專利名稱：鉆頭噴嘴組件，使用該鉆頭噴嘴組件的鑲嵌組件，以及制造或翻新與所述鑲嵌組件一起使 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明(以多個實施例方式)涉及用于地下鉆探的鉆頭，更特別 地，涉及用于所述鉆頭的噴嘴和套筒組件，包括含有噴嘴和套筒組件 的鑲嵌組件以及制造或翻新具有鑲嵌組件的鉆頭的方法。
背景技術(shù)：
用于地下鉆探(例如，用于油氣形式的油氣蘊藏物鉆探)的鉆頭 通常包括內(nèi)部通道，用于將充滿固體的鉆井流體或"泥漿"輸送到緊靠 由鉆頭支承的切削結(jié)構(gòu)的位置。在固定牙輪式，或者所謂的"切削型" 鉆頭中，內(nèi)部通道緊靠鉆頭面終止在噴嘴位置處，所述噴嘴容納在鉆 頭體中以控制用于冷卻切削結(jié)構(gòu)(通常，聚晶金剛石復(fù)合片(PDC) 或其它超耐磨切削元件)的鉆井泥漿的流動。 一部分切削型鉆頭(稱 作"基體"鉆頭)使用滲有熔融金屬合金(通常為銅基)的顆粒碳化鴒 制造而成。其它切削型鉆頭包括由鑄件機(jī)加工出的鋼體。鋼體切削型 鉆頭在鉆頭和排屑槽的表面和內(nèi)部容易受到高壓、高流速鉆井流體的 影響而產(chǎn)生腐蝕。因此，在鉆頭面和其它高腐蝕區(qū)域上通常施加耐磨 堆焊。在鉆頭內(nèi)部，使用例如由碳化鵠或其它耐腐蝕材料制成的噴嘴 和套筒的耐腐蝕部件來保護(hù)鉆頭體的鋼。如圖8所示，在地下鉆探中使用的傳統(tǒng)鋼體鉆頭500包括多個噴 嘴組件，例如噴嘴組件501。噴嘴組件501為兩件式可更換的噴嘴組 件，第一件是管狀碳化鎢噴嘴套筒502，其安裝到在鋼體鉆頭500上 機(jī)加工出的水眼504中并且位于水眼504的環(huán)形肩部505上。第二件 是具有節(jié)流孔513的碳化鴒噴嘴503，所述碳化鵠噴嘴通過與水眼504 壁上的配合螺紋相接合的螺紋506將噴嘴套筒502固定并保持在鋼體 鉆頭500的水眼504中。套筒502和噴嘴503用于給鋼體鉆頭500的 鋼材料提供保護(hù)，水眼504通過所述鋼體鉆頭延伸，并且通過提供從 鉆頭體內(nèi)的入口流體腔室或中心腔室507到噴管出口 508的硬質(zhì)、耐 磨和耐腐蝕通路來避免受到腐蝕性鉆井流體的影響。當(dāng)鉆井流體使延 伸穿過這些部件的內(nèi)部通道509內(nèi)的部件腐蝕或磨損時，或者當(dāng)需要 具有不同節(jié)流尺寸的噴嘴503時，噴嘴套筒502和噴嘴503可以更換； 然而，噴嘴套筒502和噴嘴503將防止鉆頭體的外周鋼材料受到各種 腐蝕。
當(dāng)正在進(jìn)行鉆探，鉆井流體位于流體腔室507中時，流體承受壓 力Pl,該壓力大于通道509中或噴管出口 508處的壓力P2。為了避 免流體從旁路通道509在壓力Pl下流動，噴嘴503形成為具有螺紋 506的可更換件，其中，當(dāng)螺紋506與水眼504壁上的螺紋接合時， 噴嘴503的底部設(shè)計成坐于套筒502的頂部上。套筒502的環(huán)形凸緣 設(shè)計成能坐靠在鉆頭體500的環(huán)形肩部505上，使得如圖8布置的部 件避免流體流過部件之間的接合部510、 511、 512和產(chǎn)生相關(guān)腐蝕。 另外，噴嘴503的外表面或壁與布置在形成于水眼504壁中的環(huán)形槽 內(nèi)的壓縮O形環(huán)514密封接觸，以便提供鉆頭體500和噴嘴503之間 的流體密封。接合部510、 511、 512充滿接逢混合物(未顯示)，例 如Baker-Lok⑥混合物，以便充滿和密封任意間隙。然而，人們不希 望流體在由有缺陷的接合部510、 511、 512提供的間隙內(nèi)流動，由于 部件尺寸公差的變化，人們已經(jīng)觀察到因P1和P2之間壓差引起的圍 繞套筒502外部流動所導(dǎo)致的腐蝕，接逢混合物由于這種變化而不能 有效填充各個間隙，O形環(huán)514不能給套筒502及其與噴嘴503的接
