械钻扩一体化钻头包括上接头、钻头本体，所述钻头本体外部设有刀翼，所述钻头本体偏心设置在所述上接头的下部，所述钻头本体的内部设有钻头腔体，所述上接头设有上下贯通的连接通道；所述钻头腔体的上端与所述连接通道相通；所述钻头本体上设有与所述钻头腔体相通的反冲喷嘴、旋流切削喷嘴、斜冲喷嘴和直冲喷嘴；所述斜冲喷嘴和所述直冲喷嘴设置在所述钻头本体的底部，所述反冲喷嘴和所述旋流切削喷嘴设置在所述钻头本体的圆周侧面，且所述旋流切削喷嘴位于所述反冲喷嘴的下方。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述钻头本体包括圆柱状本体及圆锥状本体，所述圆锥状本体同轴设置在所述圆柱状本体的底部；所述上接头偏心设置在所述圆柱状本体的顶部。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述反冲喷嘴设有多个，沿圆周方向均匀设置在所述圆柱状本体的上部，所述反冲喷嘴的喷射方向向上倾斜。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述反冲喷嘴的喷射方向与所述钻头本体轴线的夹角为135°。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述旋流切削喷嘴包括多个上排旋流切削喷嘴和多个下排旋流切削喷嘴，所述上排旋流切削喷嘴及所述下排旋流切削喷嘴均沿圆周方向均匀设置在所述圆柱状本体上，所述上排旋流切削喷嘴位于所述反冲喷嘴的下方，其喷射方向向上倾斜；所述下排旋流切削喷嘴位于所述上排旋流切削喷嘴的下方，其喷射方向向下倾斜。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述上排旋流切削喷嘴的喷射方向与所述钻头本体轴线的夹角为105°-110°；所述下排旋流切削喷嘴的喷射方向与所述钻头本体轴线的夹角为60°。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述直冲喷嘴同轴设置在所述圆锥状本体的轴线上，所述直冲喷嘴的喷射方向朝向正下方。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述斜冲喷嘴设有多个，设置在所述圆锥状本体的锥面上，且多个所述斜冲喷嘴在围绕所述直冲喷嘴的圆周方向上均匀设置，所述斜冲喷嘴的喷射方向朝向斜下方。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述斜冲喷嘴的喷射方向与所述钻头本体轴线的夹角为30°。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述刀翼包括多个犁刃式刀翼，所述犁刃式刀翼沿圆周方向均匀分布在所述钻头本体外部；每个所述犁刃式刀翼从所述圆锥状本体呈螺旋状向上延伸到所述圆柱状本体的上部。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述旋流切削喷嘴包括多个上排旋流切削喷嘴和多个下排旋流切削喷嘴，所述上排旋流切削喷嘴沿圆周方向均匀设置在所述圆柱状本体的中部；所述下排旋流切削喷嘴沿圆周方向均匀设置在所述圆柱状本体的下部；所述上排旋流切削喷嘴的喷射方向向上倾斜；所述下排旋流切削喷嘴的喷射方向向下倾斜；

所述直冲喷嘴同轴设置在所述圆锥状本体的轴线上，所述直冲喷嘴的喷射方向朝向正下方；

所述斜冲喷嘴设有多个，设置在所述圆锥状本体的锥面上，且多个所述斜冲喷嘴在围绕所述直冲喷嘴的圆周方向上均匀设置，所述斜冲喷嘴的喷射方向朝向斜下方。

由上所述，本实用新型的偏心式水力机械钻扩一体化钻头结构合理紧凑，安装方便。通过设置在钻头圆锥状本体上的直冲喷嘴、斜冲喷嘴，将钻井泥浆压能转化为动能，可冲蚀井底岩石辅助破岩，提高钻头破岩效率30％以上。通过与上接头偏心设计的钻头本体，带动螺旋状犁刃式刀翼进行偏心钻进、机械切削井壁岩石，可对井眼可起到机械扩孔效果，孔径扩大15％-20％。通过设置在钻头圆柱状本体上的旋流切削喷嘴，将钻井泥浆转化为高速射流，旋流冲蚀、剪切破碎井壁岩石，可对井眼进一步起到水力扩孔效果，孔径扩大100％-120％。通过设置在钻头圆柱状本体上的反冲喷嘴，利用喷嘴产生的高速射流在钻头外环空形成负压区，对井底泥浆及岩屑起到“虹吸作用”，可有效提高钻井泥浆的携岩效率。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为本实用新型钻扩一体化钻头的整体结构示意图。

