本发明涉及钻井设备技术领域，具体涉及一种可变式钻头喷嘴。
背景技术
钻头喷嘴是把钻头压降转变为钻头水功率的装置。钻井过程中，钻井液经过钻井泵加压通过高压管线、钻柱内腔到达钻头喷嘴，钻头喷嘴将高压钻井液的压力转换为井底清岩、破岩的水功率后钻井液由钻柱与井筒之间的环形空间返回地面循环系统；钻井液在钻井过程中主要起传递钻井泵功率、井底清岩破岩、冷却润滑钻头钻柱、携带岩屑、平衡地层压力等作用。
钻井过程中，随着井眼的不断加深，钻井液的流动压力损耗逐渐增加，造成了钻进泵压的持续升高，当泵压升高到泵的额定工作压力时就不得不起钻更换更大的钻头喷嘴，从而减小钻头压降来维持继续钻进，这样就会大大的增加非钻井的工作时间，降低了工作效率，非常不利于钻井工作的进行。
技术实现要素：
本发明的目的在于钻头在井底就能根据需要改变喷嘴流道出口过流面积，从而降低钻头压降，提高钻井泵工作效率，减少起下钻时间，提高钻井生产效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种可变式钻头喷嘴,由本体、流道、阀三部分组成；本体外形一般为圆柱体，圆柱体内部设有流道，一端为流体入口，另一端为流体出口；流道进口设计分为椭圆型、圆弧型、双圆弧型、锥线型和流线型等不同形状，流道出口端面一般为圆形；阀由阀芯、弹簧、螺栓、阀座组成；螺栓依次穿过阀座、弹簧、由丝扣旋紧于阀芯中，阀座上有水孔并由丝扣连接在可变式钻头喷嘴的流体入口端，阀芯材料是硬质合金，外形可以是锥形或者与流道进口内表面相吻合。
目前制造喷嘴的材料一般是硬质合金，一旦下井，喷嘴流道出口过流面积就不能改变，所以，当钻井泵的排量一定时，钻头压降就是个定值。本发明的核心就是使得钻头喷嘴在井下仍然可以根据需要增加喷嘴流道出口过流面积，降低钻头压降，从而达到降低钻井泵压力的目的。
改变喷嘴流道出口过流面积有多种形式，例如采用记忆合金材料控制、钻具内外压差控制、弹簧控制、地面遥控等方式，调节制造钻头喷嘴材料的冲蚀速度，也可以改变喷嘴流道出口过流面积，对于通过改变喷嘴流道出口过流面积来调节钻头压降的所有方式都在本发明的权利保护范围之内。
阀中的弹簧材料是记忆合金材料或是普通弹簧钢，弹簧为记忆合金材料时，随着井深的增加，钻头喷嘴处温度不断升高，当达到记忆合金的变形温度时，弹簧收缩阀芯向上移动，可变式钻头喷嘴流道出口过流面积变大，减低了钻头压降。弹簧为普通弹簧钢时，随着井深的增加，钻头喷嘴处环空压力不断升高，作用在阀体下部的压力逐渐增加，这个压力通过阀芯传到弹簧上，压缩弹簧带动阀芯向上移动，可变式钻头喷嘴流道出口过流面积变大，减低了钻头压降。阀芯的向上移动降低的钻头压降抵消了由于井深增加而升高的那部分泵压，从而避免了泵压超过钻井泵的额定工作压力。
调节制造钻头喷嘴材料的冲蚀速度。通过调节钻头喷嘴材料的耐冲蚀性能，使得钻头喷嘴的出口过流面积逐渐增大，那么钻头压降就会逐渐降低，这样也可以抵消由于井深增加而升高的那部分泵压，从而避免了泵压超过钻井泵的额定工作压力。
进一步的，在钻井过程中，随着井眼的不断加深，钻井液的流动压力损耗逐渐增加，造成了钻进泵压的持续升高，当泵压升高到泵的额定压力时就不得不起出钻头更换更大的钻头喷嘴。起下钻会浪费大量的时间，降低钻井工作效率。
