自激励脉冲射流钻头装置的制作方法

1.本实用新型涉及油气田钻井领域，具体地涉及一种自激励脉冲射流钻头装置。


背景技术：

2.随着油气勘探向更深、更硬地层的发展，对钻井的要求也越来越高。提高钻井速度越来越受到人们重视。近年来，利用脉冲射流来提高井底清洗效率是现在提高钻井速度的有效方式之一。
3.cn105370213a中公开了一种井下脉冲射流钻头装置。其中，双母套筒、钻头接头与钻头本体依次旋接。钻头本体的上端设有钻头水腔，钻头水腔的底壁上分布有多个钻头水眼。各钻头水眼以轴线为中心均匀分布，各钻头水眼分别向下延伸且分别与钻头本体下端面的喷孔相通。该钻头装置可以提高清洗井底的效果和水力破岩的能力。另外，cn108756762a和cn106437529a等文献也披露了脉冲射流钻头装置。
4.这些脉冲射流钻头装置均能够实现调制脉冲射流的目的。然而，在这些钻头装置中，脉冲射流的产生均以消耗钻井液的压力为代价，这与深井、超深井的井底能量匮乏是相冲突的。
5.因此，在本领域希望提供一种脉冲射流钻头装置，其在不增加其它零部件的前提下即可实现脉冲射流。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提出一种自激励脉冲射流钻头装置，其能够不需要其它零部件而在破岩过程中自发地产生脉冲射流，不需要利用钻井液的压力，因而有效地节约了能量，同时，该钻头装置的结构紧凑，节约了井下空间，能够有效地与其他装置配合使用。
7.根据本实用新型，提供了一种自激励脉冲射流钻头装置，包括：上接头，用于与钻具相连并接受来自钻具的钻井液；以及环形钻头，所述环形钻头包括与所述上接头相连的环形主体、与所述环形主体相连的钻头冠，以及从所述钻头冠中伸出的中心牙轮钻头。其中，所述环形钻头还包括设于所述环形主体内的中心体，以及设置在所述中心体与钻头冠之间的分流传压体，在所述上接头与中心体之间设有弹性件。所述分流传压体构造成能够在所述中心牙轮钻头的不同压力作用下，克服所述弹性件的弹力而将不同量的钻井液输送到所述钻头冠处，从而产生脉冲射流。
8.在一个实施例中，所述中心体构造成阶梯轴的形式，所述分流传压体的上端面在所述弹性件的弹力作用下与所述阶梯轴的台阶面选择性对接。
9.在一个实施例中，所述中心体包括一个中心通道和若干个沿周向均布的第一分支通道，所述分流传压体包括若干个分别与各个所述第一分支通道相对应的第二分支通道。其中，所述第一分支通道的出口与第二分支通道的入口仅部分地重合。
10.在一个实施例中，在各所述第二分支通道的出口处设有喷嘴。
11.在一个实施例中，所述中心牙轮钻头安装在所述中心通道的下端。
12.在一个实施例中，所述环形主体的上端面设有第一台阶槽，所述上接头的下端面设有第二台阶槽。其中，所述第一台阶槽和第二台阶槽相互配合，以在其中容纳所述弹性件。
13.在一个实施例中，所述弹性件套设在位于所述第一台阶槽和第二台阶槽内的套筒上。
14.在一个实施例中，所述分流传压体包括内环体和外环体，在所述内环体和外环体之间形成了周向凹槽。其中，所述环形主体的下端插入到所述周向凹槽内。
15.在一个实施例中，在所述环形主体与分流传压体的接触面之间以及在所述分流传压体与中心体的接触面之间均设置有密封件。
16.在一个实施例中，所述分流传压体与所述环形主体以不能转动的方式连接。
附图说明
17.下面将结合附图来对本实用新型进行详细地描述，在图中：
18.图1示意性显示了根据本实用新型的自激励脉冲射流钻头装置的剖视图。
19.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
20.下面将结合附图对本实用新型做进一步说明。
21.如图1所示，根据本实用新型的自激励脉冲射流钻头装置100主要包括用于与钻具连接的上接头10，以及与上接头10相连的环形钻头20。
22.上接头10包括依次设置的上部1、中部2和下部3。上接头10的上部1的外表面上设有连接螺纹(未示出)，用于与上部钻具的对应螺纹连接。上接头10 的中部2构造为接头本体，其中设有上扣钳口5，用于拆装钻头装置时为钻头装置施加扭矩。上接头10的下部3用于与环形钻头20连接。例如，下部3包括接头焊接面7，其与环形钻头20的钻头焊接面27(在下文中介绍)共同地形成焊接部，使得能够通过焊接来将上接头10的下部3与环形钻头30固定连接。上接头10还包括贯穿其中的钻井液流道8，使得钻井液能够从上部钻具输送到环形钻头20中。
23.环形钻头20包括与上接头10相连的环形主体25，以及与环形主体25相连的钻头冠30。如上所述，环形主体25包括位置其上端的钻头焊接面27，用于与上接头10的下部3的接头焊接面7共同地形成焊接部，使得能够通过焊接来将上接头10与环形钻头20固定连接。优选地，钻头焊接面27和接头焊接面7的形状互补，以提高上接头10与环形钻头20之间的连接的稳固性。
