专利名称：侧钻井高压水射流钻塞钻头的制作方法
技术领域：
本实用新型为侧钻井高压水射流钻塞钻头，适用于老井开窗侧钻对老区进行挖潜。
背景技术：
大部分老油田已进入高含水开发后期，因此，利用老井开窗侧钻技术对老区进行挖潜，以便重新钻遇油藏构造高部位或井间滞留剩余油富集区，在开发多年的老井网及井区内获得“新”的油气流，该技术与打调整井、更新井相比，不仅可节约操作成本，而且可提高区块的最终采收率。但是钻塞工艺却成为了侧钻井实施常规措施的技术瓶颈，严重影响了油井各种工艺技术正常实施。目前，钻水泥塞通常有以下方法:(I)旋转钻进:采用旋转钻进且吃入量较大的特殊钻具完成的，需施加和控制钻压，存在作业成本高、易卡阻、套管和钻具易损坏等问题，有时还因钻具部件或碎片落井等而被迫进行打捞作业，在小尺寸井眼中，这些问题更为突出，不适用于侧钻井作业；(2)螺杆钻具:作业现场钻塞主要以螺杆钻具为主，但是机械钻速低一直是困扰作业钻塞施工的一大难题，随着开发时间的延长，受井况不断恶化、检测手段落后等因素影响，严重影响了施工效率。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种用于解决侧钻井技术中机械钻速慢、破岩效率低、钻井成本高等问题的侧钻井高压水射流钻塞钻头。实现上述目的的技术方案是:一种侧钻井高压水射流钻塞钻头，包括相互连接的钻头基体和钻头中心体，其特征在于:钻头中心体的周围均匀设置若干钻头侧翼，相邻两个钻头侧翼之间设置排屑槽，钻头侧翼的外侧表面设置保径齿，钻头侧翼的底面设置切削齿，钻头侧翼的底面还设置喷嘴连通钻头基体内部空腔，空腔内设置内螺纹。使用时，钻头基体的内螺纹与钻柱相配合，高压水从喷嘴喷出压降能够达到20MPa,流体流速为216.56m/s,在此条件下，足以在水泥塞表面产生裂纹降低抗压强度，随后钻头吃入抗压强度降低、表面产生裂纹的地层中，并在钻头扭矩的作用下使岩石内部发生破碎，脱离岩石基体，形成岩屑，从而达到快速破岩、提高钻速的目的。钻头侧翼可以根据需要设置2-8个。其中优选方案是:所述的钻头中心体均匀设置4个钻头侧翼，每个钻头侧翼设置喷嘴。4个钻头的分布力矩最合理。所述的喷嘴为直筒型结构，喷嘴长度与喷嘴内径之比为5，喷嘴内径为4_6mm。所述的喷嘴与钻头中心线呈4° -V。所述的保径齿布置在钻头侧翼的外侧，在钻头侧翼的下部均匀布置3个保径齿，所述的保径齿和切削齿为硬质合金球形齿。保证钻孔的直径和磨削效果。本实用新型的有益效果是:经过整体优化设计，在钻头上布置了四个高压喷嘴，射流在切割岩石时，为刀具在岩石上切出自由面；射流进入刀具在岩石上开出的裂纹，并沿岩石的晶界面穿透，帮助扩展裂隙直至成碎块；钻头侧翼上的硬质合金球形齿呈锥形布置，在低压和低扭矩的作用下以挤压的方式破碎井底形成岩石环脊。岩石环脊释放了原有的应力，使得沿切削作用方向的“压持效应”消失，岩石的强度降低，进而可以产生岩石体积破碎。本实用新型结构简单，破岩效率高，工作寿命长，可以完全匹配到侧钻井钻塞钻井技术中，该钻头可以大幅度提高了能量的利用率，其钻井速度是常规钻井的1.5-2倍。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为侧钻井闻压水射流钻塞钻头俯视图；其中:1、钻头基体 2、钻头中心体 3、钻头侧翼 4、保径齿 5、切削齿
