专利名称：地勘牙轮钻头的中心喷嘴的制作方法
技术领域：
本实用新型属于钻探工程技术中提高钻头碎岩效率的工具，特别是地勘牙轮钻头的喷嘴。
牙轮钻头广泛用于石油钻井和地质勘探钻孔。为了保证在钻进中冷却钻头和及时清洗并排除井底碎岩所产生的钻屑，在牙轮钻头上装有喷嘴。石油钻井用牙轮钻头直径较大，可以安装数个侧位(向)喷嘴，使钻井液喷射到井底预定位置。石油钻井牙轮钻头靠加长喷嘴使射流出口更接近井底，以增强对井底的冲击力；靠喷嘴的不对称布置并倾斜钻头轴线安装，使井底压力分布不均匀，来提高井底漫流速度，加强清洗钻屑效果；靠加装钻头中心喷嘴来消除井底中心难以清洗的“死区”。地勘牙轮钻头直径较小，不可能安装侧位喷嘴，只能安装中心喷嘴。例如，苏联专利SU－1416653公开了一种牙轮钻头的中心喷嘴，喷嘴为一短圆柱体，在圆柱体上开有两个倾斜水眼，钻井液从水眼中流向偏离牙轮锥尖的牙轮表面。这种结构的喷嘴无法做成能量转换效率高的喷射器，只能靠钻头体上部分的中心大圆柱形孔和喷嘴上的两个小水眼形成射流的喷射器，因此存在着能量转换效率低，冲洗液压力能损失大的缺点。另外，由于水眼倾斜布置，井底中心没有射流，因此该处成为井底难以冲洗的“死区”，钻屑会在此堆积，影响钻头碎岩效率。该喷咀还与钻头体焊接安装，故安装麻烦，不能更换。
本实用新型的目的是提供一种具有高清洗效率、并且结构简单的喷嘴。它既具有现有牙轮钻头喷嘴的优点，同时又克服了现有牙轮钻头喷嘴的不足。
实现本实用新型的技术方案是一种地勘牙轮钻头的中心喷嘴，它具有一个喷射器和与喷射器为一体的加长喷射管，在加长喷射管出口处的内壁圆周上不对称设置1～6个斜向沟槽。
按照本实用新型，泵送的冲洗液通过钻杆到达牙轮钻头的中心喷嘴，经过喷射器形成高速射流，沿加长喷射管及其出口处的不对称沟槽向井底中心和偏离井底中心的预定位置或牙轮表面喷射。这样，不仅在井底形成侧向射流，而且中心也有射流，这就使得井底碎屑受射流冲洗的面积加大，井底压力不平衡增强，横向漫流速度提高，更容易把岩屑冲离井底，从而保证钻头齿不断吃入井底新鲜岩石面，提高钻井碎岩效率。
本实用新型喷嘴的喷射器采用能量转换效率高的结构形式，如“等变速曲线形”、“椭圆形”、“圆弧形”、“流线形”、“锥形”等等，其冲洗液的压力能损失小，射流冲击能量高。由于钻头喷嘴有中心射流，因此井底中心不存在难以清洗的死区。喷嘴的加长喷射管使得射流出口更接近井底，射流束扩散小，等速核更接近井底碎屑“垫层”，射流冲击力清洗作用增强。在加长喷射嘴管出口处的内壁上设置的数个沟槽，所起到的作用就相当于在牙轮钻头上安装数个侧位(向)喷嘴。沟槽轴线与喷咀轴线形成空间夹角，通过调节这一夹角，可以使侧向射流束喷射到预定的井底某一位置或牙轮表面上的某一位置。沟槽不对称设置，一方面使孔底液流压力不平衡，有利于提高井底漫流速度，加强清洗钻屑效果；另一方面，由于不对称沟槽的作用，中心射流束偏离牙轮锥尖，减少了对牙轮体的冲蚀。
