一种液压喷射型防斜钻头及其防斜方法

1.本发明涉及钻井工程领域，具体涉及的是一种液压喷射型防斜钻头及其防斜方法。


背景技术：

2.随着表层油气资源的减少，钻井深度不断加深，地层情况愈加复杂，由于地质情况、钻具结构等原因造成的钻井偏斜时有发生。在地质勘探方面，如果井斜多大，容易打乱合理的地下井网和开发方案，并且易造成地质资料失真。在钻井施工时，井斜过大容易引起井壁坍塌、造成卡钻事故以及恶化钻柱工作条件。传统的防斜打直技术，不论是地层的自然造斜特征还是底部钻具组合本身都要求降低钻压的钻进方法，但这样会导致机械钻速显著降低。常规的钻头由于被动防斜能力较差，导致钻井提速效果受到限制，增加钻井成本。防斜打直技术作为未来钻井技术的重要发展方向之一，目前仍缺少可靠的防斜装置，为此，设计一种液压喷射型防斜钻头及防斜方法就显得尤为重要。


技术实现要素：

3.本发明的一个目的是提供一种液压喷射型防斜钻头，这种液压喷射型防斜钻头用于解决现有大部分钻头被动防斜能力差，导致钻井提速效果受到限制，增加钻井成本的问题；本发明的另一个目的是提供这种液压喷射型防斜钻头的防斜方法。
4.这种液压喷射型防斜钻头包括外接头、钻头体、出水网、钻头、水眼、滚珠、拉簧、偏重体、断流重刀、半圆形水槽、上轴承、动力装置、推塞、弹簧、弹力仓、下轴承、刀轨道、偏重体轨道、涡轮叶片、碰撞齿、环形滑轨、储水仓、推塞头部、推塞尾部,钻头体中心设置动力装置，动力装置内部安装涡轮叶片，动力装置上方安装上轴承，上轴承外侧镶嵌在钻头体内壁上，动力装置中间外壁上均匀安装多个碰撞齿，多个碰撞齿设置为上、中、下三层分别伸入到环形滑轨内，动力装置下方安装下轴承，下轴承外侧镶嵌在钻头体内壁上；钻头体内部设置偏重体轨道，偏重体安装在偏重体轨道内，偏重体内侧滚珠嵌于钻头体内壁上，断流重刀安装在偏重体内部，断流重刀底部通过拉簧与偏重体相连，刀轨道设置于断流重刀的正前方，半圆形水槽穿过刀轨道延伸到多个储水仓，多个储水仓设置成上、中、下三层均匀分布在钻头体内部，每个储水仓前端安装出水网，推塞尾部安装在储水仓内部，推塞头部穿过弹力仓伸入到环形滑轨内，弹力仓一侧通过弹簧与推塞头部相连。
5.上述方案中出水网、储水仓、推塞、弹力仓、弹簧、碰撞齿分别设置成上、中、下三层，每层数量与半圆形水槽相同，同为八个，环形滑轨数量为三个。
6.上述方案中外接头、半圆形水槽、储水仓、出水网形成钻井液通道，外接头、动力装置、水眼形成钻井液通道。
7.上述液压喷射型防斜钻头的防斜方法：涡轮叶片的转动带动动力装置旋转，动力装置带动碰撞齿在环形滑轨上转动，碰撞齿同时挤压推塞头部，推塞头部向内移动压缩弹簧，推塞尾部挤压储水仓内部的钻井液，
钻井液通过出水网形成液体束射向周围；当钻井装置偏斜时，偏重体通过重力作用在偏重体轨道上滑动，此时，断流重刀会滑出偏重体内部进入刀轨道，阻止钻井液通过半圆形水槽流入对应的储水仓，相反方向的储水仓内仍有钻井液流入，喷射平衡被打破，钻头体受到相反的作用力，从而纠正整个钻井装置的偏斜。
8.本发明具有以下有益效果。
9.1.本发明解决了常规钻头被动防斜能力差、钻进速度慢的问题，显著提高了钻头的防斜能力，加快钻井速度，减少作业时间。
10.2.本发明偏重体和断流重刀在重力的作用下滑动，能够快速调节钻井液流入量，及时稳定钻头，提升钻井装置的平稳性，提高钻井效率。
11.3.本发明喷射装置结构对称，能够以一定频率同时向四周发射液体束，提高装置稳定性。
12.4.本发明防斜方式合理，结构简单，便于在钻井现场进行推广应用。
附图说明
13.图1是本发明的整体结构示意图。
14.图2是本发明的整体剖面示意图。
15.图3是本发明的钻头体顶部剖面示意图。
16.图4是本发明的偏重体的结构示意图。
17.图5是本发明的拉簧与断流重刀的结构示意图。
18.图6是本发明的上轴承的剖面示意图。
19.图7是本发明的推塞和动力装置上层的剖面示意图。
20.图8是本发明的推塞和动力装置中层的剖面示意图。
21.图9是本发明的推塞和动力装置下层的剖面示意图。
22.图10是本发明的下轴承的剖面示意图。
23.图11是本发明的动力装置的结构示意图。
