一種水平井切向注入式旋流射流磨鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于鉆井與油氣工程領(lǐng)域，具體涉及一種水平井切向注入式旋流射流磨鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，攜巖是水平井和大位移井鉆井的一個重要難題，如果巖屑攜帶效果達(dá)不到要求，會導(dǎo)致諸多問題發(fā)生，如高摩阻和高扭矩，沉砂卡鉆，下套管與固井困難，鉆具磨損嚴(yán)重，測井儀器下入作業(yè)困難等，甚至導(dǎo)致鉆井作業(yè)可能被迫中止。然而，最近由中國石油大學(xué)(北京)研發(fā)的水平井安全高效泥漿鉆井射流磨鉆頭(CN201310654747.4)和水平井安全高效氣體鉆井射流磨鉆頭(CN201310654718.8)不僅可以減小井底壓差，提高機(jī)械鉆速，還可基于射流磨原理將巖屑粉碎，達(dá)到液固懸浮流動狀態(tài)，能從根本上消除水平井中的巖屑床。但是由于射流磨鉆頭反向噴嘴的分流作用使得井底鉆井液流量有所削減，這樣井底的鉆頭水眼個數(shù)減少，射流沖洗范圍也明顯減小。雖然射流磨鉆頭的湍流抽砂裝置會減小井底壓差，抽吸巖屑，但由于射流沖洗范圍小，會影響井底巖屑的及時清理，從而造成部分巖屑的重復(fù)破碎，影響破巖效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種水平井切向注入式旋流射流磨鉆頭，通過切向注入式旋轉(zhuǎn)射流沖砂裝置，產(chǎn)生有利于清巖的井底旋流流場，改善井底巖屑的受力狀況，提升井底清巖效率；通過湍流抽砂裝置抽吸井底流體，減小井底壓差，實(shí)現(xiàn)欠平衡而提高機(jī)械鉆速；通過射流粉碎裝置粉碎巖屑，提高攜巖效率，從根本上消除水平井中的巖屑床。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下:
[0005]一種水平井切向注入式旋流射流磨鉆頭，包括PDC鉆頭、切向注入式旋轉(zhuǎn)射流沖砂裝置、湍流抽砂裝置、射流粉碎裝置。
[0006]PDC鉆頭包括鉆頭體、主流道、保徑、鉆頭端部排屑槽、PDC刀翼；PDC刀翼是水平井切向注入式旋流射流磨鉆頭切削巖石的工作部分，其表面布有PDC切削齒；鉆頭端部排屑槽布置在PDC刀翼之間；保徑布置在鉆頭端部的外側(cè)，保徑?jīng)]有布置排屑槽。
[0007]切向注入式旋轉(zhuǎn)射流沖砂裝置包括井底巖屑攪動與清洗流道、切向注入式旋轉(zhuǎn)射流噴嘴；井底巖屑攪動與清洗流道的入口與PDC鉆頭的主流道連通，井底巖屑攪動與清洗流道出口與切向注入式旋轉(zhuǎn)射流噴嘴的入口連接；切向注入式旋轉(zhuǎn)射流噴嘴的出口與roc鉆頭端部排屑槽連接，切向注入式旋轉(zhuǎn)射流噴嘴數(shù)量根據(jù)鉆頭結(jié)構(gòu)而定；切向注入式旋轉(zhuǎn)射流沖砂裝置是產(chǎn)生有利于清巖的井底旋流流場的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，切向注入式旋轉(zhuǎn)射流噴嘴和鉆頭旋轉(zhuǎn)聯(lián)合作用產(chǎn)生井底旋流流場，改善井底巖石和巖屑的受力狀況，大幅度提升井底清巖效率，提高鉆進(jìn)速度。
[0008]湍流抽砂裝置包括巖屑吸入管、負(fù)壓腔；巖屑吸入管入口與PDC鉆頭端部排屑槽的外端連接，巖屑吸入管出口與負(fù)壓腔連接，負(fù)壓腔出口與混合室對接連通；負(fù)壓腔產(chǎn)生的負(fù)壓通過巖屑吸入管抽吸井底流體使井底局部壓力降低，減小壓差，從而促進(jìn)巖屑脫離井底并加速上返，局部欠平衡提高機(jī)械鉆速。
