一種耐高溫鉆頭的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種耐高溫鉆頭，其特征在于它包括接頭、鉆頭本體、鉆頭切削齒、燃燒室，接頭的下端與鉆頭本體連接，所述鉆頭切削齒設(shè)置在鉆頭本體的下端；在接頭內(nèi)設(shè)置中心管路，中心管路的下端設(shè)置燃燒槍，燃燒槍的下端設(shè)置火焰噴嘴；在鉆頭本體內(nèi)部設(shè)置燃燒室，在鉆頭本體的下端設(shè)有高溫氣體噴嘴，燃燒室的兩端分別連通火焰噴嘴和高溫氣體噴嘴；在接頭內(nèi)設(shè)有外環(huán)形管路，外環(huán)形管路與燃燒槍的空氣入口相連通。本實用新型將常規(guī)火焰熱能破巖方法和常規(guī)機械破巖方法相結(jié)合，且該鉆頭能在700℃以上高溫環(huán)境中工作，能夠?qū)崿F(xiàn)高強度的鉆頭切削低強度的巖石，從而迅速破巖，提高機械鉆速。
【專利說明】一種耐高溫鉆頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種耐高溫鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆頭是鉆井過程中直接與巖石接觸，通過切削、研磨作用破碎巖石的工具。目前鉆井工程中廣泛應(yīng)用機械能進行破巖，采用的鉆頭主要由牙輪鉆頭、PDC鉆頭、金剛石鉆頭等?，F(xiàn)場應(yīng)用情況表明，牙輪鉆頭破巖效率低，單只鉆頭進尺少，容易發(fā)生掉牙輪卡鉆等井下事故；PDC鉆頭磨損速度快，吃入困難；金剛石鉆頭也同樣存在鉆進速度慢、壽命較短的問題，這些都嚴(yán)重影響了油氣勘探開發(fā)的速度。
[0003]為了提聞鉆探效率，國內(nèi)外石油工作者都在加緊研究聞效破巖工具和方法，并提出了一些熱能鉆井破巖方法，包括激光鉆井、熱熔鉆井、等離子體通道鉆井、熱力綜合破巖等技術(shù)。這些技術(shù)均論證了高溫能夠有效地降低巖石強度，從而使鉆井速度提高10-100倍。這些技術(shù)目前大多處于室內(nèi)研究階段，配套裝置也不成熟，離現(xiàn)場推廣應(yīng)用還存在一定距離。
[0004]綜上所述，常規(guī)機械破巖工具提高機械鉆速效果不夠顯著、新型破巖技術(shù)的配套設(shè)備不能實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，急需研發(fā)一種新型的鉆頭，能通過機械-熱能綜合破巖方法提高鉆進速度、節(jié)省鉆井成本，并對于加快油氣資源勘探開發(fā)速度具有重大的意義。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于:針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種能提聞破巖效率且能有效降低鉆井成本的耐聞溫鉆頭。
[0006]本實用新型所采用的技術(shù)方案為:一種耐高溫鉆頭，其特征在于它包括接頭、鉆頭本體、鉆頭切削齒、燃燒室，接頭的下端與鉆頭本體連接，所述鉆頭切削齒設(shè)置在鉆頭本體的下端；在接頭內(nèi)設(shè)置中心管路，中心管路的下端設(shè)置燃燒槍，燃燒槍的下端設(shè)置火焰噴嘴；在鉆頭本體內(nèi)部設(shè)置燃燒室，在鉆頭本體的下端設(shè)有高溫氣體噴嘴，燃燒室的兩端分別連通火焰噴嘴和高溫氣體噴嘴；在接頭內(nèi)設(shè)有外環(huán)形管路，外環(huán)形管路與燃燒槍的空氣入口相連通。
[0007]按上述技術(shù)方案，在鉆頭本體的外周設(shè)置第一冷卻裝置，所述鉆頭切削齒沿鉆頭本體的下端面周向間隔設(shè)置，在鉆頭切削齒的外周設(shè)置有第二冷卻裝置，所述第一、第二冷卻裝置與接頭上的外環(huán)形管路相連通。