6合部511以及環(huán)形肩部505提供任何密封效果。因此，人們希望設(shè)計和提供一種噴嘴組件，所述噴嘴組件在地下 鉆井作業(yè)中遇到的鉆井流體流動、壓力和組成條件下更為耐用。同樣 有利的是，提供一種噴嘴組件的設(shè)計，所述設(shè)計在不需要復(fù)雜、昂貴 的制造或翻新方法的情況下，適用于已有鋼體鉆頭的更換和翻新應(yīng)用 以及制造新鋼體鉆頭。同樣有利的是，提供一種減少或消除需要使用 接逢混合物的噴嘴組件。發(fā)明內(nèi)容在一個實施例中，提供一種鋼體鉆頭噴嘴組件，其給處于在地下 鉆井作業(yè)中遇到的鉆井流體流動、壓力和組成情況下的鉆頭體提供優(yōu) 異的密封和保護(hù)。噴嘴組件無需使用接逢混合物。另 一 實施例包括噴嘴凹窩鑲嵌組件，其在更換或翻新應(yīng)用以及制 造新鋼體鉆頭時是適用的，具有簡單設(shè)計并且易于實施。鋼體鉆頭噴嘴組件包括具有從鉆頭體內(nèi)部延伸到外表面的水眼的 鉆頭體，由耐腐蝕材料制成的管狀套筒，由耐腐蝕材料制成且以縱向 相鄰關(guān)系布置在水眼中的管狀噴嘴,圍繞水眼周向延伸的多個環(huán)形槽 和布置在每個環(huán)形槽中的至少一個密封件。 一個環(huán)形槽形成在水眼壁 和噴嘴外壁中的至少之一中，另一個環(huán)形槽形成在水眼壁和套筒外壁 中的至少之一中，至少一個密封件布置在所述一個環(huán)形槽中以提供位 于水眼壁和噴嘴外壁之間的流體密封，至少另一個密封件布置在所述 另一個環(huán)形槽中以提供位于水眼壁和套筒外壁之間的流體密封。噴嘴凹窩鑲嵌組件包括管狀外套筒，用于固定布置在鋼體鉆頭的 擴(kuò)大水眼(稱作"凹窩")中并且具有位于其內(nèi)壁上的螺紋內(nèi)表面和縱 向位于螺紋內(nèi)表面同一側(cè)上的內(nèi)壁上的兩個縱向隔開的環(huán)形槽，所述 螺紋內(nèi)表面與噴嘴的外螺紋接合。管狀外套筒固定在鉆頭體凹窩內(nèi)。 由耐腐蝕材料制成的管狀套筒布置在管狀外套筒內(nèi)，位于其間的流體 密封由設(shè)置在一個環(huán)形槽中的O形環(huán)提供，由耐腐蝕材料制成的管狀 噴嘴布置在管狀外套筒內(nèi)，位于管狀外套筒和管狀內(nèi)套筒之間的流體密封由布置在另一環(huán)形槽中的o形環(huán)提供，所述管狀噴嘴具有與管狀外套筒上的螺紋內(nèi)表面相接合的螺紋外表面。在另一個實施例中，提供了一種翻新或制造鋼體鉆頭的方法。 在結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求書閱讀本發(fā)明各個實施例的詳細(xì)說明的情況下，本發(fā)明的其他優(yōu)點、特征將變得顯而易見。


圖1顯示了整合有根據(jù)本發(fā)明具體實施方式
