一种粒子冲击钻井用三牙轮钻头.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107905732A(43)申请公布日2018.04.13(21)申请号201711365969.9E21B10/18(2006.01)(22)申请日2017.12.18E21B7/16(2006.01)(71)申请人中国石油集团川庆钻探工程有限公司地址610051四川省成都市成华区府青路1段3号川庆钻探公司科技信息处申请人中国石油天然气集团公司(72)发明人韩烈祥张治发张帆乔李华万夫磊张果尹晓煜(74)专利代理机构成都天嘉专利事务所(普通合伙)51211代理人冉鹏程(51)Int.Cl.E21B10/08(2006.01)E21B10/16(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种粒子冲击钻井用三牙轮钻头(57)摘要本发明涉及一种粒子冲击钻井用三牙轮钻头，由牙爪、牙轮、牙齿、粒子射流调制喷嘴、接头、钻头体组成，其中粒子射流调制喷嘴采用硬质合金材质，通过钎焊方式与钻头体连接；每个喷嘴出口位置与倾斜角度均不相同，且三个牙轮上牙齿的布置位置也不同，不仅可实现调制出的粒子射流对井底全覆盖，同时可保证粒子射流从牙齿和牙轮的空挡间穿过，避免粒子射流直接冲击牙轮与牙齿，本发明采用粒子射流冲击破岩钻进为主，牙轮与牙齿机械破岩钻进为辅的工作方式，对硬地层与强研磨性地层的钻进效率大大优于现有的牙轮钻头，且在极端情况下，当地面粒子注入系统发生故障时，本发明亦可作为普通的牙轮钻头进行破岩钻进，有效规避作业风险。CN107905732ACN107905732A权利要求书1/1页1.一种粒子冲击钻井用三牙轮钻头，其特征在于：包括钻头体（8）、接头（9）、一号牙爪（10）、二号牙爪（11）、三号牙爪（12）、一号牙轮（1）、二号牙轮（2）、三号牙轮（3）、一号粒子射流调制喷嘴（4）、二号粒子射流调制喷嘴（5）和三号粒子射流调制喷嘴（6），所述一号牙轮（1）、二号牙轮（2）和三号牙轮（3）通过轴承机构分别与一号牙爪（10）、二号牙爪（11）和三号牙爪（12）连接组装，一号粒子射流调制喷嘴（4）位于一号牙轮（1）与三号牙轮（3）之间，二号粒子射流调制喷嘴（5）位于一号牙轮（1）与二号牙轮（2）之间，三号粒子射流调制喷嘴（6）位于二号牙轮（2）与三号牙轮（3）之间；所述一号粒子射流调制喷嘴（4）、二号粒子射流调制喷嘴（5）和三号粒子射流调制喷嘴（6）焊接在钻头体（8）上；接头（9）位于钻头体（8）下方用于与井下工具连接；所述一号牙轮（1）、二号牙轮（2）和三号牙轮（3）上均设置有牙齿（7），所述一号牙轮（1）、二号牙轮（2）和三号牙轮（3）上的牙齿（7）与三个粒子射流调制喷嘴的轴线相适配，使得从三个粒子射流调制喷嘴中调制形成的粒子射流能够穿过三个牙轮及其布置在上面的牙齿（7）。2.如权利要求1所述的一种粒子冲击钻井用三牙轮钻头，其特征在于：三个粒子射流调制喷嘴的内流道相同，所述内流道包括直柱入口段（6-3）、锥形收缩段（6-2）和直柱出口段（6-1），直柱出口段（6-1）的出口直径为d，直柱出口段（6-1）的长度为3-5d，锥形收缩段（6-2）的收缩角为13°，长度为5-6d，直柱入口段（6-3）的入口直径为2-4d，长度为1-2d。3.如权利要求1或2所述的一种粒子冲击钻井用三牙轮钻头，其特征在于：所述一号粒子射流调制喷嘴（4）的出口中心距离钻头体（8）轴线的距离为H，二号粒子射流调制喷嘴（5）的出口中心距离钻头体（8）轴线的距离为0.87H，三号粒子射流调制喷嘴（6）的出口中心距离钻头体（8）轴线的距离为1.22H。4.如权利要求1或2所述的一种粒子冲击钻井用三牙轮钻头，其特征在于：所述一号粒子射流调制喷嘴（4）的中轴线与钻头体（8）轴线的夹角为α，且一号粒子射流调制喷嘴（4）的中轴线向钻头体（8）内侧倾斜；所述二号粒子射流调制喷嘴（5）的中轴线与钻头体（8）轴线的夹角为2.12α，且二号粒子射流调制喷嘴（5）的中轴线向钻头体（8）内侧倾斜；所述三号粒子射流调制喷嘴（6）的中轴线与钻头体（8）的夹角为0.33α，且三号粒子射流调制喷嘴（6）的中轴线向钻头体（8）外侧倾斜。5.如权利要求2所述的一种粒子冲击钻井用三牙轮钻头，其特征在于：所述一号粒子射流调制喷嘴（4）的出口位置距离井底的距离为8.5d，二号粒子射流调制喷嘴（5）的出口位置距离井底的距离为7.8d，三号粒子射流调制喷嘴（6）的出口位置距离井底的距离为10d。6.如权利要求1所述的一种粒子冲击钻井用三牙轮钻头，其特征在于：所述一号粒子射流调制喷嘴（4）、二号粒子射流调制喷嘴（5）和三号粒子射流调制喷嘴（6）均采用硬质合金材质，通过钎焊方式与钻头体（8）连接。7.如权利要求1所述的一种粒子冲击钻