[0008]按上述技術(shù)方案，所述第一冷卻裝置包括第一多孔層，第一多孔層設(shè)置在鉆頭本體的外周面，并與鉆頭本體固連，在第一多孔層上設(shè)置有多個冷氣流出孔，在第一多孔層和鉆頭本體外周面之間設(shè)置有第一冷氣流通道，在鉆頭本體內(nèi)設(shè)置有內(nèi)環(huán)空管將第一冷氣流通道與外環(huán)形管路相連通；所述第二冷卻裝置包括第二多孔層，第二多孔層設(shè)置在鉆頭切削齒的外周面，并與鉆頭切削齒固連上，在第二多孔層上設(shè)置有多個冷氣流出孔，在第二多孔層和鉆頭切削齒之間設(shè)置有第二冷氣流通道，在鉆頭本體內(nèi)設(shè)置有內(nèi)環(huán)空管將第二冷氣流通道與外環(huán)形管路相連通。
[0009]按上述技術(shù)方案，在鉆頭本體的外周面和鉆頭切削齒的外周面均設(shè)置有高溫隔熱層。
[0010]按上述技術(shù)方案，所述高溫氣體噴嘴為環(huán)形，第二冷卻裝置與高溫氣體噴嘴外周面之間留有間隙。
[0011]按上述技術(shù)方案，在鉆頭本體內(nèi)設(shè)置有與外環(huán)形管路相連通的空氣預(yù)熱回路，所述空氣預(yù)熱回路與燃燒槍的空氣入口相連通。
[0012]按上述技術(shù)方案，所述內(nèi)環(huán)空管與空氣預(yù)熱回路相連通。
[0013]按上述技術(shù)方案，所述燃燒室為中間寬，兩端窄。
[0014]按上述技術(shù)方案，所述燃燒槍包括混氣室，打火裝置，打火裝置設(shè)置在混氣室內(nèi)，混氣室與外環(huán)形管路相連通。
[0015]按上述技術(shù)方案，在燃燒室的內(nèi)壁設(shè)置有鎢鋼層。
[0016]本實用新型所取得的有益效果為:
[0017]1、本實用新型將常規(guī)火焰熱能破巖方法和常規(guī)機械破巖方法相結(jié)合，且該鉆頭能在700°C以上高溫環(huán)境中工作，能夠?qū)崿F(xiàn)高強度的鉆頭切削低強度的巖石，從而迅速破巖，提高破巖效率；
[0018]2、通過設(shè)置第一、第二冷卻裝置，在鉆頭本體的外周及鉆頭切削齒的外周均形成冷氣膜，使鉆頭本體及鉆頭切削齒處于相對低溫狀態(tài)，保持鉆頭本體及鉆頭切削齒的強度，利用處于相對低溫狀態(tài)的鉆頭切削齒旋轉(zhuǎn)切削破壞其正下方的高溫低強度的巖石，進一步提高破巖效率；
[0019]3、本實用新型可用于超深鉆井，由于目前鉆探井深局限于12000米以內(nèi)，在越深的地層，地層壓力越大，地層巖石溫度越高，巖石越易熔化，鉆井越容易，鉆進速度越高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1本實用新型提供的第一實施例的主剖視圖；
[0021]圖2為實施例一的第一冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為圖1的仰視圖；
[0023]圖4為實施例二的第一冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中:1、雙壁螺紋接頭；2、燃燒槍；3、鉆頭本體；4、內(nèi)環(huán)空管；5、第一冷卻裝置；6、鉆頭切削齒；7、中心管路；8、外環(huán)形管路；9、火焰噴嘴；10、燃燒室；11、空氣預(yù)熱回路；12、高溫氣體噴嘴；13、冷氣流出孔；14、第一冷氣流通道；15、第一多孔層；16、高溫隔熱層，17、混氣室，18、打火裝置，19、第二冷卻裝置，20、第二多孔層，21、第二冷氣流通道。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0026]如圖1所示，本實施例提供了一種耐高溫鉆頭，它包括雙壁螺紋接頭1、燃燒槍2、鉆頭本體3和鉆頭切削齒6。雙壁螺紋接頭I的下端與鉆頭本體3連接，鉆頭切削齒6設(shè)置在鉆頭本體3的下端；所述雙壁螺紋接頭I的中間為空心，在雙壁螺紋接頭I內(nèi)設(shè)置中心管路7和燃燒槍2，中心管路7的下端設(shè)置燃燒槍2，燃燒槍2的下端面與鉆頭本體密封配置，燃燒槍2的下端設(shè)置火焰噴嘴9 ;在鉆頭本體3內(nèi)部設(shè)置燃燒室10，所述燃燒室10為中間寬，兩端窄，在燃燒室10的下端設(shè)置環(huán)形高溫氣體噴嘴12。雙壁螺紋接頭I的內(nèi)壁設(shè)有外環(huán)形管路8，在鉆頭本體3內(nèi)設(shè)置有內(nèi)環(huán)空管4、空氣預(yù)熱回路11，內(nèi)環(huán)空管4連通雙壁螺紋接頭I的外環(huán)形管路8與空氣預(yù)熱回路11，所述空氣預(yù)熱回路11與燃燒槍2的空氣入口相連通。