的噴嘴組件的鋼體切削型鉆頭的透視倒置視圖；圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的噴嘴組件的實施例的局部橫截面視圖； 圖3顯示了與圖2類似并使用根據(jù)本發(fā)明的不同套筒和密封結(jié)構(gòu)的噴嘴組件的實施例的剖視圖；圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的噴嘴組件的另 一 實施例的局部橫截面視圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的噴嘴組件的又一 實施例的局部橫截面視圖；圖6顯示了具有擴(kuò)大噴嘴凹窩的鋼體鉆頭的局部橫截面視圖，所 述擴(kuò)大噴嘴凹窩構(gòu)造為容納根據(jù)本發(fā)明具體實施例構(gòu)造的噴嘴凹窩鑲 嵌組件；圖7顯示了圖6所示鋼體鉆頭的局部橫截面視圖，所述鋼體鉆頭 具有布置和固定在噴嘴凹窩中的噴嘴凹窩鑲嵌組件；和 圖8顯示了用于鋼體鉆頭的傳統(tǒng)的噴嘴組件。
具體實施方式
在下列說明中，為方便起見，不同附圖中的相同元件和特征用相 同或相似的參考數(shù)字表示。圖1顯示了整合有根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例的多個噴嘴組 件30的鋼體鉆頭10。鋼體鉆頭10構(gòu)造為本領(lǐng)域稱作切削型鉆頭的旋 轉(zhuǎn)式貫眼鉆頭。鉆頭10包括鉆頭體11，其通常由鋼鑄件機(jī)加工而成。8鉆頭10包括傳統(tǒng)的陽螺紋12，所述陽螺紋符合美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)并 且適合于連接到鉆柱的部件(未顯示)上。鉆頭體11的表面14在其 上安裝有多個切削元件16,每個切削元件包括形成在燒結(jié)碳化鎢基底 上的聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)臺18。切削元件16如此定位，使得 當(dāng)鉆頭IO在鉆頭上的重力(鉆壓(WOB))作用下在鉆孔內(nèi)圍繞中 線20旋轉(zhuǎn)時切割地下地層。鉆頭體11可以包括保徑修整器23，所述 保徑修整器包括上述PDC臺18和位于保徑部上的墊塊22，所述PDC 臺18構(gòu)造有用于修整和保持井孔直徑的平面邊緣(未顯示)，所述墊 塊接觸井孔壁并使孔內(nèi)的鉆頭保持穩(wěn)定。在鉆進(jìn)期間，鉆井流體通過位于與鉆頭體11的表面14流體連通 的噴嘴水眼28中的噴嘴組件30排出，以便冷卻切削元件16的PDC 臺18和將地層切屑從鉆頭10的表面14移除到通道15和排屑槽17 中。噴嘴組件30的孔24可以根據(jù)每組切削元件16 (特定的噴嘴組件 將鉆井流體引導(dǎo)至該切削元件)所需的希望沖洗設(shè)置成用于不同流體 流量的尺寸。本發(fā)明的新穎噴嘴組件可以與新鉆頭或者與經(jīng)過適當(dāng)改 動的翻新鉆頭一起使用。使用帶有如此處所述鋼體鉆頭10的噴嘴組件 30能夠改善噴嘴在現(xiàn)場的拆裝，避免可能由鉆井流體流動導(dǎo)致的對噴 嘴組件30 (包括噴嘴組件的部件)的有害沖刷或腐蝕。圖2顯示了噴嘴組件30的實施例的局部橫截面視圖。本實施例中 的噴嘴組件30包括套筒32、噴嘴34和兩個0形環(huán)密封件36、 38， 所述O形環(huán)密封件可以容納在鉆頭體ll的噴嘴水眼28中。噴嘴水眼 28包括內(nèi)螺紋46、環(huán)形肩部48、套筒或第一環(huán)形密封槽40、和噴嘴 或第二環(huán)形密封槽42。噴嘴水眼28提供了使噴嘴組件30的部件容納 于其中的插口，以便使來自鉆頭體11內(nèi)的腔室或室29的鉆井流體流 到鉆頭IO的表面14。