柔性自減震鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種柔性自減震鉆頭，屬于鉆井裝置領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]PDC鉆頭具有較高的機(jī)械鉆速和較長的使用壽命，已經(jīng)成為現(xiàn)場使用最多的石油鉆頭，PDC鉆頭對地層條件極為敏感，比較適合鉆進(jìn)軟到中硬的均質(zhì)地層，當(dāng)PDC鉆頭在硬地層或者特殊地層(如礫巖中)鉆進(jìn)時(shí)切削齒容易受到較大的沖擊載荷發(fā)生崩齒而失去切削能力。由于井底條件復(fù)雜，特別是在大斜度井、水平井及小井眼的作業(yè)中鉆柱所承受的作業(yè)工況非常惡劣，一定會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，特別是鉆柱的縱向震動(dòng)極易導(dǎo)致PDC鉆頭崩齒進(jìn)而導(dǎo)致鉆頭的早期失效，增加了鉆井成本?，F(xiàn)在市場上也有類似功能的減震器或水力加壓器，也取得了不錯(cuò)的效果，但是它們結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜、尺寸比較大、制造成本高而且影響上部鉆具的組合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、延長使用壽命，可解決鉆頭跳鉆現(xiàn)象，提高減震效果的柔性自減震鉆頭。
[0004]本發(fā)明所述的柔性自減震鉆頭，包括鉆頭本體，鉆頭本體包括鉆頭端和連接端，鉆頭端上設(shè)置鉆頭噴嘴，鉆頭本體連接端與活塞連接，活塞與連接端的連接端面處設(shè)置凸沿，鉆頭本體連接端外部套裝扭力傳送體，扭力傳送體位于活塞凸沿與鉆頭本體鉆頭端之間，扭力傳送體內(nèi)側(cè)面與鉆頭本體連接端外側(cè)面設(shè)置為相對應(yīng)的防轉(zhuǎn)面，扭力傳送體與接頭主體連接，接頭主體位于活塞外周，且接頭主體與活塞之間有空腔，該空腔為液壓倉，對應(yīng)液壓倉在活塞上部分布有補(bǔ)償口，活塞下部內(nèi)側(cè)有變徑噴嘴，接頭主體的上部為進(jìn)液通道。
[0005]高壓鉆井液通過進(jìn)液通道向下流，高速鉆井液流經(jīng)活塞內(nèi)的變徑噴嘴時(shí)產(chǎn)生壓降，瞬時(shí)的壓降使得鉆井液在活塞內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生水擊，強(qiáng)大的水擊能量推動(dòng)鉆頭本體和活塞整體向下運(yùn)動(dòng)，向下運(yùn)動(dòng)的同時(shí)一部分鉆井液通過補(bǔ)償口注滿液壓倉，鉆柱的震動(dòng)和壓力使得扭力傳送體與接頭主體向下運(yùn)動(dòng)，使得活動(dòng)間隙減小的同時(shí)補(bǔ)償口關(guān)閉，補(bǔ)償口關(guān)閉后液壓倉形成一個(gè)金屬密封的空間，由于鉆井液的不可壓縮性，使得鉆柱的壓力和震動(dòng)轉(zhuǎn)化為液體的比較柔和的壓力作用在鉆頭上、液壓倉內(nèi)鉆井液減少后在活塞內(nèi)的和連接端內(nèi)的水擊能量下推動(dòng)活塞，上下運(yùn)動(dòng)時(shí)隨時(shí)補(bǔ)滿，這樣發(fā)明的鉆頭就成了一個(gè)鉆頭和脈沖鉆具和水力加壓器的結(jié)合體，并且成本低、結(jié)構(gòu)簡單比較適合大批量生產(chǎn)。活塞的凸沿可以起到定位作用。
[0006]所述的活塞與連接端之間、扭力傳送體與接頭主體之間均為螺紋連接，活塞內(nèi)部包括上部的圓柱形空腔和下部的圓錐形空腔，圓柱形空腔底部為變徑噴嘴，圓柱形空腔與變徑噴嘴之間形成第一沖擊倉，圓錐形空腔為第二沖擊倉，連接端內(nèi)腔設(shè)置為圓錐形空腔，連接端內(nèi)的圓錐形空腔為第三沖擊倉，第二沖擊倉和第三沖擊倉中均是上部的直徑小于下部直徑。螺紋連接方便實(shí)現(xiàn)與安裝。