采用这种结构的喷嘴，牙轮钻头只需安装一个中心喷嘴，就可以获得安装一个中心喷嘴和数个侧位(向)喷嘴所达到的井底清洗效果，因此它不但减少了喷嘴的数量，而且解决了地勘牙轮钻头因不能安装数个侧位(向)喷嘴而影响井底冲洗效果的难题。另外，该喷嘴结构简单，只是一个单件，因此，其加工、安装、更换都非常方便。
附图为本实用新型的中心喷嘴的结构图；本实用新型的实施例在附图中，中心喷嘴1包括流道形状为等变速曲线的喷射器2和与喷射器为一体的圆柱形加长喷射管3。喷射器2的流道形状除等变速曲线外，还可以是椭圆形、圆弧形、流线形、双圆弧线形、锥形等等。加长喷射管3的长度，以尽可能地把射流引至距孔底最近距离为佳。在喷射管3的出口处，沿内壁圆周不均匀分布(即不对称)设置2个斜向三角形沟槽4，沟槽4的数量可为1～6个，根据钻头的牙轮数量确定。沟槽4的轴线与喷嘴轴线(也即钻头轴线)的夹角α可为0°～90°。在实例中的2个沟槽夹角α均为30°。喷嘴的外形如图1所示为锥形，其与牙轮钻头的中心锥孔相适应，安装时正向打入，即可靠锥面摩擦角自锁固定，折卸时反向打出即可，故安装与更换非常方便。喷嘴采用硬质合金材料制造，也可采用合金结构钢或其它材料制造。
本实用新型不限于上述一种实施例，沟槽4的形状还可以是曲线形槽(如圆弧槽、椭圆槽)、四边形槽(如矩形槽、梯形槽)；各个沟槽4的轴线与喷咀轴线的夹角还可以各不相同，以使其分别将侧向射流束引向井底和牙轮表面的不同预定位置；各个沟槽的截面尺寸还可以不相等。这些结构都能实现沟槽以及射流的不对称，加强井底压力不平衡，提高井底漫流流速，从而最终达到提高清洗井底钻屑效果的目的。
权利要求1.一种地勘牙轮钻头的中心喷嘴，喷嘴具有喷射高速射流的喷射器(2)和与喷射器为一体的加长喷射管(3)，其特征在于在加长喷射管出口处沿内壁圆周上不均匀分布设置有1至6个斜向沟槽(4)。
2.根据权利要求1所述的中心喷嘴，其特征在于沟槽(4)为三角形槽。
3.根据权利要求1所述的中心喷嘴，其特征在于沟槽(4)为曲线形槽。
4.根据权利要求1所述的中心喷嘴，其特征在于沟槽(4)为四边形槽。
5.根据权利要求2至4中任一项权利要求所述的中心喷嘴，其特征在于沟槽(4)的轴线与喷嘴轴线的夹角为0°至90°，且各沟槽夹角可相同，也可不相同。
6.根据权利要求2至4中任一项权利要求所述的中心喷嘴，其特征在于各沟槽(4)的截面尺寸可相等，也可不相等。
专利摘要一种地勘牙轮钻头的中心喷嘴，它属于钻探工程技术中提高钻头碎岩效率的工具。它具有喷射高速射流的喷射器和与喷射器为一体的加长喷射管，在加长喷射管的出口处的内壁圆周上不对称设置数个沟槽。采用这种结构的喷嘴，牙轮钻头只需安装一个中心喷嘴，即可以获得安装数个喷嘴(中心和侧位)所能达到的清洗井底的效果，因此它减少了喷嘴的数量，解决了小直径地勘牙轮钻头因不能安装多个喷嘴而影响钻头碎岩效率的难题。
文档编号E21B10/18GK2212066SQ9422993
公开日1995年11月8日 申请日期1994年12月1日 优先权日1994年12月1日
发明者李山 申请人:地质矿产部探矿工艺研究所