第一密封槽40周向定位在噴嘴水眼28的下部 41上并且可以容納密封件38。第二密封槽42周向定位在噴嘴水眼28 的上部39上并且可以容納密封件36。內(nèi)螺紋46定位在噴嘴水眼28 的上部39內(nèi)緊靠鉆頭面14且位于第一和第二密封槽上方的位置，并 且構(gòu)造為與噴嘴34的螺紋接合，如下所述。套筒32包括外壁50、位于套筒一端且包括環(huán)形肩部52的凸緣51、 和貫穿的內(nèi)部通道或孔53。套筒32可拆卸地布置在噴嘴水眼28，其 中，凸緣51的環(huán)形肩部52靠在噴嘴水眼28的環(huán)形肩部48上。密封 件38的尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)置成壓縮在噴嘴水眼28的第一密封槽40的外壁 和套筒外壁50之間，從而在流體流過套筒孔53時，大體上避免鉆井 流體在套筒32和噴嘴水眼28的壁部之間流動。噴嘴34包括外壁54、位于噴嘴一部分上的外螺紋56和使鉆井流 體流過的內(nèi)部通道或孔57，孔57在噴嘴口 59處縮口。噴嘴34以與 套筒32成縱向鄰接關(guān)系可拆卸地插入噴嘴水眼28中，并且通過其螺 紋46與螺紋56的接合保持在噴嘴水眼28中。當(dāng)噴嘴34固定在噴嘴 水眼28中時，它通過套筒32的環(huán)形肩部52抵靠鉆頭體11的環(huán)形肩 部48使套筒32固定和保持在噴嘴水眼28中。密封件36的尺寸和結(jié) 構(gòu)設(shè)置成壓縮在噴嘴水眼28的第二密封槽42的外壁和噴嘴外壁54 之間，從而在流體流過噴嘴孔57時，大體上避免鉆井流體在噴嘴34 和噴嘴水眼28的壁部之間流動。在本實施例中，在位于接合的螺紋 46和56下方的噴嘴34和噴嘴水眼28的壁部之間提供流體密封，但 是也可以沿著噴嘴34的外壁54和噴嘴水眼28的壁部在其它位置設(shè)置 密封。應(yīng)當(dāng)注意，如上所述的部件在環(huán)境大氣壓力下裝配，從而導(dǎo)致在 套筒32和噴嘴34外部以及密封件36、 38縱向之間存留該壓力。如果 這樣的話，當(dāng)鉆頭IO布置在井下時，來自鉆頭上方的鉆井液液柱的流 體靜壓以及來自經(jīng)由鉆頭泵出的鉆井流體的動壓將大大超過存留的環(huán) 境壓力，由于密封件36、 38上的高壓差，可能導(dǎo)致密封件36、 38至 少部分地分別從槽42、 40中擠出。為了減少隱患，可以設(shè)置減荷槽R， 在圖2中顯示為具有延伸穿過凸緣51的縱向端面的弧形(例如，半圓 形)橫截面的徑向延伸槽。當(dāng)然，可以使用一個以上的這類減荷槽， 并且所述減荷槽可以包括位于與套筒32鄰接的噴嘴34端部上的凹槽 或凹口。作為另一種選擇，可以在縱向位于密封件36、 38之間的位置 處形成貫穿套筒32或噴嘴34或兩者的壁部的一個或多個孔。同樣，所有這些構(gòu)造可以與本發(fā)明的任何實施例 一起使用，包括但不限于圖7所示實施例。套筒32和噴嘴34都可以包括碳化鴒材料，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員已知的那樣，以便提供相對于經(jīng)由噴嘴組件30以高速度泵出的充滿 固體的鉆井流體的高耐腐蝕性。選擇性地，套筒32或噴嘴34可以使 用其它材料制造或加襯，例如其它碳化物或陶瓷材料。選擇性地，螺紋46、 56可以位于噴嘴水眼28內(nèi)更深的位置，另 一個環(huán)形密封槽(未顯示)可以設(shè)置在位于配合螺紋46、 56上方的鉆 頭體11的噴嘴水眼28的上部上，從而可以提供防止巖屑或鉆井流體 進(jìn)入螺紋46、 56的附加密封，以便在噴嘴更換時提供改進(jìn)或無阻礙的 噴嘴拆卸。