[0007]所述的進(jìn)液通道頂部為硬質(zhì)合金進(jìn)水口，變徑噴嘴上部的材質(zhì)為硬質(zhì)合金。提高耐磨度，延長使用壽命。
[0008]防轉(zhuǎn)面可設(shè)置為八方形狀或者六方形狀，容易制作，便于定位，且有效防止相互轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:
[0010]利用鉆井液的水擊能量和泥漿的不可壓縮性將鉆桿對PDC鉆頭的剛性沖擊轉(zhuǎn)換為液體的高頻柔性沖擊，極大限度的吸收了鉆桿的沖擊震動(dòng)，避免了 PDC鉆頭的崩齒現(xiàn)象和在鉆進(jìn)特殊地層(如礫巖)的“跳鉆”現(xiàn)象，提高機(jī)械鉆速和PDC鉆頭的使用壽命，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、長度和普通PDC鉆頭尺寸相似、完全不影響鉆頭上部的鉆具組合，可以用來替代現(xiàn)有的減震器和水力加壓器。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是圖1中鉆頭本體與活塞的連接的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3是圖1中A-A的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖4是圖1中B-B的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中:1、硬質(zhì)合金進(jìn)水口 2、接頭主體3、補(bǔ)償口 4、液壓倉5、活塞6、硬質(zhì)合金噴嘴7、變徑噴嘴8、扭力傳送體9、連接端10、鉆頭端11、鉆頭噴嘴12、活動(dòng)間隙13、第三沖擊倉14、第二沖擊倉15、第一沖擊倉16、進(jìn)液通道17、凸沿18、防轉(zhuǎn)面。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述:
[0017]如圖1?圖4所示，本發(fā)明所述的柔性自減震鉆頭，包括鉆頭本體，鉆頭本體包括鉆頭端10和連接端9，鉆頭端10上設(shè)置鉆頭噴嘴11，鉆頭本體連接端9與活塞5連接，活塞5與連接端9的連接端面處設(shè)置凸沿17，鉆頭本體連接端9外部套裝扭力傳送體8，扭力傳送體8位于活塞凸沿17與鉆頭本體鉆頭端10之間，扭力傳送體8內(nèi)側(cè)面與鉆頭本體連接端9外側(cè)面設(shè)置為相對應(yīng)的防轉(zhuǎn)面18，扭力傳送體8與接頭主體2連接，接頭主體2位于活塞5外周，且接頭主體2與活塞5之間有空腔，該空腔為液壓倉4，對應(yīng)液壓倉4在活塞5上部分布有補(bǔ)償口 3，活塞5下部內(nèi)側(cè)有變徑噴嘴7，接頭主體2的上部為進(jìn)液通道16?；钊?與連接端9之間、扭力傳送體8與接頭主體2之間均為螺紋連接，活塞5內(nèi)部包括上部的圓柱形空腔和下部的圓錐形空腔，圓柱形空腔底部為變徑噴嘴7，圓柱形空腔與變徑噴嘴之間形成第一沖擊倉15，圓錐形空腔為第二沖擊倉14，連接端9內(nèi)腔設(shè)置為圓錐形空腔，連接端9內(nèi)的圓錐形空腔為第三沖擊倉13，第二沖擊倉14和第三沖擊倉13中均是上部的直徑小于下部直徑。防轉(zhuǎn)面18設(shè)置為八方形狀。進(jìn)液通道16頂部為硬質(zhì)合金進(jìn)水口 1，變徑噴嘴7上部為硬質(zhì)合金噴嘴6。
