一种油田钻井用长喷嘴合金钻头及其使用方法与流程

本发明涉及油田钻井技术领域，具体涉及一种油田钻井用长喷嘴合金钻头及其使用方法。

背景技术：

在油田钻井领域中，普通喷嘴合金钻头的喷嘴长短一致，在钻进中利用钻井液通过喷射式钻头喷嘴时，所产生的高速射流水力破岩及清岩作用，提高机械钻速，冷却钻头。而现有普通喷嘴合金钻头存在：普通喷嘴合金钻头射流出喷嘴后，钻井泥浆液固双相流的冲蚀，水力喷射处于喷射的扩散区，高压区和低压区不明显，钻头处存在重复破碎，削弱了漫流对井底岩屑的横扫作用，水力效应没有完全发挥、水力能量有所损失，局部漩涡对合金钻头冲蚀严重，在快速钻进中易泥包钻头，严重影响钻进效率和合金钻头的使用寿命。

专利文件（201410552935.0）公开了一种油田钻井用长喷嘴合金钻头，该油田钻井用长喷嘴合金钻头用甲喷嘴、乙喷嘴、丙喷嘴以及丁喷嘴在主体上面，甲喷嘴在主体上面i象限内，乙喷嘴在主体上面ii象限内，丙喷嘴在主体上面iii象限内，丁喷嘴在主体上面iv象限内，甲喷嘴和丙喷嘴高出主体上面55毫米，乙喷嘴和丁喷嘴高出主体上面35毫米的结构。利用长短喷嘴不对称组合，高压区和低压区相对集中，极大地提高了射流到达井底的水力能量，从而提供了一个较好的井底液流场，低压区面积较大，因而清岩效果更好；所产生的井底压力对清岩效果更好，水力破岩作用得到提高。所以说该油田钻井用长喷嘴合金钻头具有提高射流到达井底的水力能量，改善井底流场水力能量分布，增强水力破岩及清岩作用，减少局部漩涡对合金钻头冲蚀的特点。但是该钻头没有设计保证水流高效冲击的结构，同时喷嘴的长度无法调节，无法根据需要保证对石块的冲击以及对牙轮的降温，同时牙轮长期使用容易损坏，如何保证对牙轮的有效降温也是待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种油田钻井用长喷嘴合金钻头。本发明一方面可以提升水流在钻头主流道的流速，水流将井内的石块冲碎；另一方面可对牙轮本体进行降温，保证牙轮本体的使用寿命。

本发明还提供一种上述钻头的使用方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种油田钻井用长喷嘴合金钻头，包括钻头本体，所述钻头本体上设置有三个牙轮本体，所述钻头本体上设置有三个喷嘴座，所述喷嘴座上设置有第一喷嘴，所述第一喷嘴上设置有第二喷嘴，所述钻头本体内设置有三个钻头内流道，三个钻头内流道与三个喷嘴座一一对应，所述钻头内流道与喷嘴座相连通，所述钻头本体内设置有钻头主流道，三个钻头内流道均连通钻头主流道；

所述钻头主流道内设置有活塞杆、活塞，所述活塞安装于活塞杆一端，所述活塞上安装有三个密封圈，所述钻头本体上开设有三个污泥通道；

所述牙轮本体上设置有若干第一吸湿孔、若干第二吸湿孔，所述牙轮本体内设置有第一环管、第二环管，若干第一吸湿孔均连通第一环管，若干第二吸湿孔均连通第二环管，所述第一环管、第二环管上均开设有排气孔，所述第一环管、第二环管上均安装有衔接气管，两个衔接气管与两个排气孔一一对应，所述衔接气管与排气孔相连通，所述第一环管、第二环管内均设置有配重球，所述配重球上安装有导柱，所述导柱远离配重球一端通过钢丝绳连接浮球，所述浮球设置于衔接水管内，两个衔接水管分别与第一环管、第二环管相连通，所述牙轮本体内设置有排气管、排水管。

进一步的，三个牙轮本体等弧度安装于钻头本体上，所述牙轮本体上安装有若干楔形合金齿，所述牙轮本体与钻头本体之间设置有两个锁紧钢球。

进一步的，三个喷嘴座等弧度安装于钻头本体上，所述第一喷嘴内设置有喷嘴流道，所述喷嘴流道两端均连通第一喷嘴，所述第二喷嘴螺纹连接喷嘴流道，所述喷嘴流道与第二喷嘴相连通。