同樣，可以使用附加密封槽；然而，在不影響例如鉆頭強(qiáng) 度的其它性能參數(shù)的情況下，在實踐中對可用密封槽的數(shù)目存在限制。 因此，根據(jù)本發(fā)明實施例關(guān)鍵性地放置兩個或以上凹槽將有助于增強(qiáng) 鉆頭中的噴嘴組件的密封。密封槽42、 40顯示為具有大體上矩形橫截面的開放、環(huán)形通道。 然而，密封槽42、 40可以具有任何適用的橫截面形狀。盡管密封槽42、 40都顯示為完全位于圍繞噴嘴水眼28的鉆頭體 ll的材料內(nèi)，但是，根據(jù)所用密封件的類型，它們都可以有選擇地定 位在噴嘴34的外壁54和套筒32的外壁50上，或者形成為部分地位 于圍繞噴嘴水眼28的鉆頭體11的材料內(nèi)并且部分地位于噴嘴34的外 壁54和套筒32的外壁50內(nèi)。例如，圖3顯示了噴嘴套筒132的另一 實施例的橫截面視圖。噴嘴套筒132具有位于外壁50上的密封槽140， 所述密封槽140的尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)置為容納密封件138，位于上方的噴 嘴可以進(jìn)行類似地設(shè)置。圖4顯示了噴嘴組件230的又一實施例的局 部橫截面視圖。噴嘴組件230具有分別位于噴嘴234和套筒232中的 密封槽段242和240，以便與容納密封件36和38的噴嘴水眼28的密 封槽段42和40配合。然而，人們希望在如上所述的噴嘴組件設(shè)計中， 密封槽42和40的最佳位置位于圍繞噴嘴水眼28的鉆頭體11的材料 上，以便將具有用于套筒32和噴嘴34的希望內(nèi)孔徑和足夠壁厚的給定噴嘴和套筒尺寸所需的設(shè)計范圍減到最低程度。另外，這種方法會 將密封件插入期間以及隨后的套筒和噴嘴插入期間對密封件造成的各 種損壞減到最低程度。O形環(huán)密封件36和38提供密封以防止高壓鉆井流體繞過套筒內(nèi) 部和流過位于部件之間位置處的各種間隙43、 44、 45 (參見圖2), 從而消除可能的腐蝕，并且無需使用接逢混合物。密封件36、 38均可 以包括彈性體或其它適用的彈性密封材料或材料組合，其構(gòu)造為在壓 縮時，在處于預(yù)定溫度范圍內(nèi)的高壓下以及在鉆頭10可能為特定應(yīng)用 所遭受的環(huán)境條件(例如，二氧化碳、酸氣等)下提供密封。這種密 封設(shè)計為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知；因此，可以容易地確定適用的 密封材料、尺寸和構(gòu)造，并且許多密封設(shè)計同樣地為各種情況所接受。 例如，不用于限制目的，可以使用彈簧致動密封件或壓力致動密封件 來代替O形環(huán)密封件。圖5顯示了彈簧致動雙向密封件338的實例， 該圖顯示了與圖2所示噴嘴組件30的實施例類似的噴嘴組件330的另 一實施例的局部橫截面視圖?，F(xiàn)在將討論圖6和圖7。圖6顯示了具有擴(kuò)大噴嘴水眼的鋼體鉆 頭410的局部橫截面視圖，所述噴嘴水眼包括噴嘴凹窩429,所述噴 嘴凹窩的尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)置為容納根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的噴嘴凹窩 鑲嵌組件430。