一种具有高压喷嘴的复合PDC钻头.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114737886A(43)申请公布日2022.07.12(21)申请号202210270836.8(22)申请日2022.03.18(71)申请人西南石油大学地址610500四川省成都市新都区新都大道8号(72)发明人张沛蔡灿杨迎新杨显鹏谢全功(51)Int.Cl.E21B10/60(2006.01)E21B10/61(2006.01)E21B10/43(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图8页(54)发明名称一种具有高压喷嘴的复合PDC钻头(57)摘要本发明公开了一种具有高压喷嘴的复合PDC钻头，包括钻头本体、高压喷嘴组件、高压管线组件、低压喷嘴以及连接头；其中高压喷嘴组件包括高压喷嘴、高压喷嘴基台以及基台内流道，高压管线组件包括高压管线连接头、高压软管以及高压管线预留孔。其特征在于：利用安装在刀翼前端的高压喷嘴组件将高压喷嘴近距离布置在PDC齿前端并缩短了射流喷射距离，高压射流在有效参与破岩的同时可与PDC齿协同破岩，并能对协同破岩所产生的岩削进行清理；同时结合低压喷嘴可有效携岩。此发明能有效降低PDC齿的热磨损，延长PDC齿的使用寿命，并通过高压射流破岩显著提高钻头破岩效率与钻进速度，从而提升钻头的综合性能。CN114737886ACN114737886A权利要求书1/1页1.一种具有高压喷嘴的复合PDC钻头，包括钻头本体、高压喷嘴组件、高压管线组件、低压喷嘴、连接头以及PDC齿；其特征在于：所述PDC钻头上至少一个刀翼前端设置有高压喷嘴组件，高压喷嘴组件上至少设置有一个高压喷嘴。2.如权力要求1所述的一种具有高压喷嘴的复合PDC钻头，其特征在于：高压喷嘴基台顶部与刀翼顶部轮廓线一致，所设置的高压喷嘴距离PDC齿齿根部5～20倍的喷嘴直径；高压喷嘴基台侧面呈流线型，尾部逐渐变窄，最终平滑过渡至刀翼保径段。3.如权力要求1所述的一种具有高压喷嘴的复合PDC钻头，其特征在于：高压喷嘴布置在PDC齿前方，喷嘴布置呈空间布置，定位角包括前倾角(θ)以及侧倾角(如图8所示)，其中θ在0～90度之间，在0～90度之间。4.如权力要求1所述的一种具有高压喷嘴的复合PDC钻头，其特征在于：刀翼前方设置有高压喷嘴组件基座，用于安装高压喷嘴基台，高压喷嘴基台与钻头本体之间采用螺纹连结或安装好高压管线组件后焊接的连接方式。5.如权力要求1所述的一种具有高压喷嘴的复合PDC钻头，其特征在于：此发明可通过内置高压管线组件将高压喷嘴与多种类型的井下增压器相连结。6.如权力要求1所述的一种具有高压喷嘴的复合PDC钻头，其特征在于：内置高压管线组件是由井下增压器出口连接后分流到三个刀翼前排的高压软管，再由高压喷嘴基台内部的管路分流给几个高压喷嘴。7.如权力要求1所述的一种具有高压喷嘴的复合PDC钻头，其特征在于：所布置的高压喷嘴包括圆形喷嘴、椭圆形喷嘴、矩形喷嘴、转动喷嘴或其间的组合形式。8.如权力要求1所述的一种具有高压喷嘴的复合PDC钻头，其特征在于：高压喷嘴前后压降为10～120MPa，低压喷嘴的前后压降为0～10MPa。2CN114737886A说明书1/4页一种具有高压喷嘴的复合PDC钻头技术领域[0001]本发明涉及钻井工具领域，特别涉及一种具有高压喷嘴的复合PDC钻头，适用于深井、超深井的复杂难钻岩层。背景技术[0002]近年来，随着我国经济的不断发展，对油气资源的需求量也逐渐增加，但我国的石油、天然气资源还很大程度的依赖进口。因此，我国必须加快油气资源的勘探开发，特别是对深井、超深井的开发利用。但在深井、超深井的钻进过程中还存在许多问题，如钻遇高硬度、高致密、严重不均质等复杂难钻地层逐渐增多，从而导致钻速慢、周期长、成本高等问题。常规PDC钻头易磨损、难吃入等问题凸显，已难以满足现今的钻井需求。从上世纪七十年代开始，国内学者就对高效钻井破岩提速技术展开了研究，并且研发出了一系列的液动破岩工具。其中超高压射流喷射钻井技术被广泛关注，并取得了一些良好的提速效果。[0003]超高压射流喷射钻井技术关键在于钻井液的增压方式以及钻井液的输送方式。增压方式包括地面增压(包括全增压和部分增压)和井下增压两种方式。在上世纪六七十年底国外研究人员就开始对地面增压方式进行了研究，但由于此增压方式需要大型的地面增压设备，并且对整个钻井作业中各部件的密封要求极高，致使钻井成本较高且存在许多不安全因素，因此没有得到推广应用。我国在增压器方面的研究相对于国外起步较晚，在结合国外研究经验的基础上直接着手于井下增压器的研究工作。井下增压超高压射流钻井技术具有以下优势：1、不需要额外的地面增压设备；2、易于将常规钻井方式转向超高压射流钻井方式，经济性较好，安全可靠。经过长期的研究，研究人员在井下增