专利名称：一种用于井下增压器的超高压钻头流道系统及其构造方法
技术领域：
本发明涉及一种石油与天然气钻井工程领域，特别涉及一种用于井下增压器的超高压钻头流道系统及其构造方法。
背景技术：
国内外钻井工程实践表明，利用井下增压装置提高部分钻井液喷射压力来辅助破岩可大幅度提高深部地层的钻井速度。但能否将井下增压装置输出的超高压钻井液和常压钻井液分别传输到井底并使其各自喷射是该技术实现的关键问题之一。现有技术中将井下增压装置输出的超高压钻井液和常压钻井液分别传输到井底并使其喷射的工具已有以下专利文献予以批露。中国专利说明书CN2584797(2003年11月05日公开)提供了一种带有扶正器的超高压钻头，它是在井下增压泵出口与钻头喷嘴间连接一根超高压管，超高压管上装有上下两个扶正器，两个扶正器之间装有弹簧。扶正器由卡簧座、卡簧、垫片上下安装构成，卡簧是缺口式环形弹簧，卡簧的上半部分为圆台状、下半部分为圆柱体，中间是通孔，在圆台体和圆柱体的上部开有三条径向缝，在两条缝之间的壁厚上开轴向流道；卡簧座呈圆柱状，其中间为大口向下的内圆锥形，用丝扣连接在壳体内壁。在高压管外露段和喷嘴外面加有一个保护套，保护套焊接在钻头体上。中国专利说明书C拟665342 (2004年12月22日公开)描述了一种与井下自动增压装置配合使用的钻头一双流道钻头。由钻头体、喷嘴、超高压喷嘴、超高压连通管、泥浆流道，以及破碎岩石的牙轮或复合片等组成。其特征在于在泥浆流道内有超高压连通管， 超高压连通管下端有定位套。定位套固定在钻头体上，定位套将超高压连通管固定在泥浆流道内。超高压连通管连接超高压喷嘴。效果是由于在钻头的泥浆流道内设有超高压连通管，井下自动增压装置产生的超高泥浆可以通过超高压连通管到达超高压喷嘴并喷出，形成超高压喷射流破碎井底岩石。在超高压连通管外部为泥浆流道，泥浆泵提供的泥浆通过泥浆流道和喷嘴完成井底净化和携岩上返。中国专利说明书C拟683822 (2005年03月09日公开)提供了一种超高压双流道 PDC钻头，这是以普通钢体PDC钻头为基础，在已有普通流道和普通喷嘴的情况下，在钻头体内部设置一根超高压管，超高压管的上端连接井下增压泵的出口端，下端通过在钻头体内加工的超高压流道与超高压钻头喷嘴相连接，超高压钻头安装在钻头的刀翼上PDC切削齿的后面，进行超高压射流切割岩石，辅助切削齿破岩。钻头体上部有扶正装置将超高压管固定在钻头腔内。扶正装置除了可以扶正超高压管外，还开有轴向流道。普通喷嘴可换，超高压喷嘴装在外套里面，也可更换。中国专利说明书C拟931757 (2007年08月08日公开)描述了一种钻探石油的双流道钻头，涉及钻探石油的钻头。其目的是为水力破岩专用钻具提供配套使用的钻头而公开一种双流道钻头，该方案的主要特征是泥浆管道内还设有第二泥浆管，第二泥浆管的底端接置于泥浆管道的底部，第二泥浆管的顶端与泥浆管道管壁之间设有支撑；泥浆管道底部中心设有沉孔，第二泥浆管底端压配于沉孔内，沉孔的底部制有喷嘴；支撑沿泥浆管道的径向间隔均勻设置。按本方案实施的双流道钻头，具有结构合理、简洁、连接可靠和加工方便、成本低廉的特点，不仅为开发应用水力破岩技术提供了有益的技术支持，而且将本方案成功的应用于PDC胎体钻头，为石油钻探生产提供了一种合理而有效的新型钻头。从原理上讲，这些钻头可实现将井下增压装置输出的超高压钻井液和常压钻井液分别传输到井底并使其喷射的目的，但设计中却并未考虑以下问题(1)需要生产专用钻头，专用钻头需要在钻头胎体内埋入超高压钻井液专用流道，这无疑增加了钻井作业的成本，影响了井下增压装置在不同地区、不同地层的推广应用；( 安装过程中存在两个流道不能够同时连接的可能，由于超高压流体过流管道无承压及承拉装置，在和井下增压装置装卸过程中，会产生因轴向受力过大或轴线不对中引起的超高压流道连通失败情况；(3) 连接过程可能会对超高压流道与钻头体的连接造成破坏，与井下增压装置上扣连接过程中，上述几种钻头超高压流道没有防止旋转机构，超高压流道上的扭矩作用于与钻头体的连接部位，极易引起该部位的损坏。