进一步的，可变式钻头喷嘴可以有效解决泵压随井深增加而升高与固定喷嘴流道出口过流面积不变带来的起钻更换钻头喷嘴的矛盾。且钻井过程中，钻井泵能始终保持在额定泵压、功率下工作，钻头的水功率也相应得到提高。钻井工程的理论和实践都证明，钻进速度与钻头水功率成正比。钻头水功率的提高有效提高了钻井速度。大幅度提升了钻井生产效率。
本发明方法具有如下优点：
本发明的可变式钻头喷嘴结构简单、原理可靠、制造容易、成本低廉，在基本不增加功率消耗的前提下，提高钻头水功率，有效提高钻井泵的工作效率，减少非钻进工作时间，大幅度提高钻井速度与生产效率。
可变式钻头喷嘴突破了以往钻头喷嘴过流面积不变条件下设计钻头水功率的局限，将为喷射钻井理论与技术的发展起到积极推动作用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种可变式钻头喷嘴的局部剖视结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种可变式钻头喷嘴的流道出口的局部剖视结构示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本发明实施例1提供的一种可变式钻头喷嘴，请参阅图1所示所示，一种可变式钻头喷嘴，包括本体1，所述本体1内设有贯通本体1顶部的流道2；所述流道2顶部内壁连接有阀座30，所述阀座30上偏离中心处开有与所述流道2连通的水孔31；
所述阀座30中心处设有由顶部贯穿至所述流道2内的螺栓32；所述螺栓32底部丝扣连接有阀芯34，所述阀芯34处于所述流道2内；所述螺栓32上套设有弹簧33，所述弹簧33处于所述阀芯34和所述阀座30之间；
所述本体1底部开有与所述流道2连通的流道出口21；所述流道出口21处于所述阀芯34正下方；所述本体1呈圆柱体；所述阀芯34外形与所述流道2内表面匹配。
所述制造喷嘴的材料一般是硬质合金，也可以使用其他耐冲蚀的材料，可变式钻头喷嘴在井底就可以根据需要改变喷嘴流道出口过流面积。
可变式钻头喷嘴流道出口过流面积的调节也可以通过调节制造钻头喷嘴材料的冲蚀速度来实现。
可变式钻头喷嘴流道出口过流面积有多种调节形式；可以采用记忆合金弹簧、钻头内外压差、地面遥控等方式控制可变式钻头喷嘴的阀芯位置，改变阀芯与钻头喷嘴出口之间的环形过流面积，从而调节钻头压降。
喷嘴流道出口过流面积的有多种形式，对于所有通过改变喷嘴流道出口过流面积来调节钻头压降的方式都在本发明的权利保护范围之内。
优选的，所述弹簧33采用记忆合金弹簧。
优选的，所述本体1的材料采用硬质合金。
优选的，所述流道出口21端面呈圆形。
目前制造喷嘴的材料一般是硬质合金。一旦下井，喷嘴流道出口过流面积就不能改变。所以，当钻井泵的排量一定时，钻头压降就是个定值。本发明的核心就是使得钻头喷嘴在井下仍然可以根据需要增加喷嘴流道出口的过流面积，降低钻头压降，从而达到降低钻井泵压力的目的。
弹簧33为记忆合金材料时，随着井深的增加，钻头喷嘴处温度不断升高，当达到记忆合金的变形温度时，弹簧33收缩阀芯34向上移动，可变式钻头喷嘴流道出口21过流面积变大，从而达到减小钻头压降的目的。
记忆合金材料的弹簧33可通过调节记忆合金材料的合金成分调节记忆合金的变形温度。这样，我们就可以根据预测的井下温度选择不同变形温度的记忆合金弹簧33，从而有效控制钻头降压的井眼深度。