[0009]射流粉碎裝置包括反向高速射流噴嘴、混合室、喉管、巖屑解離加速管、粉碎靶體、粉碎倉、旁通；反向高速射流噴嘴與切向注入式旋轉(zhuǎn)射流噴嘴反向設(shè)置，反向高速射流噴嘴入口與PDC鉆頭的主流道連通，反向高速射流噴嘴的出口位于混合室內(nèi)，混合室與喉管對接連通，喉管與巖屑解離加速管對接連通，巖屑解離加速管出口與粉碎倉連通，粉碎倉內(nèi)安有粉碎靶體，粉碎靶體正對著巖屑解離加速管出口，粉碎倉與旁通連通，旁通為入口小出口大的擴(kuò)散性圓管；射流粉碎裝置是水平井切向注入式旋流射流磨鉆頭的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，一方面射流粉碎裝置的反向高速射流噴嘴出口產(chǎn)生負(fù)壓，并通過混合室將負(fù)壓傳遞到負(fù)壓腔，抽吸巖屑，另一方面射流粉碎裝置基于高聚能射流的超細(xì)粉碎原理充分粉碎巖屑，大大提高巖屑的運(yùn)移效率。
[0010]綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下良好效果:
[0011](I)由于目前射流磨鉆頭反向高速噴嘴的分流作用使得井底鉆井液流量有所削減，井底射流的沖洗范圍也明顯減小，從而影響井底巖屑的及時清理，進(jìn)一步會影響破巖效率。本實(shí)用新型的切向注入式旋轉(zhuǎn)射流沖砂裝置產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)射流，大大提高了井底射流的沖洗范圍，旋轉(zhuǎn)射流能夠在井底產(chǎn)生較大的切向速度，從而增大井底漫流速度，促使破碎的巖屑迅速離開井底，大幅度提升井底清巖效率。
[0012](2)本實(shí)用新型的切向注入式旋轉(zhuǎn)射流沖砂裝置產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)射流與鉆頭旋轉(zhuǎn)聯(lián)合作用可產(chǎn)生有利于清巖的井底旋流流場，在井底形成有序的高壓區(qū)和低壓區(qū)分布，改善井底巖石和巖屑的受力狀況，提高鉆進(jìn)速度。
[0013](3)本實(shí)用新型的湍流抽砂裝置利用抽沙泵的原理，抽吸井底流體，減小井底壓差，實(shí)現(xiàn)井底局部欠平衡，提高機(jī)械鉆速。
[0014](4)本實(shí)用新型的射流粉碎裝置基于高聚能射流的超細(xì)粉碎技術(shù)能夠粉碎巖屑，大大降低水平井中巖屑的沉降末速，提高攜巖效率，從根本上消除水平井中的巖屑床。
【附圖說明】
[0015]圖1為水平井切向注入式旋流射流磨鉆頭的示意圖；
[0016]圖2為水平井切向注入式旋流射流磨鉆頭沿圖1左視示意圖；
[0017]圖3為水平井切向注入式旋流射流磨鉆頭沿圖1右視示意圖；
[0018]圖4為水平井切向注入式旋流射流磨鉆頭沿圖1中A-A的剖視示意圖；
[0019]圖5為水平井切向注入式旋流射流磨鉆頭沿圖1中B-B的剖視示意圖；
[0020]圖6為水平井切向注入式旋流射流磨鉆頭的反向高速射流噴嘴示意圖；
[0021]圖7為水平井切向注入式旋流射流磨鉆頭的切向注入式旋轉(zhuǎn)射流噴嘴示意圖；
[0022]圖8為水平井切向注入式旋流射流磨鉆頭的切向注入式旋轉(zhuǎn)射流噴嘴沿圖7中A-A的首I]視不意圖。
[0023]圖中:1、PDC鉆頭，2、切向注入式旋轉(zhuǎn)射流沖砂裝置，3、湍流抽砂裝置，4、射流粉碎裝置;101、鉆頭體，102、主流道，103、保徑，104、鉆頭端部排屑槽，105、PDC刀翼;201、井底巖屑攪動與清洗流道，202、切向注入式旋轉(zhuǎn)射流噴嘴；301、巖屑吸入管，302、負(fù)壓腔；401、反向高速射流噴嘴，402、混合室，403、喉管，404、巖屑解離加速管，405、粉碎靶體，406、 粉碎倉，407、旁通。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖，說明本實(shí)用新型提出的【具體實(shí)施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如下:
[0025]水平井切向注入式旋流射流磨鉆頭