[0027]本實用新型在工作時，會使其周圍的巖石溫度達到很高，當(dāng)高溫巖石將其高溫傳遞給鉆頭本體3及鉆頭切削齒6后，鉆頭本體3及鉆頭切削齒6的強度會降低，嚴(yán)重影響其工作效率。為了保持鉆頭本體3及鉆頭切削齒6的強度，在鉆頭本體3的外周套裝有第一冷卻裝置5，所述鉆頭切削齒6沿鉆頭本體的下端面周向間隔設(shè)置，在鉆頭切削齒6的下端面設(shè)置有弧形的切削齒，在鉆頭切削齒的外周除其下端面外套裝有第二冷卻裝置。
[0028]本實施例中，如圖2所示，第一冷卻裝置5包括第一多孔層15，第一多孔層15套裝在鉆頭本體3的外周面，并固定在鉆頭本體3上，在第一多孔層15上設(shè)置有多個冷氣流出孔13，在第一多孔層15和鉆頭本體3之間設(shè)置有環(huán)形的第一冷氣流通道14，在鉆頭本體3內(nèi)設(shè)置的內(nèi)環(huán)空管4將第一冷氣流通道14與外環(huán)形管路8相連通。
[0029]如圖3所示，所述第二冷卻裝置19包括第二多孔層20，第二多孔層20套裝在鉆頭切削齒6的四周，并固定在鉆頭切削齒6上，在第二多孔層20上設(shè)置有多個冷氣流出孔，在第二多孔層20和鉆頭切削齒的外周面之間設(shè)置有環(huán)形的第二冷氣流通道21，內(nèi)環(huán)空管4同時將第二冷氣流通道21相連通，其中，第二多孔層20與高溫氣體噴嘴12之間留有間隙以減少高溫氣體噴嘴12向鉆頭切削齒之間的熱傳遞，從而使第二冷卻裝置19的冷卻效果更好。
[0030]其中，第一多孔層15和第二多孔層20均為耐高溫耐磨多孔層。
[0031]其中，燃燒槍2包括混氣室17、打火裝置18，打火裝置18設(shè)置在混氣室內(nèi)，混氣室17分別與中心管路7和空氣預(yù)熱回路11相連通。
[0032]本實施例中，在燃燒室10的內(nèi)壁設(shè)置有一層鎢鋼，以減小高溫對鉆頭本體3強度的影響。
[0033]本實施例中，鉆頭切削齒6采用PDC切削齒。
[0034]在工作時，雙壁螺紋接頭I的上端與雙壁鉆桿連接，往中心管路7內(nèi)輸入燃料，燃料通過中心管路7進入燃燒槍2的混氣室17，外環(huán)形管路8內(nèi)輸入冷空氣，空氣經(jīng)鉆頭本體3的內(nèi)環(huán)空管4及空氣預(yù)熱回路11進入燃燒槍2的空氣混合室，啟動打火裝置18，使混合氣體燃燒，燃料和空氣經(jīng)過燃燒槍2在火焰噴嘴9和燃燒室10充分燃燒，產(chǎn)生高溫高速燃?xì)?，高溫燃?xì)鉁囟瘸^700°C，經(jīng)過高溫氣體噴嘴12，高速射向鉆頭切削齒6正下方的巖石，使巖石的上表層迅速升溫，巖石強度下降，此時巖石的強度為未加熱的巖石強度的1/3或小于1/3 ;而導(dǎo)熱系數(shù)小的巖石產(chǎn)生明顯的溫度梯度，使巖石發(fā)生熱力破壞，產(chǎn)生的巖屑被高溫燃?xì)鈹y帶出井底；部分冷空氣通過鉆頭本體3的內(nèi)環(huán)空管4，從而進入第一冷卻裝置5和第二冷卻裝置19，當(dāng)冷空氣經(jīng)過第一冷氣流通道14時，從第一多孔層15的冷氣流出孔13排出，冷氣流在第一多孔層15外表面形成冷氣膜，從而使鉆頭本體處于相對低溫狀態(tài)，保持了鉆頭本體強度；當(dāng)冷空氣經(jīng)過第二冷氣流通道21時，從第二多孔層的冷氣流出孔排出，冷氣流在第二多孔層20外表面形成冷氣膜，從而保持了鉆頭切削齒的強度。通過處于相對低溫狀態(tài)的鉆頭切削齒6旋轉(zhuǎn)切削破壞其正下方的高溫低強度的巖石，從而提高破巖效率。
[0035]實施例2:
[0036]如圖4所示，實施例2與實施例1的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于鉆頭本體3和鉆頭切削齒6的外周面均設(shè)置有高溫隔熱層16 (圖4中以在鉆頭本體3的外周設(shè)置高溫隔熱層16為例進行說明)。高溫隔熱層16將巖石向鉆頭本體3和鉆頭切削齒6傳遞輻射的熱能隔熱，使鉆頭本體3、鉆頭切削齒6的溫度保持在一定溫度內(nèi)，進一步提高了本實用新型的使用壽命。