因此亟需一种用于井下增压器的超高压钻头流道系统，以满足利用井下增压装置提高深部地层钻进速度这项技术推广应用的要求。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种用于井下增压器的超高压钻头流道系统及其构造方法，仅需要将系统中除了钻头体的其他组件按照该系统的构造方法进行构造，即可实现普通钻头到超高压双流道钻头的转化，有利于井下增压装置的推广应用。一种用于井下增压器的超高压钻头流道系统，由超高压钻井液传输通道和普通钻井液传输通道组成，所述的超高压钻井液传输通道由超高压钻井液流道与耐高压软管、耐高压硬管、超高压钻井液喷嘴连接成一个整体；所述的普通钻井液传输通道由扶正过流结构的过流孔、超高压钻井液流道与转换接头内孔间的环形空间、对开式扶正器的过流孔、超高压钻井液流道与钻头体内腔间的环形空间组成连通流道。上述的钻头体内设有钻井液流道，在其中一个钻井液流道内安装耐高压硬管，耐高压硬管的外部安装硬管限位套，再装超高压钻井液喷嘴；所述的钻头体的外端连接转换接头的母扣，转换接头的公扣端的内孔安设扶正过流结构，与小孔限位螺母、大孔限位螺母配合，用于承受井下增压装置与该系统拆装时密封总成对超高压钻井液流道产生的轴向拉力及压力，扶正过流结构六方内孔装入六方体，六方体与超高压钻井液流道之间存在间隙。上述的小孔限位螺母安装在所述的超高压钻井液流道上，其下表面与扶正过流结构上表面接触，用于承受井下增压装置与该系统连接时密封总成对超高压钻井液流道产生的轴向压力。上述的大孔限位螺母安装在超高压钻井液流道上，其上表面与扶正过流结构下表面接触，用于承受井下增压装置与该系统拆开时密封总成对超高压钻井液流道产生的轴向拉力。上述的转换接头与钻头体连接处装有对开式扶正器，用于实现超高压钻井液流道的居中及常压钻井液的过流。
上述的超高压钻井液喷嘴通过螺纹安装在钻头体上，实现超高压钻井液的喷射， 其内表面与耐高压硬管外表面间装有“0”型圈，来实现密封。上述的钻头体可以是牙轮钻头或者PDC钻头。一种用于井下增压器的超高压钻头流道系统的构造方法，包括以下步骤①将超高压钻井液流道、耐高压软管、耐高压硬管连为一体，将大孔限位螺母安装在超高压钻井液流道上；②将步骤①组装体的耐高压硬管装入钻头体钻井液流道，耐高压硬管的外部安装硬管限位套，再装超高压钻井液喷嘴；③将扶正过流结构装在转换接头公扣端，并安装限位挡圈防止扶正过流结构活动；④将对开式扶正器抱紧在超高压钻井液流道上，装上转换接头，安装过程中保证超高压钻井液流道上部从扶正过流结构中孔穿出；⑤将六方体装入扶正过流结构六方内孔与超高压钻井液流道之间的空间；⑥将小孔限位螺母旋在超高压钻井液流道上。本发明的有益效果如下1、适用范围广，一种用于井下增压器的超高压钻头流道系统的钻头体为普通的任何钻头，仅需要将系统中除了钻头体的其他组件按照该系统的构造方法进行构造，即可实现普通钻头到超高压双流道钻头的转化，有利于井下增压装置的推广应用；2、消除了安装过程中两个流道不能够同时连接的可能，小限位螺母的存在消除了轴向受力过大而引起超高压钻井液流道滑向钻头下部的可能，六方体与扶正过流结构六方内孔及超高压钻井液流道之间的空隙为井下增压装置及该系统超高压钻井液流道轴线对中提供了空间；3、连接过程不会对超高压流道与钻头体的连接部位造成破坏，六方体与扶正过流结构六方内孔及超高压钻井液流道的配合承担了转换接头与井下增压装置连接过程中超高压流道上的扭矩；4、结构简单、性能稳定，使用过程不会为钻井作业带来其他方面的风险。
四
附图1是本发明的剖视图；附图2是本发明的A-A剖视图；附图3是本发明的B-B剖视图；附图4是本发明的超高压喷嘴结构放大后的示意图；上图中超高压钻井液流道1、小孔限位螺母2、限位挡圈3、六方体4、大孔限位螺母5、扶正过流结构6、转换接头7、对开式扶正器8、钻头体9、耐高压软管10、耐高压硬管 11、硬管限位套12、超高压钻井液喷嘴13。