[0018]高壓鉆井液通過進(jìn)液通道16向下流，高速鉆井液流經(jīng)第一沖擊倉15內(nèi)的變徑噴嘴7時(shí)產(chǎn)生壓降，瞬時(shí)的壓降使得鉆井液在第一沖擊倉15內(nèi)產(chǎn)生水擊，同理也在第二沖擊倉14和第三沖擊倉13內(nèi)產(chǎn)生水擊，強(qiáng)大的水擊能量推動(dòng)鉆頭本體和活塞5整體向下運(yùn)動(dòng)，向下運(yùn)動(dòng)的同時(shí)一部分鉆井液通過補(bǔ)償口 3注滿液壓倉4，鉆柱的震動(dòng)和壓力使得扭力傳送體8與接頭主體2向下運(yùn)動(dòng)，使得活動(dòng)間隙12減小，同時(shí)補(bǔ)償口 3關(guān)閉，補(bǔ)償口 3關(guān)閉后液壓倉4形成一個(gè)金屬密封的空間，由于鉆井液的不可壓縮性，使得鉆柱的壓力和震動(dòng)轉(zhuǎn)化為液體的比較柔和的壓力作用在鉆頭上，液壓倉4內(nèi)鉆井液減少后在三個(gè)沖擊倉的水擊能量下推動(dòng)活塞5上下運(yùn)動(dòng)時(shí)隨時(shí)補(bǔ)滿，這樣發(fā)明的鉆頭就成了一個(gè)鉆頭和脈沖鉆具和水力加壓器的結(jié)合體，并且成本低、結(jié)構(gòu)簡單比較適合大批量生產(chǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柔性自減震鉆頭，包括鉆頭本體，鉆頭本體包括鉆頭端(10)和連接端(9)，鉆頭端(10)上設(shè)置鉆頭噴嘴(11)，其特征在于:鉆頭本體連接端(9)與活塞(5)連接，活塞(5)與連接端(9)的連接端面處設(shè)置凸沿(17)，鉆頭本體連接端(9)外部套裝扭力傳送體(8)，扭力傳送體(8)位于活塞凸沿(17)與鉆頭本體鉆頭端(10)之間，扭力傳送體(8)內(nèi)側(cè)面與鉆頭本體連接端(9)外側(cè)面設(shè)置為相對應(yīng)的防轉(zhuǎn)面(18)，扭力傳送體(8)與接頭主體(2)連接，接頭主體(2)位于活塞(5)外周，且接頭主體(2)與活塞(5)之間有空腔，該空腔為液壓倉(4)，對應(yīng)液壓倉(4)在活塞(5)上部分布有補(bǔ)償口(3)，活塞(5)下部內(nèi)側(cè)有變徑噴嘴(7)，接頭主體(2)的上部為進(jìn)液通道(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性自減震鉆頭，其特征在于:活塞(5)與連接端(9)之間、扭力傳送體(8)與接頭主體(2)之間均為螺紋連接，活塞(5)內(nèi)部包括上部的圓柱形空腔和下部的圓錐形空腔，圓柱形空腔底部為變徑噴嘴(7)，圓柱形空腔與變徑噴嘴(7)之間形成第一沖擊倉(15)，圓錐形空腔為第二沖擊倉(14)，連接端(9)內(nèi)腔設(shè)置為圓錐形空腔，連接端(9)內(nèi)的圓錐形空腔為第三沖擊倉(13)，第二沖擊倉(14)和第三沖擊倉(13)中均是上部的直徑小于下部直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的柔性自減震鉆頭，其特征在于:進(jìn)液通道(16)頂部為硬質(zhì)合金進(jìn)水口(I)，變徑噴嘴(7)上部的材質(zhì)為硬質(zhì)合金。
【專利摘要】本發(fā)明屬于鉆井裝置領(lǐng)域，特別涉及一種柔性自減震鉆頭，包括鉆頭體，鉆頭體包括鉆頭端和連接端，鉆頭端上設(shè)置鉆頭噴嘴，連接端與活塞連接，活塞與連接端的連接端面處設(shè)置凸沿，連接端外部套裝扭力傳送體，扭力傳送體位于活塞凸沿與鉆頭端之間，扭力傳送體內(nèi)側(cè)面與鉆頭體連接端外側(cè)面設(shè)置為相對應(yīng)的防轉(zhuǎn)面，扭力傳送體與接頭主體連接，接頭主體位于活塞外周，且接頭主體與活塞之間有空腔，該空腔為液壓倉，對應(yīng)液壓倉在活塞上部分布有補(bǔ)償口，活塞下部內(nèi)側(cè)有變徑噴嘴。利用鉆井液的水擊能量和泥漿的不可壓縮性將鉆桿對PDC鉆頭的剛性沖擊轉(zhuǎn)換為液體的高頻柔性沖擊，極大限度的吸收了鉆桿的沖擊震動(dòng)，提高機(jī)械鉆速和PDC鉆頭的使用壽命。
【IPC分類】E21B10-46, E21B17-07, E21B10-60
【公開號(hào)】CN104563891
【申請?zhí)枴緾N201510033321
【發(fā)明人】譚文永
【申請人】山東國岳金剛石制品有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月23日