專利名稱：一種牙輪鉆頭的水力結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于石油和地質鉆井的牙輪鉆頭，具體地涉及三牙輪鉆頭的水力系統(tǒng)結構。
現有的三牙輪鉆頭包括三片上部組焊成一體的牙掌，每片牙掌下部安設有一個牙輪，在每片牙掌的中部外周一側設有噴嘴口向下的邊噴嘴，以作為鉆頭的水力結構。這種水力結構的三牙輪鉆頭，一方面是噴嘴出口到井底的距離較遠，上行液流與下行相互干擾，消耗了大量的射流能量；另一方面是三股射流撞擊到井底后，在井底形成三個漫流區(qū)，各股漫流相互干擾，不僅在井底形成滯流區(qū)，還會相互降低漫流的速度，因此清洗井底的效果較差，并影響鉆頭的鉆鑿性能和效率。為解決上述水力結構上存在的缺陷，已提出有加長噴嘴縮短噴嘴孔到井底距離的技術方案；此外，中國專利952211688中提出了雙流道低噴嘴座水力結構，一方面縮短噴嘴出口到井底的距離，另一方面使井底形成非對稱流場，但是，這些結構都未能徹底消除井底漫流層的滯流區(qū)。為了有效改善井底存在的滯流區(qū)，美國專利US05853055中設計出了中心噴嘴加1-2個邊噴嘴的水力結構，并在中心噴嘴出口加長段開有三個側孔，側孔的射流用于清洗牙輪，在排量分配上，中心噴嘴排量占總排量的75％以上，該牙輪鉆頭水力結構的不足之處在于其一，邊噴嘴排量變小，其射流將在達到井底之前衰竭，這既達不到清巖目的，還會擾亂井底流場；其二，中心噴嘴的三個側孔直接與中心主流道相通，其射流速度較高，直接噴射到牙輪上易造成對牙輪的沖蝕。
本實用新型的目的在于克服上述現有技術存在的不足而提供一種三牙輪鉆頭的水力結構，它能有效改善井底流場，提高主射流的清巖效果，從而有效提高三牙輪鉆頭的鉆井速度。
本實用新型的目的由以下的技術方案來實現包括有三片牙掌1，三片牙掌的上部結合成一體，每片牙掌的下端安設有牙輪2，鉆頭體的下端中部設置有中心噴嘴4，其不同之處在于在各片牙掌之間的鉆頭體外周安設有扶正塊5，扶正塊上設有噴孔朝上的反向邊噴嘴7。
按上述方案，可在中心噴嘴4的周向設置輔助噴嘴16，輔助噴嘴通過減壓輔助流道與主流道相連通；在所述扶正塊的外周面上設有耐磨保徑齒6。
本實用新型的主要特點在于使用時鉆頭的中心噴嘴噴射出高速的泥漿射流，直接撞擊到凸起的井底巖芯8，在井底凸起巖芯的導流作用下向四周擴散，形成高速漫流，井底巖屑在高速漫流的剪切作用下離開井底，隨鉆井液向上運動，而反向邊噴嘴一方面用于調節(jié)泥漿的排量，另一方面其射流可對井底上返液流產生牽引作用，使其加速上返到鉆柱和井壁之間的環(huán)形空間，這不僅消除了井底漫流層的滯流區(qū)，改善了井底流場，還可最大限度地減小上行液流與向下射流之間的相互干擾，使射流的清巖效果得到有效的提高。其次，本實用新型在中心噴嘴周向設置輔助噴嘴，輔助噴嘴通過減壓輔助流道產生旋轉擴散的射流，可起到清洗和冷卻牙輪的良好效果，因此，通過采用本實用新型可有效提高三牙輪鉆頭的鉆井速率，延長鉆頭使用壽命，降低鉆井的綜合成本。


圖1為本實用新型一個實施例的正視圖和井底流場示意圖。
圖2為本實用新型一個實施例的斜視圖。
圖3為本實用新型一個實施例的仰視圖。
圖4為本實用新型一個實施例中中心噴嘴座和中心噴嘴的立體圖。
圖5為圖4中中心噴嘴座和中心噴嘴的全剖視圖。
圖6為中心噴嘴和輔助噴嘴結構的立體圖。
圖7為輔助噴嘴套的立體圖。
圖8為中心噴嘴及減壓輔助流道的立體圖。
圖9為本實用新型一個實施例的斜向俯視圖。
圖10為扶正塊的放大立體圖。