五具体实施例方式结合附图1-4，对本发明作进一步的描述一种用于井下增压器的超高压钻头流道系统，由超高压钻井液传输通道和普通钻井液传输通道组成，所述的超高压钻井液传输通道由超高压钻井液流道1与耐高压软管 10、耐高压硬管11、超高压钻井液喷嘴13连接成一个整体；所述的普通钻井液传输通道由扶正过流结构6的过流孔、超高压钻井液流道1与转换接头7内孔间的环形空间、对开式扶正器8的过流孔、超高压钻井液流道1与钻头体9内腔间的环形空间组成连通流道。本发明的工作原理是超高压钻井液流道1与耐高压软管10、耐高压硬管11、超高压钻井液喷嘴13连接成一个整体，该整体用于将井下增压装置产生的超高压钻井液传输到井底并喷射，实现超高压钻井液直接或者辅助破岩；扶正过流结构6的过流孔、超高压钻井液流道1与转换接头7内孔间的环形空间、对开式扶正器8的过流孔、超高压钻井液流道 1与钻头体9内腔间的环形空间为一连通流道用于普通钻井液的传输，到达钻头体9上的常压钻井液通过钻头体上普通喷嘴喷射出去，实现钻井液的正常功用。上述的钻头体9内设有钻井液流道，在其中一个钻井液流道内安装耐高压硬管 11，耐高压硬管11的外部安装硬管限位套12，再装超高压钻井液喷嘴13 ；所述的钻头体9 的外端连接转换接头7的母扣，转换接头7的公扣端的内孔安设扶正过流结构6，与小孔限位螺母2、大孔限位螺母5配合，用于承受井下增压装置与该系统拆装时密封总成对超高压钻井液流道1产生的轴向拉力及压力，扶正过流结构6六方内孔装入六方体4，六方体4与超高压钻井液流道1之间存在间隙。扶正过流结构6通过左旋扣螺纹安装于转换接头7公扣端的内孔里，与小孔限位螺母2、大孔限位螺母5配合，用于承受井下增压装置与该系统拆装时密封总成对超高压钻井液流道1产生的轴向拉力及压力；小孔限位螺母2安装在超高压钻井液流道1上，其下表面与扶正过流结构6上表面接触，用于承受井下增压装置与该系统连接时密封总成对超高压钻井液流道1产生的轴向压力；大孔限位螺母5安装在超高压钻井液流道1上，其上表面与扶正过流结构6下表面接触，用于承受井下增压装置与该系统拆开时密封总成对超高压钻井液流道1产生的轴向拉力；六方体4安装于扶正过流结构6六方内孔与超高压钻井液流道1之间的空间，用于承受井下增压装置与该系统装卸过程密封总成对超高压钻井液流道1产生的周向扭矩；扶正过流结构6上部安装有限位挡圈3，用于固定扶正过流结构6，使其能够承受扭矩作用而不产生旋转；六方体4与扶正过流结构6六方内孔及超高压钻井液流道1六方截面之间各存在 0. 5mm的空间，为井下增压装置及该系统超高压钻井液流道轴线对中提供空间；转换接头7与钻头体9连接处装有对开式扶正器8，用于实现超高压钻井液流道1 的居中及常压钻井液的过流；硬管限位套12安装于耐高压硬管11的颈部，用于固定耐高压硬管11 ；超高压钻井液喷嘴13利用螺纹安装在钻头体9上，实现超高压钻井液的喷射，其内表面与耐高压硬管11外表面间装有“0”型圈，来实现密封；扶正过流结构6及对开式扶正器8的过流孔不限于图2、图3中的结构，可以是圆孔等；另外，本发明用于构造该系统的钻头体9可以是牙轮钻头、PDC钻头等，其尺寸及外形不受附图中形状的限制。 为了构造出上述系统，本发明采取的构造方法是①将超高压钻井液流道1、耐高压软管10、耐高压硬管11连为一体，将大孔限位螺母5安装在超高压钻井液流道1上；②将步骤一组装体的耐高压硬管11装入钻头体9钻井液流道，耐高压硬管11的外部安装硬管限位套12，再装超高压钻井液喷嘴13 ；③将扶正过流结构6装在转换接头7公扣端，并安装限位挡圈3防止扶正过流结构6活动；④将对开式扶正器8抱紧在超高压钻井液流道1上， 装上转换接头7，安装过程中保证超高压钻井液流道1上部从扶正过流结构6中孔穿出；⑤ 将六方体4装入扶正过流结构6六方内孔与超高压钻井液流道1之间的空间；⑥将小孔限位螺母2旋在超高压钻井液流道1上。
权利要求