6、喷嘴 7、内螺纹 8、排屑槽。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。实施例1:如图1、图2所示，侧钻井高研水射流钻塞钻头，包括钻头基体1，钻头中心体2、钻头侧翼3、保径齿4、切削齿5、喷嘴6、内螺纹7和排屑槽8。上部为钻头基体1，下部接钻头中心体2，在钻头中心体2的四周分别设置2-8个钻头侧翼3。各个钻头侧翼3之间设置排屑槽8，保径齿4分布在钻头侧翼3的外侧表面，切削齿5分布在钻头侧翼3底面上。钻头侧翼3的底面还设置喷嘴6连通钻头基体I内部空腔，空腔内设置内螺纹7。喷嘴6为直筒型结构，喷嘴6长度与喷嘴6内径之比为5，喷嘴6内径为4_6mm。喷嘴6与钻头中心线呈4° -V。实施例2:在实施例1的基础上，钻头侧翼3优选为4个。喷嘴6为直筒形结构，喷嘴6长度与直径比为5，喷嘴长度为25mm，喷嘴6共有四个，在四个钻头侧翼3的底部各有一个喷嘴6，安装在钻头侧翼3上的喷嘴6与钻头中心线呈6°布置，喷嘴6出口直径为5mm，钻头侧翼之间有4个排屑槽8 ;保径齿4布置在4个钻头侧翼3的外面，在钻头侧翼3的下部均匀布置3个保径齿，四个钻头侧翼共布置12个保径齿，硬质合金球形齿分布在钻头侧翼3的底部，钻头侧翼布置8个齿。使用过程或者工作原理:在破碎岩石时，当外来流体经过地面管汇、钻柱内到达钻头内腔，流量达到17L/S时，流体经喷嘴6喷出时压降能够达到20MPa，流体流速为216.56m/s，在此条件下，高压喷嘴加压率先冲击岩石，岩石在射流的打击作用下，打击接触区边界周围产生拉应力；打击产生的压应力虽然达不到岩石的抗压强度，但在水泥中形成裂纹。水射流将进入裂纹空间，在水楔作用下，裂隙尖端产生拉应力集中，使裂隙迅速发展和扩大，随后钻头吃入抗压强度降低、表面产生裂纹的地层中，并在钻头扭矩的作用下使岩石内部发生破碎，脱离岩石基体，形成岩屑，从而达到快速破岩、提高钻速的目的。以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴，应由各权利要求所限定。
权利要求1.一种侧钻井高压水射流钻塞钻头，包括相互连接的钻头基体(I)和钻头中心体(2)，其特征在于:钻头中心体(2)的周围均匀设置若干钻头侧翼(3)，相邻两个钻头侧翼(3)之间设置排屑槽(8)，钻头侧翼(3)的外侧表面设置保径齿(4)，钻头侧翼(3)的底面设置切削齿(5)，钻头侧翼(3)的底面还设置喷嘴(6)连通钻头基体(I)内部空腔，空腔内设置内螺纹(7)。
2.根据权利要求1所述的侧钻井高压水射流钻塞钻头，其特征在于:所述的钻头中心体(2 )均匀设置4个钻头侧翼，每个钻头侧翼(3 )设置喷嘴(6 )。
3.根据权利要求1或2所述的侧钻井高压水射流钻塞钻头，其特征在于:所述的喷嘴(6)为直筒型结构，喷嘴长度与喷嘴内径之比为5，喷嘴内径为4-6mm。
4.根据权利要求1或2所述的侧钻井高压水射流钻塞钻头，其特征在于:所述的喷嘴(6)与钻头中心线呈4° -7°。
5.根据权利要求1所述的侧钻井高压水射流钻塞钻头，其特征在于:所述的保径齿(4)布置在钻头侧翼(3)的外侧，在钻头侧翼(3)的下部均匀布置3个保径齿，所述的保径齿(4)和切削齿(5)为硬质合金球形齿。
专利摘要本实用新型公开了一种侧钻井高压水射流钻塞钻头，利用高压水射流在水泥试件和地层中产生大直径喷孔，从而完成侧钻井作业。包括相互连接的钻头基体(1)和钻头中心体(2)，其特征在于钻头中心体(2)的周围均匀设置若干钻头侧翼(3)，相邻两个钻头侧翼(3)之间设置排屑槽(8)，钻头侧翼(3)的外侧表面设置保径齿(4)，钻头侧翼(3)的底面设置切削齿(5)，钻头侧翼(3)的底面还设置喷嘴(6)连通钻头基体(1)内部空腔，空腔内设置内螺纹(7)。本实用新型结构简单，破岩效率高，工作寿命长，可以完全匹配到侧钻井钻塞钻井技术中，该钻头可以大幅度提高了能量的利用率，其钻井速度是常规钻井的1倍以上。
文档编号E21B10/61GK203022637SQ20122071575
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者石超, 杨来武, 信维刚, 徐依吉, 杨洋洋, 郭文卿, 吴琪, 朱小宝, 万夫磊 申请人:中国石油大学(华东)