一种双叶片磁性固定的脉冲射流钻头装置的制作方法

本发明涉及井下脉冲射流钻头装置，尤其是涉及一种双叶片磁性固定的脉冲射流钻头装置。

背景技术：

目前，随着钻头质量和轴承寿命的提高，钻具的机械钻速和行程钻速得到了很大的提高；大量使用的喷射钻头，由于每个钻头均匀出流，喷射出来的冲击液流速低，能量少，钻井效率受到严重限制。脉冲射流钻头可以形成不连续的脉冲射流，从而克服了现有连续射流喷嘴能量小的缺点，提高了射流的瞬时打击力。

脉冲射流钻头作为一种新型钻头，克服了传统连续射流喷嘴能量小的缺点，提高了射流的瞬时打击能力。专利申请号为cn201621082736.9的中国实用新型专利，公开了一种等流量脉冲射流钻头装置、专利申请号为cn201510339097.3的中国发明新型专利，公开了一种井下脉冲射流钻头装，包括共轴线的双母套筒、钻头接头和钻头本体，这些专利均是通过螺旋桨驱动上阀盘旋转做功形成脉冲射流，然而脉冲射流钻头虽然提高了射流的瞬时打击能力，但是存在脉冲射流钻头的钻井效率降低的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种双叶片磁性固定的脉冲射流钻头装置，提高脉冲射流钻头的瞬时打击力和钻井效率。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种双叶片磁性固定的脉冲射流钻头装置，包括双母套筒、导流螺旋桨、轴承支撑装置、支撑轴、钻头接头、上阀盘、下阀盘和钻头本体，所述导流螺旋桨包括相对设置的a叶片和b叶片，所述a叶片和b叶片均由磁性材料制成，所述a叶片和b叶片的磁性相斥。

优选地，所述a叶片和b叶片的轮缘与双母套筒的内壁存在极小间隙。

优选地，所述导流螺旋桨通过锁紧螺母安装于支撑轴的上半部分。

优选地，所述a叶片为n极，所述b叶片为s极。

优选地，所述b叶片为n极，所述a叶片为s极。

优选地，所述双母套筒的下端与钻头接头的上端相旋接，所述钻头接头的下端与钻头本体的上端相旋接，所述钻头本体的下端设有刀翼，所述钻头本体的上端设有沿轴线向下延伸的圆柱形钻头水腔，所述圆柱形钻头水腔的底壁上设有多个钻头水眼，多个所述钻头水眼以圆柱形钻头水腔的轴线为中心均匀分布在同一圆周上，各钻头水眼分别向下延伸且分别与钻头本体下端面的喷孔相通。

优选地，所述支撑轴的下端穿过钻头接头伸入至圆柱形钻头水腔内，支撑轴末端安装有上阀盘，所述圆柱形钻头水腔的底壁上安装有下阀盘，下阀盘上设有水孔，所述上阀盘位于下阀盘的上方，所述上阀盘上设有至少一个圆孔或扇形环孔，圆孔或扇形环孔径向距离与下阀盘水孔的孔径相同且与下阀盘水孔位于同一圆周上。

本发明的有益效果：

本发明中双叶片导流螺旋桨的两个叶片均由磁性材料制成并且两个叶片的磁性相斥，利用地磁场作用以固定导流螺旋桨叶片，减小钻井液对导流螺旋桨叶片做功而消耗的机械能。避免了现有结构中由于螺旋桨旋转而消耗钻井液中的能量，并简化固定装置结构，因而降低了双母套筒的中心水道流场内由于导流螺旋桨旋转而消耗的机械能，在提高射流钻头瞬时打击力的同时，提高了钻井效率，降低装置成本。