1.一种用于井下增压器的超高压钻头流道系统，其特征是由超高压钻井液传输通道和普通钻井液传输通道组成，所述的超高压钻井液传输通道由超高压钻井液流道(1)与耐高压软管(10)、耐高压硬管(11)、超高压钻井液喷嘴(1 连接成一个整体；所述的普通钻井液传输通道由扶正过流结构(6)的过流孔、超高压钻井液流道(1)与转换接头(7)内孔间的环形空间、对开式扶正器⑶的过流孔、超高压钻井液流道⑴与钻头体(9)内腔间的环形空间组成连通流道。
2.根据权利要求1所述的用于井下增压器的超高压钻头流道系统，其特征是所述的钻头体(9)内设有钻井液流道，在其中一个钻井液流道内安装耐高压硬管(11)，耐高压硬管(11)的外部安装硬管限位套(12)，再装超高压钻井液喷嘴(1 ；所述的钻头体(9)的外端连接转换接头(7)的母扣，转换接头(7)的公扣端的内孔安设扶正过流结构(6)，与小孔限位螺母O)、大孔限位螺母(5)配合，用于承受井下增压装置与该系统拆装时密封总成对超高压钻井液流道(1)产生的轴向拉力及压力，扶正过流结构(6)六方内孔装入六方体 G)，六方体(4)与超高压钻井液流道(1)之间存在间隙。
3.根据权利要求2所述的用于井下增压器的超高压钻头流道系统，其特征是所述的小孔限位螺母(2)安装在所述的超高压钻井液流道(1)上，其下表面与扶正过流结构(6) 上表面接触，用于承受井下增压装置与该系统连接时密封总成对超高压钻井液流道(1)产生的轴向压力。
4.根据权利要求2所述的用于井下增压器的超高压钻头流道系统，其特征是所述的大孔限位螺母(5)安装在超高压钻井液流道(1)上，其上表面与扶正过流结构(6)下表面接触，用于承受井下增压装置与该系统拆开时密封总成对超高压钻井液流道(1)产生的轴向拉力。
5.根据权利要求1或2所述的用于井下增压器的超高压钻头流道系统，其特征是所述的转换接头(7)与钻头体(9)连接处装有对开式扶正器(8)，用于实现超高压钻井液流道 (1)的居中及常压钻井液的过流。
6.根据权利要求1或2所述的用于井下增压器的超高压钻头流道系统，其特征是所述的超高压钻井液喷嘴(1 通过螺纹安装在钻头体(9)上，实现超高压钻井液的喷射，其内表面与耐高压硬管(11)外表面间装有“0”型圈，来实现密封。
7.根据权利要求1或2所述的用于井下增压器的超高压钻头流道系统，其特征是所述的钻头体(9)可以是牙轮钻头或者PDC钻头。
8.一种用于井下增压器的超高压钻头流道系统的构造方法，其特征是包括以下步骤①将超高压钻井液流道(1)、耐高压软管(10)、耐高压硬管(11)连为一体，将大孔限位螺母( 安装在超高压钻井液流道(1)上；②将步骤①组装体的耐高压硬管(11)装入钻头体(9)钻井液流道，耐高压硬管(11) 的外部安装硬管限位套(12)，再装超高压钻井液喷嘴(13)；③将扶正过流结构(6)装在转换接头(7)公扣端，并安装限位挡圈(3)防止扶正过流结构(6)活动；④将对开式扶正器(8)抱紧在超高压钻井液流道(1)上，装上转换接头(7)，安装过程中保证超高压钻井液流道(1)上部从扶正过流结构(6)中孔穿出；⑤将六方体(4)装入扶正过流结构(6)六方内孔与超高压钻井液流道(1)之间的空间；⑥将小孔限位螺母( 旋在超高压钻井液流道(1)上。
全文摘要
本发明涉及一种石油与天然气钻井工程领域的用于井下增压器的超高压钻头流道系统及其构造方法。本发明由超高压钻井液传输通道和普通钻井液传输通道组成，所述的超高压钻井液传输通道由超高压钻井液流道与耐高压软管、耐高压硬管、超高压钻井液喷嘴连接成一个整体；所述的普通钻井液传输通道由扶正过流结构的过流孔、超高压钻井液流道与转换接头内孔间的环形空间、对开式扶正器的过流孔、超高压钻井液流道与钻头体内腔间的环形空间组成连通流道。本发明的有益效果如下仅需要将系统中除了钻头体的其他组件按照该系统的构造方法进行构造，即可实现普通钻头到超高压双流道钻头的转化，有利于井下增压装置的推广应用。
文档编号E21B10/18GK102383735SQ20111017138
公开日2012年3月21日 申请日期2011年6月23日 优先权日2011年6月23日
发明者刘永旺, 管志川 申请人:中国石油大学(华东)