圖7顯示了圖6所示鋼體鉆頭410的局部橫截面視圖， 所述鋼體鉆頭具有布置和固定在其內(nèi)部的可更換噴嘴組件430。擴(kuò)大噴嘴通道或噴嘴凹窩429沿中心線C/L成直線地延伸。在鉆 頭410的鉆頭體411中機(jī)加工出噴嘴凹窩429以容納噴嘴凹窩鑲嵌組 件430,同時允許噴嘴凹窩鑲嵌組件430的套筒432延伸到鉆頭410 的流體腔室中。人們希望的是，擴(kuò)大噴嘴凹窩429可以包括位于其下 端由環(huán)形肩部431包圍的較小沉孔。環(huán)形肩部431提供用于阻止和支 撐噴嘴凹窩鑲嵌組件430的臺階。當(dāng)噴嘴凹窩鑲嵌組件430位于凹窩 429中時，它可以通過連續(xù)焊縫433固定在噴嘴凹窩429中。選擇性 地，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的那樣，組件430也可以不受限制地通 過點焊或者使用扣合環(huán)或彈性擋圏進(jìn)行固定。然而，如通過使用連續(xù)焊縫所獲得的那樣，當(dāng)連接未完全密封時，人們希望的是，如下文所述的附加密封件和密封槽包括在組件430的外部和凹窩429的壁部之 間。噴嘴凹窩鑲嵌組件430包括鋼制噴嘴凹窩插入套筒435、套筒432、 噴嘴434、兩個0形環(huán)436、 438以及密封槽442、 440。插入套筒435 包括內(nèi)孔428和圓柱形外壁427。圓柱形外壁427的尺寸設(shè)置成容納 在鉆頭410的噴嘴凹窩429內(nèi)。在本實施例中，噴嘴凹窩429的壁部 包括密封槽442、 440 (如這里所提及的那樣)，并且容納套筒432、 噴嘴434和0形環(huán)436、 438。由于上面已經(jīng)對布置細(xì)節(jié)及其結(jié)構(gòu)的各 種選擇和實施例進(jìn)行了描述，因此不必對噴嘴凹窩鑲嵌組件430的內(nèi) 部部件或其在噴嘴凹窩插入套筒435中的布置方式進(jìn)行額外的詳細(xì)描 述。噴嘴凹窩鑲嵌組件430在翻新現(xiàn)有鉆頭或者在需要修理或翻新時 是適用的。當(dāng)制造新鉆頭時，可以預(yù)料的是可以使用如上所述的具體 實施例。選擇性地，如上所述和作為使用焊接的替代，插入套筒435的圓 柱形外壁427可以包括保持槽460和彈性的徑向膨脹保持器462例如 夾子或扣環(huán)，以便將噴嘴凹窩鑲嵌組件430連接并保持在鉆頭體411 的插入套筒凹窩429中。在這種情況下或者如果使用點焊而非環(huán)形焊 縫將插入套筒固定在噴嘴凹窩429內(nèi)的話，插入套筒435的圓柱形外 壁427可以包括外密封槽450和位于外密封槽中的外環(huán)形密封件452， 以便提供插入套筒435和鉆頭體411的噴嘴凹窩429的壁部之間的密 封。當(dāng)然，可以在噴嘴凹窩429的壁部上機(jī)加工出外密封槽450?，F(xiàn)在討論制造或翻新用于容納如圖6和7所示的噴嘴凹窩鑲嵌組 件430的鋼體鉆頭410的方法。制造或翻新方法包括在鉆頭體中機(jī)加 工噴嘴凹窩，將噴嘴凹窩鑲嵌組件容納到噴嘴凹窩中并保持噴嘴凹窩 鑲嵌組件。人們希望沿著希望的噴嘴水眼位置中心線軸向調(diào)節(jié)機(jī)加工 過程以與鉆頭體中的內(nèi)部流體通道連通。為了方便噴嘴凹窩鑲嵌組件 的安置和深度定位，可以機(jī)加工出(如果制造新鉆頭的話)最初較小 直徑的水眼，隨后與之同軸地鏜出擴(kuò)大噴嘴凹窩，在圍繞所述水眼(與鉆頭體的內(nèi)部流體通道連通)的底部上留出環(huán)形肩部或唇部。