附图说明

图1为本发明所述一种双叶片磁性固定的脉冲射流钻头装置的结构示意图。

图中：1.双母套筒，2.导流螺旋桨，3.轴承支撑装置，4.支撑轴，5.钻头接头，6.上阀盘，7.下阀盘，8.钻头本体。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的一种双叶片磁性固定的脉冲射流钻头装置，包括双母套筒1、导流螺旋桨2、轴承支撑装置3、支撑轴4、钻头接头5、上阀盘6、下阀盘7、钻头本体8，导流螺旋桨2为双叶片结构，包括相对设置的a叶片和b叶片，a叶片和b叶片均由磁性材料制成，a叶片和b叶片的磁性相斥，a叶片为n极，b叶片为s极，或者b叶片为n极，a叶片为s极。a叶片和b叶片的轮缘与双母套筒的内壁存在极小间隙。

双母套筒1的下端与钻头接头5的上端相旋接，钻头接头5的下端与钻头本体8的上端相旋接，钻头本体8的下端设有刀翼，钻头本体8的上端设有沿轴线向下延伸的圆柱形钻头水腔，圆柱形钻头水腔的底壁上设有多个钻头水眼，每个钻头水眼以轴线为中心均匀分布在同一圆周上，各钻头水眼分别向下延伸且分别与钻头本体8下端面的喷孔相通。

双母套筒1和钻头接头5的中心设有与所述圆柱形钻头水腔相通的中心水道，支撑轴4位于中心水道内，支撑轴4通过轴承支撑装置3支撑在双目套筒上，支撑轴4上端设有螺纹，且导流螺旋桨2通过锁紧螺母固定安装于支撑轴4的上半部分，支撑轴4的下端穿过钻头接头5伸入至圆柱形钻头水腔内，支撑轴6末端安装有上阀盘6，所述圆柱形钻头水腔的底壁上安装有下阀盘7，下阀盘7上设有水孔，所述上阀盘6位于下阀盘7的上方，所述上阀盘6上设有至少一个圆孔或扇形环孔，圆孔或扇形环孔径向距离与下阀盘7水孔的孔径相同且与下阀盘7水孔位于同一圆周上。

本发明的导流螺旋桨2与指南针工作原理相同，利用地磁场作用a叶片和b叶片，实现磁性固定。

通过ansyscfx等数值计算软件，对本发明和现有技术中未使导流螺旋桨2和双目套筒1相对固定的两种不同方案的流场进行数值计算，通过分析流场的速度、压力、能量分布以及瞬态响应，发现未改进方案的内流场能量消耗大，导致存在钻井效率低的问题。

当钻井液通过双母套筒1的中心水道中的导流螺旋桨2时，如果导流螺旋桨2没有固定，高压钻井液将驱动导流螺旋桨2连续旋转，桨叶带动支撑轴4驱动上阀盘6转动，可以实现上阀盘6上的水孔和下阀盘7上的水孔周期性的贯通或关闭，从而形成脉冲射流，但驱动上阀盘6旋转将会消耗高压钻井液相当一部分能量。

当导流螺旋桨2固定时，上阀盘6保持不动，而下阀盘7在钻头本体8的带动下旋转，也可实现上阀盘6的水孔和下阀盘7的水孔的周期性贯通和关闭，且根据不同的要求，只需改变钻头本体的转速即可实现不同的脉冲频率。本发明显著降低了导流螺旋桨旋转造成的能力损失，提高了钻井效率。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种双叶片磁性固定的脉冲射流钻头装置，包括双母套筒、导流螺旋桨、轴承支撑装置、支撑轴、钻头接头、上阀盘、下阀盘和钻头本体，所述导流螺旋桨包括相对设置的A叶片和B叶片，所述A叶片和B叶片均由磁性材料制成，所述A叶片和B叶片的磁性相斥，本发明利用地磁场作用以固定导流螺旋桨叶片，减小钻井液对导流螺旋桨叶片做功而消耗的机械能。避免了现有结构中由于螺旋桨旋转而消耗钻井液中的能量，并简化固定装置结构，因而降低了双母套筒的中心水道流场内由于导流螺旋桨旋转而消耗的机械能，在提高射流钻头瞬时打击力的同时，提高了钻井效率，降低装置成本。

技术研发人员：李伟;张文全;施卫东;蒋小平;周岭;朱勇;季磊磊;杨勇飞
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2018.06.20
技术公布日：2018.11.16