一种脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头的制作方法

本申请涉及钻井工具，特别是涉及一种脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头。

背景技术：

1、随着石油天然气勘探开发的不断深入，钻井深度越来越大。深部地层岩石硬度高及复杂的环境特性造成整井钻速慢、钻井周期长，严重制约了油气资源的勘探开发进程，亟需高效破岩技术来提高破岩速度进而提高整井的钻井效率。

2、近年来，国内外科技工作者设计研发了多种机械冲击工具和井下增压短接来实现机械冲击和高压脉冲喷射辅助破岩，这些工具短接常常是安装在钻头上侧近钻头部位，虽然实现了既定的目标功能，但是存在以下缺点：

3、1)高压喷射和机械冲击均是通过短接产生，然后传递给钻头作用于井底岩石，在此过程中，脉冲喷射钻井液高压能量大大损失，机械冲击效率也有所折扣；

4、2)短接的存在延长了造斜工具到钻头(也就是到井底)的距离，降低了造斜工具能力。

5、综上所述，如何改进钻井工具以消除上述缺点，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供了一种脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头，不仅提高了能量利用效率，还消除了对造斜工具的影响，因而对不同作业环境具有更强的适应性。

2、为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案：

3、一种脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头，包括钻头本体，所述钻头本体的一端设置有至少两个沿所述钻头本体的周向均匀分布的切削刀翼，所述钻头本体的内部设置有液流脉冲发生装置，所述切削刀翼的至少一个间隔区域开设有与所述液流脉冲发生装置连通的喷嘴水眼，至少一个所述切削刀翼设置有受液流脉冲驱动的冲击机构。

4、可选地，在上述脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头中，所述液流脉冲发生装置包括沿所述钻头本体的轴向依次设置的导流体、叶轮座和聚能座，所述导流体位于所述叶轮座远离所述切削刀翼的一侧，所述叶轮座内设置有叶轮，所述导流体设置有用于将液流引向所述叶轮的偏心一侧的导流腔，所述聚能座设置有沿远离所述叶轮座的方向逐渐缩小截面尺寸的聚能腔。

5、可选地，在上述脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头中，所述聚能腔为三级收缩腔体结构。

6、可选地，在上述脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头中，所述导流体设置有伸入所述叶轮座的扇形台，所述扇形台内侧的圆弧壁面与所述叶轮贴近设置，所述扇形台外侧的直角壁面与所述叶轮座贴靠设置。

7、可选地，在上述脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头中，所述叶轮座设置有用于安装所述叶轮的叶轮轴的安装槽，所述安装槽偏心设置。

8、可选地，在上述脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头中，所述冲击机构包括滑动装配于所述钻头本体开设的冲击导轨内的冲击杆，所述冲击导轨内设置有用于使所述冲击杆复位的弹性件。

9、可选地，在上述脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头中，所述冲击导轨的内壁开设有卡环槽，所述卡环槽安装有限位卡环，所述限位卡环用于与所述冲击杆靠近所述液流脉冲发生装置的一端相抵。

10、可选地，在上述脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头中，所述喷嘴水眼的轴线与所述钻头本体的旋转轴线倾斜相交，所述冲击导轨的轴线与所述钻头本体的旋转轴线倾斜相交。

11、可选地，在上述脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头中，所述喷嘴水眼的轴线与所述钻头本体的旋转轴线之间的夹角等于所述冲击导轨的轴线与所述钻头本体的旋转轴线之间的夹角。

12、可选地，在上述脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头中，所述喷嘴水眼的轴线与所述钻头本体的旋转轴线之间的夹角为10°～30°。

13、本申请提供的脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头具有以下有益效果：

14、(1)将液流脉冲发生装置设置于钻头本体中，大大缩短了脉冲射流从发生到作用于岩石的距离，降低了压力损耗；

15、(2)冲击机构设置在钻头本体，机械冲击直接作用于岩石，能量利用率更高；

16、(3)机械冲击和脉冲喷射协同作用，破岩效率更高，对地层适应性更好；

17、(4)实现机械冲击和脉冲喷射功能不需在钻柱上连接额外短接，对常规钻柱的造斜功能无影响；

18、(5)利用钻井液残余能量实现脉冲射流，无需改动常规钻井系统。

技术特征：

1.一种脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头，包括钻头本体，所述钻头本体的一端设置有至少两个沿所述钻头本体的周向均匀分布的切削刀翼，所述钻头本体的内部设置有液流脉冲发生装置，所述切削刀翼的至少一个间隔区域开设有与所述液流脉冲发生装置连通的喷嘴水眼，至少一个所述切削刀翼设置有受液流脉冲驱动的冲击机构。

2.根据权利要求1所述的脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头，其特征在于，所述液流脉冲发生装置包括沿所述钻头本体的轴向依次设置的导流体、叶轮座和聚能座，所述导流体位于所述叶轮座远离所述切削刀翼的一侧，所述叶轮座内设置有叶轮，所述导流体设置有用于将液流引向所述叶轮的偏心一侧的导流腔，所述聚能座设置有沿远离所述叶轮座的方向逐渐缩小截面尺寸的聚能腔。

3.根据权利要求2所述的脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头，其特征在于，所述聚能腔为三级收缩腔体结构。

4.根据权利要求2所述的脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头，其特征在于，所述导流体设置有伸入所述叶轮座的扇形台，所述扇形台内侧的圆弧壁面与所述叶轮贴近设置，所述扇形台外侧的直角壁面与所述叶轮座贴靠设置。

5.根据权利要求2所述的脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头，其特征在于，所述叶轮座设置有用于安装所述叶轮的叶轮轴的安装槽，所述安装槽偏心设置。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头，其特征在于，所述冲击机构包括滑动装配于所述钻头本体开设的冲击导轨内的冲击杆，所述冲击导轨内设置有用于使所述冲击杆复位的弹性件。

7.根据权利要求6所述的脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头，其特征在于，所述冲击导轨的内壁开设有卡环槽，所述卡环槽安装有限位卡环，所述限位卡环用于与所述冲击杆靠近所述液流脉冲发生装置的一端相抵。

8.根据权利要求6所述的脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头，其特征在于，所述喷嘴水眼的轴线与所述钻头本体的旋转轴线倾斜相交，所述冲击导轨的轴线与所述钻头本体的旋转轴线倾斜相交。

9.根据权利要求8所述的脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头，其特征在于，所述喷嘴水眼的轴线与所述钻头本体的旋转轴线之间的夹角等于所述冲击导轨的轴线与所述钻头本体的旋转轴线之间的夹角。

10.根据权利要求9所述的脉冲喷射-机械冲击联合破岩钻头，其特征在于，所述喷嘴水眼的轴线与所述钻头本体的旋转轴线之间的夹角为10°～30°。

技术总结本申请公开了一种脉冲喷射‑机械冲击联合破岩钻头，包括钻头本体，钻头本体的一端设置有至少两个沿钻头本体的周向均匀分布的切削刀翼，钻头本体的内部设置有液流脉冲发生装置，切削刀翼的至少一个间隔区域开设有与液流脉冲发生装置连通的喷嘴水眼，至少一个切削刀翼设置有受液流脉冲驱动的冲击机构。本申请提供的钻头不仅提高了能量利用效率，还消除了对造斜工具的影响，因而对不同作业环境具有更强的适应性。技术研发人员：李帮民,纪照生,梁应红,杨玄,彭彬,王丹受保护的技术使用者：中石化石油工程技术服务有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/26