可变式钻头喷嘴的阀芯弹簧33为记忆合金材料时，可变式钻头喷嘴可以有效解决泵压随井深增加而升高与固定喷嘴流道出口21过流面积不变带来的起钻更换钻头喷嘴的矛盾。且钻井过程中，钻井泵能始终保持在额定泵压、功率下工作，钻头的水功率也相应得到提高。钻井工程的理论和实践都证明，钻进速度与钻头水功率成正比。钻头水功率的提高有效提高了钻井速度，大幅度提高了钻井生产效率。
实施例2
本发明实施例2提供的一种可变式钻头喷嘴与实施例1基本相同，区别在于，请继续参阅图1所示，所述弹簧33还可采用普通碳钢弹簧。
可变式钻头喷嘴的阀芯弹簧33为普通弹簧钢时，随着井深的增加，钻头喷嘴处环空压力不断升高，作用在阀芯34下部的压力逐渐增加，这个压力通过阀芯34传到弹簧33上，压缩弹簧33带动阀芯34向上移动，可变式钻头喷嘴流道出口21过流面积变大，钻头压降减小。
阀芯弹簧33为普通弹簧钢时，根据使用情况的不同，可通过改变弹簧的物理参数、弹簧钢的材料成分、热处理工艺来改变弹簧的变形压力。这样，我们就可以根据预测的井下环空压力升高速率来有效控制钻头降压的速率。
可变式钻头喷嘴的阀芯弹簧33为普通弹簧钢时，可变式钻头喷嘴可以有效解决泵压随井深增加而升高与固定喷嘴流道出口过流面积不变带来的起钻更换钻头喷嘴的矛盾。且钻井过程中，钻井泵能始终保持在额定泵压、功率下工作，钻头的水功率也相应得到提高。钻井工程的理论和实践都证明，钻进速度与钻头水功率成正比。钻头水功率的提高有效提高了钻井速度，大幅度提高了钻井生产效率。
实施例3
本发明实施例3提供的一种可变式钻头喷嘴,参阅图2所示，一种可变式钻头喷嘴,由本体1、流道两部分组成。本体1外形一般为圆柱体，圆柱体内部设有流道2，一端为流体入口，另一端为流体出口21；流道进口设计分为椭圆型、圆弧型、双圆弧型、锥线型和流线型等不同形状，流道出口21端面一般为圆形。
目前制造喷嘴的材料一般是硬质合金。一旦下井，喷嘴流道出口过流面积就不能改变。所以，当钻井泵的排量一定时，钻头压降就是个定值。本发明的核心就是使得钻头喷嘴在井下仍然可以根据需要增加喷嘴流道出口过流面积，降低钻头压降，从而达到降低钻井泵工作压力的目的。
调节制造钻头喷嘴材料的冲蚀速度。通过调节钻头喷嘴材料的耐冲蚀性能，使得钻头喷嘴的出口面积随着喷嘴压降增加和冲蚀时间延长逐渐增加，那么钻头压降就会逐渐降低，这样也可以抵消由于井深增加而升高的那部分泵压，从而避免了超过钻井泵的额定工作压力。
优选地，钻头喷嘴材料的耐冲蚀性能，可以通过调节硬质合金材料的合金成分、烧结工艺来获得。这样，我们就可以根据钻头压降的高低与钻井液的冲蚀特性选择钻头喷嘴材料的耐冲蚀性能，从而使得钻头喷嘴流道出口21过流面积在可控的前提下匀速扩大，从而有效控制钻头降压的速率。
可变式钻头喷嘴采用可控冲蚀速度的喷嘴材料时，可变式钻头喷嘴可以有效解决泵压随井深增加而升高与固定喷嘴流道出口过流面积不变带来的起钻更换钻头喷嘴的矛盾。且钻井过程中，钻井泵始终保持在额定泵压、功率下工作，钻头的水功率也相应得到提高。钻井工程的理论和实践都证明，钻进速度与钻头水功率成正比。钻头水功率的提高有效提高了钻井速度。大幅度提高了钻井生产效率。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。