如果現(xiàn) 有鋼體鉆頭進(jìn)行修理或更換的話，可以沿著已有噴嘴水眼的路徑鏜出 擴(kuò)大噴嘴凹窩。在任一情況下，外部管狀套筒隨后布置在噴嘴凹窩內(nèi)并通過焊接或以其它方式保持在其中，就如上面所述的那樣。o形環(huán)或其它密封件以及耐腐蝕材料制成的套筒和噴嘴可以插入外部管狀套 筒內(nèi)，噴嘴上的螺紋與外部管狀套筒內(nèi)壁上的螺紋接合。隨后，例如 在噴嘴由具有不同節(jié)流尺寸的噴嘴代替的情況下，套筒、噴嘴和o形環(huán)或其它密封件可以根據(jù)需要或要求進(jìn)行更換。盡管已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明的特定實施例，對已公開實施例進(jìn) 行的大量增加、減少和改變對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說變得顯而易 見。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于鉆地鉆頭的噴嘴組件，所述噴嘴組件包括本體，所述本體具有位于內(nèi)部的噴嘴水眼；大體上管狀噴嘴，所述噴嘴包括耐腐蝕材料并且布置在所述噴嘴水眼中緊靠所述本體的外表面；大體上管狀套筒，所述套筒包括耐腐蝕材料并以與所述管狀噴嘴大體上縱向鄰接關(guān)系布置在所述噴嘴水眼中；第一環(huán)形槽，所述第一環(huán)形槽形成在所述噴嘴水眼的壁部和與所述噴嘴橫向相鄰的噴嘴外壁中的至少之一上；第二環(huán)形槽，所述第二環(huán)形槽形成在所述噴嘴水眼的壁部和與所述套筒橫向相鄰的套筒外壁中的至少之一上；和布置在所述第一環(huán)形槽中的至少一個環(huán)形密封件和布置在所述第二環(huán)形槽中的至少另一個環(huán)形密封件。
2. 如權(quán)利要求1所述的噴嘴組件，其中，第一環(huán)形槽和第二環(huán)形 槽形成在噴嘴水眼的壁部上。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的噴嘴組件，還包括位于第一環(huán)形槽和所述本體外表面之間的噴嘴水眼壁上的螺紋，以及位于管狀噴嘴外壁 上與之接合的螺紋。
4. 如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的噴嘴組件，還包括第三環(huán)形 槽和布置在所述第三環(huán)形槽中的再一環(huán)形密封件，所述第三環(huán)形槽形 成在噴嘴水眼壁和噴嘴外壁中的至少之一上。
5. 如權(quán)利要求4所述的鉆頭噴嘴組件，其中，第三環(huán)形槽縱向定 位在位于噴嘴水眼壁上的螺紋和本體外表面上的螺紋之間。
6. 如權(quán)利要求1-5中任意一項所述的噴嘴組件，其中，管狀套筒 包括位于其一端的環(huán)形凸緣，并且所述環(huán)形凸緣與緊靠噴嘴水眼內(nèi)端的環(huán)形肩部鄰接。
7. 如權(quán)利要求6所述的噴嘴組件，其中，所述管狀套筒的一部分 延伸超過噴嘴水眼的內(nèi)端。
8. 如權(quán)利要求1-7中任意一項所述的噴嘴組件，還包括至少一個 減荷槽或減荷孔，所述至少一個減荷槽或減荷孔在縱向位于所述至少 一個環(huán)形密封件和所述至少另 一個環(huán)形密封件之間的套筒和噴嘴中的 至少之一的外部和內(nèi)部之間延伸。
