專利名稱：螺旋葉片旋流式流道鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種螺旋葉片旋流式流道鉆頭，屬于石油、地質(zhì)鉆頭裝置領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前鉆頭現(xiàn)用水道全為直筒式水道，在牙輪鉆頭上使用短噴嘴、中長(zhǎng)噴嘴、加長(zhǎng)噴嘴，但這都是直筒式水道，只是改變了噴射距離。并且，中長(zhǎng)噴嘴和加長(zhǎng)噴嘴在軟至極軟地層對(duì)巖石有破碎作用，而對(duì)深井較硬地層的巖石是沒有破碎作用的，而且這兩種噴嘴是使用硬質(zhì)合金制作的，比較容易斷裂，掉入井底對(duì)鉆頭有極大的損傷，影響鉆井的正常工作。公開號(hào)為2381764的中國(guó)專利公開了一種鉆頭噴嘴，這種噴嘴是實(shí)現(xiàn)了使液體旋轉(zhuǎn)的，原因是本體漏斗形內(nèi)腔液體流速快，本體與襯套圍繞的環(huán)形空間內(nèi)還有螺旋發(fā)生器，所以環(huán)形空間很小，內(nèi)腔的高速液體流會(huì)反向?qū)@井液中的泥沙吸入環(huán)形空間內(nèi)而將環(huán)形 空間堵塞，沒有傘狀螺旋射流到達(dá)井底，這種設(shè)計(jì)是形不成螺旋射流的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，且可提高破碎效果的螺旋葉片旋流式流道鉆頭。本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是所述的螺旋葉片旋流式流道鉆頭，包括鉆頭本體和設(shè)置在鉆頭本體上的水道及噴嘴，其特征在于水道內(nèi)設(shè)置有與水道焊接成一體的螺旋葉片，水道的出水口處安裝有噴嘴。螺旋葉片的設(shè)置使水道改變了鉆頭噴嘴的出水形態(tài),使從噴嘴射出的水流是旋轉(zhuǎn)的，對(duì)井底巖石形成剪切力，起到破碎巖石的作用，同時(shí)鉆頭噴嘴射出的旋轉(zhuǎn)水流形成立體的拉伸力，從而改變了井底流場(chǎng)的形態(tài)，能很快將井底清理干凈，減少鉆頭牙齒對(duì)巖屑的二次破碎，提高了鉆進(jìn)速度和鉆頭使用壽命；螺旋葉片焊接在水道內(nèi)，不改變鉆頭設(shè)計(jì)形狀，這樣就保證了鉆頭使用的安全性，只是要求鉆頭排量越大越好。所述的螺旋葉片設(shè)置為三個(gè)，三個(gè)螺旋葉片組合的中心在水道的中心線上。結(jié)構(gòu)中心對(duì)稱,設(shè)計(jì)合理,可提高破碎效果。所述的螺旋葉片的材料為鎢鈷硬質(zhì)合金，且合金成分重量配比為碳化鎢為92%，鉆為8%。鶴鉆硬質(zhì)合金可提聞螺旋葉片的使用壽命。所述的噴嘴為可換噴嘴。使用過程中采用可換噴嘴可提高工作效率，提高鉆頭的使用壽命。本發(fā)明的有益效果是鉆頭噴出的水形成旋轉(zhuǎn)水射流，旋轉(zhuǎn)的水射流與地層巖石形成的夾角對(duì)巖石有一個(gè)剪切力，這個(gè)力在高壓液體流作用下，將巖石從巖體上剝蝕下來，這樣就形成了水力與機(jī)械聯(lián)合破碎巖石的效果，大幅度提高了機(jī)械鉆速；由于旋轉(zhuǎn)射流自身形成立體的旋轉(zhuǎn)拉伸力，帶動(dòng)井底液體形成自轉(zhuǎn)，這樣就將鉆頭牙齒破碎下來的巖屑很快清洗下來，在水壓的作用下將巖屑帶向地面，減少了鉆頭對(duì)巖屑的二次破碎，提高了鉆頭工作效率，同時(shí)延長(zhǎng)了鉆頭的使用壽命；旋轉(zhuǎn)射流質(zhì)點(diǎn)具有三維速度，不存在等速核，最大射流速度不在射流中心，而是存在一個(gè)速度最大的環(huán)形帶，對(duì)井底具有水力破巖和清洗強(qiáng)化作用；在相同排量下，旋轉(zhuǎn)射流的總的破巖效率卻比普通射流高。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是水道的結(jié)構(gòu)放大示意圖。圖3是螺旋葉片組合的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I、鉆頭本體2、水道3、螺旋葉片4、噴嘴5、螺旋射流水柱。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步描述如圖I 圖3所示，本發(fā)明所述的螺旋葉片旋流式流道鉆頭，包括鉆頭本體I和設(shè)置在鉆頭本體I上的水道2及噴嘴4，水道2內(nèi)設(shè)置有與水道2焊接成一體的螺旋葉片3，水道2的出水口處安裝有噴嘴4。