进一步的，所述活塞杆滑动安装于钻头主流道内，所述活塞杆内设置有一级进水通道，所述一级进水通道两端贯穿活塞杆，所述一级进水通道内设置有单向阀，所述活塞内设置有二级进水通道，所述二级进水通道两端均贯穿活塞，所述一级进水通道与二级进水通道相连通，三个密封圈等间距安装于活塞外圈，所述钻头主流道内设置有两个伸缩弹簧，两个伸缩弹簧对称设置于钻头主流道内腔两侧，所述伸缩弹簧安装于连接座上，所述连接座固定连接钻头主流道内壁，所述伸缩弹簧与活塞相连接。

进一步的，三个污泥通道等弧度安装于钻头本体上，若干第一吸湿孔等弧度开设于牙轮本体上。

进一步的，第二吸湿孔等弧度开设于牙轮本体上，所述第一环管的直径小于第二环管的直径，所述第一环管、第二环管内壁均设置有吸水棉。

进一步的，第二吸湿孔等弧度开设于牙轮本体上，所述第一环管的直径小于第二环管的直径，所述第一环管、第二环管内壁均设置有吸水棉。

进一步的，两个排气孔分别开设于第一环管、第二环管同侧，所述衔接气管、衔接水管分别安装于第二环管两端。

进一步的，所述排气管、排水管对称设置于牙轮本体两侧，两个衔接气管均连通排气管，两个衔接水管均连通排水管，所述排气管、排水管同侧均贯穿牙轮本体。

进一步的，一种油田钻井用长喷嘴合金钻头的使用方法,包括如下步骤：

步骤一：当钻头入井前，旋转第一喷嘴上的第二喷嘴，将第二喷嘴向外旋出，第一喷嘴与第二喷嘴的总长度增加，将钻头放入井中，开启一级进水通道内的单向阀，向钻头主流道内注水，水通过一级进水通道进入二级进水通道内，水而后分别进入三个钻头内流道内，后续钻头主流道内持续的水流向活塞杆一侧冲击，活塞杆受到冲击力的作用下推动活塞，活塞与连接座之间的伸缩弹簧收缩，活塞将水向三个钻头内流道内推动，伸缩弹簧受力之后回弹，将活塞与活塞杆回弹，回弹头之后活塞杆重复之前动作将水向三个钻头内流道内推动，水进入第一喷嘴的喷嘴流道内，喷嘴流道内的水通过第二喷嘴喷出，水流将井内的石块冲碎；

步骤二：当钻头完成入井工作，反向旋转第一喷嘴上的第二喷嘴，将第二喷嘴向内旋入，第一喷嘴与第二喷嘴的总长度减小，将钻头放入井中，牙轮本体上的楔形合金齿对井中的碎石块破碎，第二喷嘴喷出的水对牙轮本体进行降温，牙轮本体上的第一环管通过第一吸湿孔将牙轮本体周围的水分吸收，牙轮本体上的第二环管通过第二吸湿孔将牙轮本体周围的水分吸收，第一环管、第二环管内的水分蒸发对牙轮本体进行降温，第一环管、第二环管内蒸发的水蒸气通过排气孔排出，并通过衔接气管排入排气管内，排气管将蒸发的水蒸气排出，第一环管、第二环管内未蒸发的水蒸气通过衔接水管排入排水管内，并从排水管内排出。