以下結合附圖進一步說明本實用新型的實施例，由三片牙掌1組焊成鉆頭體，在牙掌下端的牙掌軸上安裝有牙輪2，牙輪上安設有切削齒3，構成三牙輪鉆頭，牙輪與牙輪之間采用非嚙合結構，以使鉆頭體下端中心留一定的空間，也可使中心主射流直接噴射到井底中心，以避免牙輪頂部齒及齒根牙輪基體被沖蝕，在鉆頭體下端的中心部位設置有中心噴嘴4，在中心噴嘴的上部周向設有輔助噴嘴16，輔助噴嘴由輔助噴嘴套14與中心噴嘴的上部配置而成，中心噴嘴上部沿外壁開設有螺旋槽12，螺旋槽可設3-9根，螺旋槽的下端與作為壓力調整腔15的環(huán)槽相通，通過外套輔助噴嘴套，即構成減壓輔助流道，其中壓力調整腔15包括錐形收縮段17、轉向彎曲段18和擴散段19，其下端出口即為輔助噴嘴16，減壓輔助流道的上端與主流道11相連通，減壓輔助流道采用上述結構，當流體(泥漿)流經螺旋槽時，射流運動方向變?yōu)檩S向和徑向的復合運動，再經環(huán)槽形的壓力調整腔產生旋轉擴散射流，從輔助噴嘴噴出，來清洗牙輪；中心噴嘴的主流道上端為收縮狀圓弧入口，中心噴嘴的流道可適當加長以使中心噴嘴出口到井底中心凸臺的距離控制在最佳的噴距范圍，中心噴嘴的泥漿流量占鉆頭噴射總流量的50％以上，而輔助噴嘴的泥漿流量與中心噴嘴流量之比為1∶2-5，中心噴嘴的上部與輔助噴嘴套相配接并通過上端的定位銷13相固緊，構成中心噴嘴總成安裝于中心噴嘴座9中，由上端的鎖緊套10鎖緊，中心噴嘴座焊接在鉆頭體下端中心，與鉆頭體相聯成一體；在鉆頭體外周各牙掌之間安設有扶正塊5，在扶正塊外周面的磨損面上安設有耐磨保徑齒6，耐磨齒可以是聚晶齒，或金剛復合齒或硬質合金齒，在扶正塊上端開設有噴孔朝上的反向邊噴嘴7，使得反向邊噴嘴的方向與井底上返液流方向相同，對上返液流產生一定的牽引作用，從而有效地改善井底流場。
權利要求1.一種牙輪鉆頭的水力結構，尤其是三牙輪鉆頭的水力結構，包括有三片牙掌，三片牙掌的上部結合成一體，每片牙掌的下端安設有牙輪，鉆頭體的下端中部設置有中心噴嘴，其特征在于在各片牙掌之間的鉆頭體外周安設有扶正塊，扶正塊上設有噴孔朝上的反向邊噴嘴。
2.按權利要求1所述的牙輪鉆頭的水力結構，其特征在于在中心噴嘴的周向設置輔助噴嘴，輔助噴嘴通過減壓輔助流道與主流道相連通。
3.按權利要求1或2所述的牙輪鉆頭的水力結構，其特征在于在所述扶正塊的外周面上設有耐磨保徑齒。
4.按權利要求1或2所述的牙輪鉆頭的水力結構，其特征在于牙輪與牙輪之間采用非嚙合結構。
5.按權利要求2所述的牙輪鉆頭的水力結構，其特征在于在中心噴嘴的上部周向設有輔助噴嘴，輔助噴嘴由輔助噴嘴套與中心噴嘴的上部配置而成，中心噴嘴上部沿外壁開設有螺旋槽，螺旋槽可設3-9根，螺旋槽的下端與作為壓力調整腔的環(huán)槽相通，通過外套輔助噴嘴套，即構成減壓輔助流道。
6.按權利要求5所述的牙輪鉆頭的水力結構，其特征在于所述的壓力調整腔包括錐形收縮段、轉向彎曲段和擴散段，其下端出口即為輔助噴嘴，減壓輔助流道的上端與主流道相連通。
7.按權利要求5所述的牙輪鉆頭的水力結構，其特征在于中心噴嘴的上部與輔助噴嘴套相配接并通過上端的定位銷相固緊，構成中心噴嘴總成安裝于中心噴嘴座中，由上端的鎖緊套鎖緊，中心噴嘴座焊接在鉆頭體下端中心，與鉆頭體相聯成一體。
專利摘要本實用新型涉及一種牙輪鉆頭、尤其是三牙輪鉆頭的水力結構，它包括有三片牙掌，三片牙掌的上部結合成一體，每片牙掌的下端安設有牙輪，鉆頭體的下端中部設置有中心噴嘴，其不同之處在于在各片牙掌之間的鉆頭體外周安設有扶正塊，扶正塊上設有噴孔朝上的反向邊噴嘴。在中心噴嘴的周向還可設置輔助噴嘴。本實用新型能有效改善井底流場，提高主射流的清巖效果，從而提高鉆井速率，降低鉆井的綜合成本。
文檔編號E21B10/18GK2475815SQ0123980
公開日2002年2月6日 申請日期2001年4月16日 優(yōu)先權日2001年4月16日
發(fā)明者郭國忠 申請人:江漢石油鉆頭股份有限公司