图2：为本实用新型钻扩一体化钻头的端面视图。

图3：为图2中的A-A截面剖视图。

图4：为图2中的B-B截面剖视图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1和图3所示，本实用新型提供了一种偏心式水力机械钻扩一体化钻头100，包括上接头1、钻头本体2、刀翼、直冲喷嘴9、斜冲喷嘴8、旋流切削喷嘴、反冲喷嘴3。所述上接头1内部设有贯通其上端和下端的连接通道102，上接头1的上端采用内锥型螺纹101设计，用来与钻杆接头连接，上接头1的下端与钻头本体2采用一体式偏心设计；即上接头1下端与钻头本体2一体连接，上接头1的转动轴线与钻头本体2的转动轴线偏移有一定距离。上接头1在钻杆的带动下转动，从而钻头本体2产生偏心转动，带动钻头本体2呈偏心式钻进，对井眼起到机械式扩孔效果。刀翼设置在钻头本体2的外壁上。所述斜冲喷嘴8和所述直冲喷嘴9设置在所述钻头本体2的底部，所述反冲喷嘴3和所述旋流切削喷嘴设置在所述钻头本体的圆周侧面，且所述旋流切削喷嘴位于所述反冲喷嘴3的下方。钻头本体2的上部为圆柱状本体202，下部为圆锥状本体203，所述圆锥状本体203同轴一体设置在所述圆柱状本体202的底部。所述上接头1一体偏心设置在所述圆柱状本体202的顶部。所述钻头本体2的内部设有钻头腔体201，钻头腔体201贯穿整个圆柱状本体202，钻头腔体201的底部直通到圆锥状本体203的内部，所述钻头腔体201的上端与所述连接通道102相通。钻井泥浆能通入到该钻头腔体201内。所述钻头本体2上设有与所述钻头腔体201相通的反冲喷嘴3、旋流切削喷嘴、斜冲喷嘴8和直冲喷嘴9。反冲喷嘴3、旋流切削喷嘴、斜冲喷嘴8和直冲喷嘴9均穿透钻头本体2的壁，将钻头腔体201与钻头外部连通，钻井泥浆能通过这些喷嘴喷出钻头本体2，喷射到岩壁上，与刀翼的机械旋转作用一起作用于岩壁，起到辅助破岩的作用。

进一步，如图3和图4所示，所述反冲喷嘴3设有五个，沿圆周方向均匀设置在所述圆柱状本体202的上部，反冲喷嘴3从圆柱状本体202侧壁的内侧向外侧朝上方倾斜，即所述反冲喷嘴3的喷射方向向上倾斜。反冲喷嘴3的轴线与钻头本体2轴线的夹角定义为以反冲喷嘴3的轴线为起点，向下旋转到钻头本体2轴线为终点，反冲喷嘴3的轴线旋转过的角度即为该夹角；以下所说的夹角的定义与此相同。所述反冲喷嘴3的喷射方向与所述钻头本体2轴线的夹角为135°。通过设置在钻头圆柱状本体202上的反冲喷嘴3，利用喷嘴产生的高速射流在钻头外环空形成负压区，对井底泥浆及岩屑起到“虹吸作用”，可有效提高钻井泥浆的携岩效率。