24.钻头冠30包括若干个切削齿32，并且其形状可根据地层特征来设计，这是本领域的技术人员所熟知的。
25.根据本实用新型，环形主体25的上端面设有第一台阶槽，其中设置了中心体70。如图1所示，中心体70构造成空心阶梯轴的形式，其下端连接有中心牙轮钻头50。中心牙轮钻头50在其上部例如通过钻头连接扣与中心体70相连，而其下部延伸到环形钻头20之外，以进行破岩作业。中心体70还包括若干个沿周向均布的第一分支液流通道78，其上端口与第一台阶槽连通，下端口处于中心体 70的台阶面处。
26.在上接头10的下部3的下端面设有第二台阶槽，其与环形主体25的上端面处的第一台阶槽配合，用于在其中容纳弹簧40。优选地，第一台阶槽和第二台阶槽的直径相同。通过这种设置，弹簧40的上、下端分别与上接头10的下部3的下端面和环形钻头20的中心体70的上端面对接，从而能够在上接头10和环形钻头20之间传递动力。优选地，在第一台阶槽和第二台阶槽内设置有套筒(未示出)，弹簧40套设于套筒的外周，由此为弹簧40提供了准确的定位。
27.空心阶梯轴形式的中心体70具有中心通道75，其通向中心牙轮钻头50，从而能够为中心牙轮钻头50提供经由上接头10的钻井液流道8所提供的钻井液。
28.根据本实用新型，环形钻头20还包括与钻头冠30相连的分流传压体60。分流传压体60例如为环形件，其套设于中心体70和钻头冠30之间。分流传压体 60的上端面与中心体70的台阶面对接，从而在轴向上由钻头冠30和中心体70 提供定位作用。分流传压体60包括若干个分别与各个第一分支通道相对应的第二分支通道68。也就是说，第一分支通道78的下端口在分流传压体60与中心体 70的对接面(即中心体70的台阶面)处与第二分支通道68的上端口连通。在第二分支通道68的下端口处设有喷嘴62。
29.根据本实用新型，第一分支通道78的下端口(即出口)设置成与第二分支通道68的上端口(即入口)仅部分地重合。这可通过适当地选择第一分支通道 78的下端口和第二分支通道68的上端口的大小和/或位置来实现。
30.这样，在根据本实用新型的自激励脉冲射流钻头装置100的工作过程中，当中心牙轮钻头50的受力较小(例如双齿着地)时，弹簧40的作用力将中心体70 压在分流传压体60上，即分流传压体60的上端面与中心体70的台阶面形成对接，二者之间不存在间隙。在这种情况下，由于第一分支通道78的下端口(即出口)设置成与第二分支通道68的上端口(即入口)仅部分地重合，因此来自钻井液流道8的钻井液仅能通过第一分支通道78的下端口和第二分支通道68的上端口之间的重合部分流到第二分支通道68中，之后经喷嘴62喷出到钻头冠30。在这种情况下，钻井液的输送量不足，喷射压力降低。
31.当中心牙轮钻头50的受力较大(例如单齿着地)时，该力将克服弹簧40的作用力而将中心体70从分流传压体60上抬起。也就是说，在分流传压体60的上端面与中心体70的台阶面形成了一个环状空间。在这种情况下，尽管第一分支通道78的下端口(即出口)与第二分支通道68的上端口(即入口)仅部分地重合，然而来自钻井液流道8的钻井液会先全部进入到分流传压体60的上端面与中心体70的台阶面之间所形成的环状空间内，然后再进入到第二分支通道68 中。最后，钻井液经喷嘴62喷出到钻头冠30。在这种情况下，钻井液的喷射压力提高。
32.在中心牙轮钻头50旋转破岩时，单齿着地和双齿着地交替进行，这使得经由喷嘴的钻井液喷射压力交替地提高与降低，从而产生了脉冲射流。因此，根据本实用新型的脉冲射流钻头装置100能够自激励地产生脉冲射流，不需要消耗钻井液的压力，从而节约了井底能量。另外，弹簧40设置在钻头装置100的内部，不会增加钻头装置的径向或尺寸，从而节约了井底空间。此外，据本实用新型的脉冲射流钻头装置100也不需要设置任何额外的部件来驱动，
33.在根据本实用新型的一个优选的实施例中，分流传压体60包括内环体和外环体，在这两个部分之间形成了周向凹槽62。环形主体25的下端插入到该周向凹槽64中。这样，在
从径向内侧到径向外侧的方向上，中心体70、分流传压体 60的内环体、环形主体25的下端、分流传压体60的外环体以及钻头冠30的外周部依次布置，形成了紧凑的结构，节约了空间。
34.在根据本实用新型的一个优选的实施例中，分流传压体60以不可转动的方式相对于环形主体25设置在环形主体25内。容易理解，这种不可转动的连接可以通过例如键槽等方式来实现。
35.在根据本实用新型的一个优选的实施例中，在环形主体25与分流传压体60 的接触面之间以及在分流传压体60与中心体70的接触面之间均设置有密封件 (未示出)，用于防止钻井液流失。
36.以上仅为本实用新型的优选实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此。本领域的技术人员在本实用新型的公开范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。