螺旋葉片3設(shè)置為三個(gè)，三個(gè)螺旋葉片組合的中心在水道2的中心線上。螺旋葉片3是用硬質(zhì)合金粉末來整體壓鑄成型的。具體過程為將碳化鎢和鈷兩種粉末混合24小時(shí)，其中，碳化鎢占兩種粉末總重量的92%，鈷占兩種粉末總重量的8%，然后放入石墨磨具中，在熱壓爐內(nèi)將溫度加升至1280°C同時(shí)加壓至O. 4Kg/cm2，保溫6分鐘出爐，放入保溫材料中緩冷，再將壓鑄好的螺旋葉片3用鑄造碳化鎢燒結(jié)在鉆頭事先加工好的水道2中，并在水道2的出水口處安裝好噴嘴4。使用時(shí)，將鉆頭本體I放入需要破碎的巖層，從噴嘴4中即可噴出螺旋射流水柱5。(一)將按照上述方法制得的鉆頭進(jìn)行室內(nèi)破巖試驗(yàn) (I)人造砂巖試樣沖蝕實(shí)驗(yàn)以425#型號(hào)水泥與石英砂(30-60目)的重量比為I : 3的比例，制備了砂巖試樣，石英砂顆粒硬度很大，巖樣抗壓強(qiáng)度為45MPa。設(shè)定排量為160L/min，噴距為28mm，固定泵壓為7MPa，分別用本鉆頭和傳統(tǒng)鉆頭沖蝕試樣4分鐘。本鉆頭的噴嘴壓降為9. OMPa,傳統(tǒng)鉆頭射流噴嘴壓降為7. OMPa0沖蝕效果的對(duì)比見表I所示。表I
破碎坑參數(shù)
鉆頭類型 ___
直徑(cm) 深度(cm)體積Ccm3)-Γ7—----
本鉆頭4.71.322.54
~傳統(tǒng)鉆頭L52^7ΓΤ7由人造砂巖試樣的沖蝕效果對(duì)比可以看出在相同排量下，本鉆頭的沖擊面積約為傳統(tǒng)鉆頭的3倍，破碎坑體積約為傳統(tǒng)鉆頭的5倍，破碎坑深度約為傳統(tǒng)鉆頭的1/2。這說明，本鉆頭破碎時(shí)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)射流的穿透力比傳統(tǒng)鉆頭產(chǎn)生的直筒式射流若，但總的破巖效率卻比傳統(tǒng)鉆頭高很多。
( 2 )天然砂巖試樣沖蝕實(shí)驗(yàn)在抗壓強(qiáng)度為16MPa的天然砂巖試樣上，設(shè)定排量為160L/min，噴距為28mm，固定泵壓為7MPa，分別用本鉆頭和傳統(tǒng)鉆頭沖蝕試樣15秒。沖蝕效果的對(duì)比見表2所示。表權(quán)利要求
1.一種螺旋葉片旋流式流道鉆頭，包括鉆頭本體(I)和設(shè)置在鉆頭本體(I)上的水道(2)及噴嘴(4)，其特征在于水道(2)內(nèi)設(shè)置有與水道(2)焊接成一體的螺旋葉片(3)，水道(2)的出水口處安裝有噴嘴(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的螺旋葉片旋流式流道鉆頭，其特征在于螺旋葉片(3)設(shè)置為三個(gè)，三個(gè)螺旋葉片組合的中心在水道(2 )的中心線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的螺旋葉片旋流式流道鉆頭，其特征在于螺旋葉片(3)的材料為鶴鈷硬質(zhì)合金，且合金成分重量配比為碳化鶴為92%,鈷為8%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺旋葉片旋流式流道鉆頭，其特征在于噴嘴(4)為可換噴嘴。
全文摘要
本發(fā)明屬于石油、地質(zhì)鉆頭裝置領(lǐng)域，特別涉及一種螺旋葉片旋流式流道鉆頭，包括鉆頭本體和設(shè)置在鉆頭本體上的水道及噴嘴，水道內(nèi)設(shè)置有與水道焊接成一體的螺旋葉片，水道的出水口處安裝有噴嘴。本發(fā)明的有益效果是鉆頭噴出的水形成旋轉(zhuǎn)水射流，旋轉(zhuǎn)的水射流與地層巖石形成的夾角對(duì)巖石有一個(gè)剪切力，這個(gè)力在高壓液體流作用下，將巖石從巖體上剝蝕下來，這樣就形成了水力與機(jī)械聯(lián)合破碎巖石的效果，大幅度提高了機(jī)械鉆速；由于旋轉(zhuǎn)射流自身形成立體的旋轉(zhuǎn)拉伸力，帶動(dòng)井底液體形成自轉(zhuǎn)，這樣就將鉆頭牙齒破碎下來的巖屑很快清洗下來，在水壓的作用下將巖屑帶向地面，減少了鉆頭對(duì)巖屑的二次破碎，延長(zhǎng)了鉆頭的使用壽命。
文檔編號(hào)E21B10/60GK102913136SQ201210464098
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者曹剛 申請(qǐng)人:山東國(guó)岳金剛石制品有限公司