进一步，所述旋流切削喷嘴包括五个上排旋流切削喷嘴4和五个下排旋流切削喷嘴6，所述上排旋流切削喷嘴4及所述下排旋流切削喷嘴6均沿圆周方向均匀设置在所述圆柱状本体202上，所述上排旋流切削喷嘴4位于所述反冲喷嘴3的下方，在本实施例中，上排旋流切削喷嘴4位于圆柱状本体202的中部，上排旋流切削喷嘴4从圆柱状本体202侧壁的内侧向外侧朝上方倾斜，即其喷射方向向上倾斜。所述下排旋流切削喷嘴6位于所述上排旋流切削喷嘴4的下方，在本实施例中，下排旋流切削喷嘴6位于圆柱状本体202的下部，下排旋流切削喷嘴6从圆柱状本体202侧壁的内侧向外侧朝下方倾斜，即其喷射方向向下倾斜。所述上排旋流切削喷嘴4的喷射方向与所述钻头本体2轴线的夹角为105°-110°；所述下排旋流切削喷嘴6的喷射方向与所述钻头本体2轴线的夹角为60°。通过设置在钻头圆柱状本体202上的旋流切削喷嘴，将钻井泥浆转化为高速射流，旋流冲蚀、剪切破碎井壁岩石，可对井眼进一步起到水力扩孔效果，孔径扩大100％-120％。

进一步，如图2、图3和图4所示，所述直冲喷嘴9设有一个，同轴设置在所述圆锥状本体203的轴线上，所述直冲喷嘴9的喷射方向朝向正下方。所述斜冲喷嘴8设有五个，设置在所述圆锥状本体203的锥面上，且多个所述斜冲喷嘴8在围绕所述直冲喷嘴9的圆周方向上均匀设置，所述斜冲喷嘴8的喷射方向朝向斜下方。所述斜冲喷嘴8的喷射方向与所述钻头本体2轴线的夹角为30°。通过设置在钻头圆锥状本体203上的直冲喷嘴9、斜冲喷嘴8，充分利用伯努利原理，通过斜向喷嘴的节流能将钻井泥浆压能转化为高速射流的动能，可旋流冲蚀、切削井底岩石辅助破岩，提高钻头破岩效率30％以上，对井眼进一步起到水力扩孔效果。

进一步，本实施例中所述刀翼采用多个犁刃式刀翼5，犁刃式刀翼5的刃与农村耕田用的农具犁的刃相似，犁刃切削面较薄，非常锋利，呈螺旋状延伸，破岩效果非常好，可以设置3-6个犁刃式刀翼5。所述犁刃式刀翼5沿圆周方向均匀分布在所述钻头本体2外部；每个所述犁刃式刀翼5从所述圆锥状本体203呈螺旋状向上延伸到所述圆柱状本体202的上部。所述斜冲喷嘴8、所述上排旋流切削喷嘴4、所述下排旋流切削喷嘴6均与所述犁刃式刀翼5间隔布置，即间隔布置在相邻的两个犁刃式刀翼5之间。通过与上接头1偏心设计的钻头本体2，带动螺旋状犁刃式刀翼5进行偏心钻进、机械切削井壁岩石，可对井眼可起到机械扩孔效果，孔径扩大15％-20％。

由上所述，本实用新型的偏心式水力机械钻扩一体化钻头100，通过设置直冲喷嘴9和斜冲喷嘴8，将钻井泥浆压能转化为动能，冲蚀破碎井底岩石，配合钻头本体2上设置的犁刃式螺旋刀翼切削井底岩石，提高钻头破岩效率。通过对钻头本体2与上接头1的一体式偏心设计，利用钻杆接头带动钻头本体2及其上设置的犁刃式螺旋刀翼进行偏心钻进，机械切削井壁岩石，对井眼起到机械式扩孔效果。通过在钻头圆柱状本体202中部和下部设置旋流切削喷嘴，利用喷嘴的节流作用将钻井泥浆转化为高速射流，旋流冲蚀、剪切破碎井壁岩石，对井眼进一步起到水力扩孔效果。通过在钻头圆柱本体上部设置一组反冲喷嘴3，利用喷嘴产生的高速射流在钻头外环空形成负压区，对井底泥浆及岩屑起到“虹吸作用”，从而提高钻井泥浆的携岩效率，提高钻井速度。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。