9. 如權(quán)利要求1-8中任意一項所述的噴嘴組件，還包括鉆頭體， 所述鉆頭體具有形成在內(nèi)部的噴嘴凹窩，其中，所述鉆頭體為大體上 管狀外套筒，所述外套筒包括鄰接布置在噴嘴凹窩壁內(nèi)的外壁。
10. 如權(quán)利要求9所述的噴嘴組件，還包括形成在所述外套筒外壁 上的第四環(huán)形槽，還包括布置在所述第四環(huán)形槽中與噴嘴凹窩壁密封 接合的環(huán)形密封件。
11. 如權(quán)利要求9或10所述的噴嘴組件，其中，所述外套筒的外 壁包括位于內(nèi)部的環(huán)形保持槽，還包括布置在所述環(huán)形保持槽內(nèi)部的 彈性、徑向膨脹保持器，其中，所述徑向膨脹環(huán)形保持器的一部分容 納在形成于噴嘴凹窩壁上的另一環(huán)形保持槽內(nèi)。
12. 如權(quán)利要求9所述的噴嘴組件，其中，所述外套筒通過位于外 套筒端部和鉆頭體之間的至少一個焊縫固定在噴嘴凹窩內(nèi)。
13. 如權(quán)利要求12所述的噴嘴組件，其中，所述噴嘴凹窩包括緊 靠其內(nèi)端的環(huán)形肩部，并且所述外套筒的另一端與該環(huán)形肩部鄰接。
14. 如權(quán)利要求1-13中任意一項所述的噴嘴組件，其中，所述耐 腐蝕材料選自金屬碳化物和陶瓷構(gòu)成的組，所述環(huán)形密封件中的至少 一個包括至少一個彈性體。
15. —種制造或翻新鋼體鉆頭的方法，所述方法包括在鋼鉆頭體上機(jī)加工出大體上圓柱形的至少 一個噴嘴凹窩，所述至少一個噴嘴凹窩包括孔，所述孔在其圍繞水眼的內(nèi)端具有環(huán)形肩部， 所述水眼延伸到位于鋼鉆頭體內(nèi)的內(nèi)部通道；在所述至少一個噴嘴凹窩內(nèi)將包括大體上管狀外套筒的噴嘴凹窩 鑲嵌組件布置到與環(huán)形肩部鄰接的深度；和 將外套筒保持在噴嘴凹窩中。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，才幾加工沿著鋼鉆頭體內(nèi)的已有噴嘴水眼的軸線進(jìn)行，并且所述水眼包括噴嘴水眼的內(nèi)端。
17. 如權(quán)利要求15或16所述的方法，其中，通過將外套筒的一端 焊接到鋼鉆頭體上實現(xiàn)保持。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中，焊接包括形成連續(xù)的環(huán)狀 焊縫。
19. 如權(quán)利要求15-17中任意一項所述的方法，其中，通過將外套 筒機(jī)械保持到噴嘴水眼壁上實現(xiàn)保持。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，還包括提供位于外套筒和噴嘴水 眼壁之間的環(huán)形密封件。
全文摘要
鋼體鉆頭噴嘴組件(30)包括內(nèi)部具有水眼(28)的鉆頭體(14)，套筒(32)與噴嘴相鄰地布置在水眼中，環(huán)形密封件(38)布置在套筒和噴嘴(34)之一的外壁和水眼壁之間，每個密封件(36)(38)容納和壓縮在定位于其相應(yīng)部件和鉆頭體之間的環(huán)形密封槽(40，42)中。本發(fā)明還公開了噴嘴凹窩鑲嵌組件和用于制造或翻新與噴嘴凹窩鑲嵌組件一起使用的鋼體鉆頭的方法。
文檔編號E21B10/00GK101568696SQ200780047671
公開日2009年10月28日 申請日期2007年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月15日
發(fā)明者J·M·比倫 申請人:貝克休斯公司