24.图12是本发明的推塞的结构示意图。
25.图中：1.外接头；2.钻头体；3.出水网；4.钻头；5.水眼；6.滚珠；7.拉簧；8.偏重体；9.断流重刀；10.半圆形水槽；11.上轴承；12.动力装置；13.推塞；14.弹簧；15.弹力仓；16.下轴承；17.刀轨道；18.偏重体轨道；19.涡轮叶片；20.碰撞齿；21.环形滑轨；22.储水仓；23.推塞头部；24.推塞尾部。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明做进一步的说明。
27.这种液压喷射型防斜钻头包括外接头1、钻头体2、出水网3、钻头4、水眼5、滚珠6、拉簧7、偏重体8、断流重刀9、半圆形水槽10、上轴承11、动力装置12、推塞13、弹簧14、弹力仓15、下轴承16、刀轨道17、偏重体轨道18、涡轮叶片19、碰撞齿20、环形滑轨21、储水仓22、推塞头部23、推塞尾部24,钻头体2中心设置动力装置12，动力装置12内部安装涡轮叶片19，动力装置12上方安装上轴承11，上轴承11外侧镶嵌在钻头体2内壁上，动力装置12中间外壁上均匀安装多个碰撞齿20，多个碰撞齿20设置为上、中、下三层分别伸入到环形滑轨21内，动
力装置12下方安装下轴承16，下轴承16外侧镶嵌在钻头体2内壁上。环形滑轨21数量为三个；外接头1、动力装置12、水眼5形成钻井液通道。
28.动力装置12内部的涡轮叶片19提供动能，动力装置12上方安装的上轴承11起固定和滑动的作用，动力装置12中间外壁上安装的碰撞齿20在环形滑轨21内滑动，同时挤压推塞头部23使弹簧14压缩，动力转置12下方安装的下轴承16起固定和滑动的作用。钻井液从上而下流过时，会带动涡轮叶片19转动，动力装置12随着涡轮叶片19转动而旋转。
29.钻头体2内部设置偏重体轨道18，偏重体8安装在偏重体轨道18内，偏重体8内侧滚珠6嵌于钻头体内壁上，断流重刀9安装在偏重体8内部，断流重刀9底部通过拉簧14与偏重体8相连，刀轨道17设置于断流重刀9的正前方，半圆形水槽10穿过刀轨道17延伸到多个储水仓22，多个储水仓22设置成上、中、下三层均匀分布在钻头体2内部，每个储水仓22前端安装出水网3，推塞尾部24安装在储水仓22内部，推塞头部23穿过弹力仓15伸入到环形滑轨21内，弹力仓15一侧通过弹簧14与推塞头部23相连。
30.偏重体8在钻头体2内部设置的偏重体轨道18上滑动，偏重体8内侧的滚珠6起到固定和滑动的作用，断流重刀9滑出钻头体2内部的长短取决于拉簧7的拉力和断流重刀9的重力，拉力和重力平衡时拉簧7的长度与断流重刀的滑出距离一致，装置偏斜时，断流重刀9在刀轨道17中滑动，断流重刀9阻断钻井液从半圆形水槽10流入储水仓22，阻断的部分大小取决于断流重刀9的滑出距离，推塞头部23收缩时会挤压弹力仓15中的弹簧，并且推塞尾部24挤压储水仓22中的钻井液，钻井液通过出水网3时会形成液体束射向周围，装置不偏斜时，液体束会同时以对称方式射出，钻井装置偏斜时，偏斜的一侧液体束减少，对称的一侧液体束不变，钻井装置会受到对称方向液体束的反作用力，以此达到纠正装置的目的。储水仓22、出水网3、推塞13、弹力仓15、弹簧14分别设置成上、中、下三层，每层储水仓22、出水网3、推塞13、弹力仓15、弹簧14数量相同数量与半圆形水槽10相同，同为八个。外接头1、半圆形水槽10、储水仓22、出水网3形成钻井液通道。
31.上述液压喷射型防斜钻头的防斜方法：涡轮叶片19的转动带动动力装置12旋转，动力装置12带动碰撞齿20在环形滑轨21上转动，碰撞齿20同时挤压推塞头部23，推塞头部23向内移动压缩弹簧14，推塞尾部24挤压储水仓22内部的钻井液，钻井液通过出水网3形成液体束射向周围，液体束同时以对称结构射出，作用力相互抵消；当装置偏斜时，偏重体8通过重力作用在偏重体轨道18上滑动，此时，断流重刀9会滑出偏重体8内部进入刀轨道17，阻止钻井液通过半圆形水槽10流入对应的储水仓22，相反方向的储水仓22内仍有钻井液流入，喷射平衡被打破，钻头体2受到相反的作用力，从而纠正整个钻井装置的偏斜。