本发明的有益效果：

本发明的一种油田钻井用长喷嘴合金钻头及其使用方法，当钻头入井前，旋转第一喷嘴上的第二喷嘴，将第二喷嘴向外旋出，第一喷嘴与第二喷嘴的总长度增加，将钻头放入井中，开启一级进水通道内的单向阀，向钻头主流道内注水，水通过一级进水通道进入二级进水通道内，水而后分别进入三个钻头内流道内，后续钻头主流道内持续的水流向活塞杆一侧冲击，活塞杆受到冲击力的作用下推动活塞，活塞与连接座之间的伸缩弹簧收缩，活塞将水向三个钻头内流道内推动，伸缩弹簧受力之后回弹，将活塞与活塞杆回弹，回弹头之后活塞杆重复之前动作将水向三个钻头内流道内推动，水进入第一喷嘴的喷嘴流道内，喷嘴流道内的水通过第二喷嘴喷出，水流将井内的石块冲碎，通过以上结构设置，该油田钻井用长喷嘴合金钻头通过活塞杆与活塞的配合设计，在活塞杆内设计一级进水通道，在活塞内设计二级进水通道，使得水流可以通过一级进水通道和二级进水通道，而后配合活动的活塞与活塞杆的设计，可以提升水流在钻头主流道的流速，设计巧妙，通过伸缩弹簧的设计可以将由水流冲击位移的活塞与活塞杆回弹，保证活塞与活塞杆的持续位移，通过三个密封圈的设计，有效保证通过一级进水通道、二级进水通道的水流不会反流；

当钻头完成入井工作，反向旋转第一喷嘴上的第二喷嘴，将第二喷嘴向内旋入，第一喷嘴与第二喷嘴的总长度减小，将钻头放入井中，牙轮本体上的楔形合金齿对井中的碎石块破碎，第二喷嘴喷出的水对牙轮本体进行降温，牙轮本体上的第一环管通过第一吸湿孔将牙轮本体周围的水分吸收，牙轮本体上的第二环管通过第二吸湿孔将牙轮本体周围的水分吸收，第一环管、第二环管内的水分蒸发对牙轮本体进行降温，第一环管、第二环管内蒸发的水蒸气通过排气孔排出，并通过衔接气管排入排气管内，排气管将蒸发的水蒸气排出，第一环管、第二环管内未蒸发的水蒸气通过衔接水管排入排水管内，并从排水管内排出，通过第一喷嘴与第二喷嘴的设计，可以调节第一喷嘴与第二喷嘴的长度，保证可以在钻头入井前将第一喷嘴与第二喷嘴的整体长度加长，第一喷嘴与第二喷嘴构成的长嘴可以与井中的碎石距离更接近，保证水流的冲击强度，同时通过将第一喷嘴和第二喷嘴的整体长度减少，可以对牙轮本体表面进行冲刷降温，通过牙轮本体内第一环管与第二环管的设计，保证牙轮本体可以自身进行降温，保证牙轮本体的使用寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的一种油田钻井用长喷嘴合金钻头的结构示意图；

图2是本发明的剖视图；

图3是本发明牙轮本体的内部结构图；

图4是本发明第二环管的结构示意图；

图5是本发明活塞杆的结构示意图；

图6是本发明第一喷嘴的内部结构图。

图中：1、钻头本体；2、牙轮本体；3、锁紧钢球；4、楔形合金齿；5、喷嘴座；6、第一喷嘴；7、第二喷嘴；8、喷嘴流道；9、钻头内流道；10、钻头主流道；11、活塞杆；12、活塞；13、一级进水通道；14、单向阀；15、二级进水通道；16、密封圈；17、伸缩弹簧；18、连接座；19、污泥通道；20、第一吸湿孔；21、第二吸湿孔；22、第一环管；23、第二环管；24、排气孔；25、衔接气管；26、配重球；27、导柱；28、浮球；29、衔接水管；30、排气管；31、排水管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6所示，本发明为一种油田钻井用长喷嘴合金钻头，包括钻头本体1，钻头本体1上设置有三个牙轮本体2，钻头本体1上设置有三个喷嘴座5，喷嘴座5上设置有第一喷嘴6，第一喷嘴6上设置有第二喷嘴7，钻头本体1内设置有三个钻头内流道9，三个钻头内流道9与三个喷嘴座5一一对应，钻头内流道9与喷嘴座5相连通，钻头本体1内设置有钻头主流道10，三个钻头内流道9均连通钻头主流道10；

钻头主流道10内设置有活塞杆11、活塞12，活塞12安装于活塞杆11一端，活塞12上安装有三个密封圈16，钻头本体1上开设有三个污泥通道19；

牙轮本体2上设置有若干第一吸湿孔20、若干第二吸湿孔21，牙轮本体2内设置有第一环管22、第二环管23，若干第一吸湿孔20均连通第一环管22，若干第二吸湿孔21均连通第二环管23，第一环管22、第二环管23上均开设有排气孔24，第一环管22、第二环管23上均安装有衔接气管25，两个衔接气管25与两个排气孔24一一对应，衔接气管25与排气孔24相连通，第一环管22、第二环管23内均设置有配重球26，配重球26上安装有导柱27，导柱27远离配重球26一端通过钢丝绳连接浮球28，浮球28设置于衔接水管29内，两个衔接水管29分别与第一环管22、第二环管23相连通，牙轮本体2内设置有排气管30、排水管31。