【權(quán)利要求】
1.一種耐高溫鉆頭，其特征在于它包括接頭、鉆頭本體、鉆頭切削齒、燃燒室，接頭的下端與鉆頭本體連接，所述鉆頭切削齒設(shè)置在鉆頭本體的下端；在接頭內(nèi)設(shè)置中心管路，中心管路的下端設(shè)置燃燒槍，燃燒槍的下端設(shè)置火焰噴嘴；在鉆頭本體內(nèi)部設(shè)置燃燒室，在鉆頭本體的下端設(shè)有高溫氣體噴嘴，燃燒室的兩端分別連通火焰噴嘴和高溫氣體噴嘴；在接頭內(nèi)設(shè)有外環(huán)形管路，外環(huán)形管路與燃燒槍的空氣入口相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫鉆頭，其特征在于在鉆頭本體的外周設(shè)置第一冷卻裝置，所述鉆頭切削齒沿鉆頭本體的下端面周向間隔設(shè)置，在鉆頭切削齒的外周設(shè)置有第二冷卻裝置，所述第一、第二冷卻裝置與接頭上的外環(huán)形管路相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種耐高溫鉆頭，其特征在于所述第一冷卻裝置包括第一多孔層，第一多孔層設(shè)置在鉆頭本體的外周面，并與鉆頭本體固連，在第一多孔層上設(shè)置有多個冷氣流出孔，在第一多孔層和鉆頭本體外周面之間設(shè)置有第一冷氣流通道，在鉆頭本體內(nèi)設(shè)置有內(nèi)環(huán)空管將第一冷氣流通道與外環(huán)形管路相連通；所述第二冷卻裝置包括第二多孔層，第二多孔層設(shè)置在鉆頭切削齒除底面外的外周面，并與鉆頭切削齒固連，在第二多孔層上設(shè)置有多個冷氣流出孔，在第二多孔層和鉆頭切削齒之間設(shè)置有第二冷氣流通道，在鉆頭本體內(nèi)設(shè)置的內(nèi)環(huán)空管將第二冷氣流通道與外環(huán)形管路相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種耐高溫鉆頭，其特征在于在鉆頭本體的外周面和鉆頭切削齒的外周面均設(shè)置有高溫隔熱層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種耐高溫鉆頭，其特征在于所述高溫氣體噴嘴為環(huán)形，第二冷卻裝置與高溫氣體噴嘴外周面之間留有間隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種耐高溫鉆頭，其特征在于在鉆頭本體內(nèi)設(shè)置有與外環(huán)形管路相連通的空氣預(yù)熱回路，所述空氣預(yù)熱回路與燃燒槍的空氣入口相連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種耐高溫鉆頭，其特征在于所述內(nèi)環(huán)空管與空氣預(yù)熱回路相連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種耐高溫鉆頭，其特征在于所述燃燒室為中間寬，兩端窄。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種耐高溫鉆頭，其特征在于所述燃燒槍包括混氣室，打火裝置，打火裝置設(shè)置在混氣室內(nèi)，混氣室與外環(huán)形管路相連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種耐高溫鉆頭，其特征在于在燃燒室的內(nèi)壁設(shè)置有鎢鋼層。
【文檔編號】E21B10/46GK203394358SQ201320491946
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月13日
【發(fā)明者】胡瓊, 高文金, 張正祿, 任小玲, 劉運榮 申請人:中國石油化工集團公司, 中石化石油工程機械有限公司研究院