具体的，三个牙轮本体2等弧度安装于钻头本体1上，牙轮本体2上安装有若干楔形合金齿4，牙轮本体2与钻头本体1之间设置有两个锁紧钢球3。

三个喷嘴座5等弧度安装于钻头本体1上，第一喷嘴6内设置有喷嘴流道8，喷嘴流道8两端均连通第一喷嘴6，第二喷嘴7螺纹连接喷嘴流道8，喷嘴流道8与第二喷嘴7相连通。

活塞杆11滑动安装于钻头主流道10内，活塞杆11内设置有一级进水通道13，一级进水通道13两端贯穿活塞杆11，一级进水通道13内设置有单向阀14，活塞12内设置有二级进水通道15，二级进水通道15两端均贯穿活塞12，一级进水通道13与二级进水通道15相连通，三个密封圈16等间距安装于活塞12外圈，钻头主流道10内设置有两个伸缩弹簧17，两个伸缩弹簧17对称设置于钻头主流道10内腔两侧，伸缩弹簧17安装于连接座18上，连接座18固定连接钻头主流道10内壁，伸缩弹簧17与活塞12相连接。

三个污泥通道19等弧度安装于钻头本体1上，若干第一吸湿孔20等弧度开设于牙轮本体2上。

第二吸湿孔21等弧度开设于牙轮本体2上，第一环管22的直径小于第二环管23的直径，第一环管22、第二环管23内壁均设置有吸水棉。

两个排气孔24分别开设于第一环管22、第二环管23同侧，衔接气管25、衔接水管29分别安装于第二环管23两端。

排气管30、排水管31对称设置于牙轮本体2两侧，两个衔接气管25均连通排气管30，两个衔接水管29均连通排水管31，排气管30、排水管31同侧均贯穿牙轮本体2。

请参阅图1-6所示，本实施例的一种油田钻井用长喷嘴合金钻头的工作过程如下：

步骤一：当钻头入井前，旋转第一喷嘴6上的第二喷嘴7，将第二喷嘴7向外旋出，第一喷嘴6与第二喷嘴7的总长度增加，将钻头放入井中，开启一级进水通道13内的单向阀14，向钻头主流道10内注水，水通过一级进水通道13进入二级进水通道15内，水而后分别进入三个钻头内流道9内，后续钻头主流道10内持续的水流向活塞杆11一侧冲击，活塞杆11受到冲击力的作用下推动活塞12，活塞12与连接座18之间的伸缩弹簧17收缩，活塞12将水向三个钻头内流道9内推动，伸缩弹簧17受力之后回弹，将活塞12与活塞杆11回弹，回弹头之后活塞杆11重复之前动作将水向三个钻头内流道9内推动，水进入第一喷嘴6的喷嘴流道8内，喷嘴流道8内的水通过第二喷嘴7喷出，水流将井内的石块冲碎；

步骤二：当钻头完成入井工作，反向旋转第一喷嘴6上的第二喷嘴7，将第二喷嘴7向内旋入，第一喷嘴6与第二喷嘴7的总长度减小，将钻头放入井中，牙轮本体2上的楔形合金齿4对井中的碎石块破碎，第二喷嘴7喷出的水对牙轮本体2进行降温，牙轮本体2上的第一环管22通过第一吸湿孔20将牙轮本体2周围的水分吸收，牙轮本体2上的第二环管23通过第二吸湿孔21将牙轮本体2周围的水分吸收，第一环管22、第二环管23内的水分蒸发对牙轮本体2进行降温，第一环管22、第二环管23内蒸发的水蒸气通过排气孔24排出，并通过衔接气管25排入排气管30内，排气管30将蒸发的水蒸气排出，第一环管22、第二环管23内未蒸发的水蒸气通过衔接水管29排入排水管31内，并从排水管31内排出。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。