專利名稱：螺旋葉片旋流式流道鉆頭的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種螺旋葉片旋流式流道鉆頭，屬于石油、地質鉆頭裝置領域。
背景技術：
目前鉆頭現用水道全為直筒式水道，在牙輪鉆頭上使用短噴嘴、中長噴嘴、加長噴嘴，但這都是直筒式水道，只是改變了噴射距離。并且，中長噴嘴和加長噴嘴在軟至極軟地層對巖石有破碎作用，而對深井較硬地層的巖石是沒有破碎作用的，而且這兩種噴嘴是使用硬質合金制作的，比較容易斷裂，掉入井底對鉆頭有極大的損傷，影響鉆井的正常工作。公開號為2381764的中國專利公開了一種鉆頭噴嘴，這種噴嘴是實現了使液體旋轉的，原因是本體漏斗形內腔液體流速快，本體與襯套圍繞的環形空間內還有螺旋發生器，所以環形空間很小，內腔的高速液體流會反向將鉆井液中的泥沙吸入環形空間內而將環形空間堵塞，沒有傘狀螺旋射流到達井底，這種設計是形不成螺旋射流的。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是:提供一種結構簡單合理，且可提高破碎效果的螺旋葉片旋流式流道鉆頭。本實用新型為解決其技術問題所采用的技術方案是:所述的螺旋葉片旋流式流道鉆頭，包括鉆頭本體和設置在鉆頭本體上的水道及噴嘴，其特征在于:水道內設置有與水道焊接成一體的螺旋葉片，水道的出水口處安裝有噴嘴。螺旋葉片的設置使水道改變了鉆頭噴嘴的出水形態,使從噴嘴射出的水流是旋轉的，對井底巖石形成剪切力，起到破碎巖石的作用，同時鉆頭噴嘴射出的旋轉水流形成立體的拉伸力，從而改變了井 底流場的形態，能很快將井底清理干凈，減少鉆頭牙齒對巖屑的二次破碎，提高了鉆進速度和鉆頭使用壽命；螺旋葉片焊接在水道內，不改變鉆頭設計形狀，這樣就保證了鉆頭使用的安全性，只是要求鉆頭排量越大越好。所述的螺旋葉片設置為三個，三個螺旋葉片組合的中心在水道的中心線上。結構中心對稱,設計合理,可提高破碎效果。所述的螺旋葉片的材料為鎢鈷硬質合金，且合金成分重量配比為:碳化鎢為92%，鉆為8%。鶴鉆硬質合金可提聞螺旋葉片的使用壽命。所述的噴嘴為可換噴嘴。使用過程中采用可換噴嘴可提高工作效率，提高鉆頭的使用壽命。本實用新型的有益效果是:鉆頭噴出的水形成旋轉水射流，旋轉的水射流與地層巖石形成的夾角對巖石有一個剪切力，這個力在高壓液體流作用下，將巖石從巖體上剝蝕下來，這樣就形成了水力與機械聯合破碎巖石的效果，大幅度提高了機械鉆速；由于旋轉射流自身形成立體的旋轉拉伸力，帶動井底液體形成自轉，這樣就將鉆頭牙齒破碎下來的巖屑很快清洗下來，在水壓的作用下將巖屑帶向地面，減少了鉆頭對巖屑的二次破碎，提高了鉆頭工作效率，同時延長了鉆頭的使用壽命；旋轉射流質點具有三維速度，不存在等速核，最大射流速度不在射流中心，而是存在一個速度最大的環形帶，對井底具有水力破巖和清洗強化作用；在相同排量下，旋轉射流的總的破巖效率卻比普通射流高。
圖1是本實用新型的結構示意圖。圖2是水道的結構放大示意圖。圖3是螺旋葉片組合的結構示意圖。圖中:1、鉆頭本體2、水道3、螺旋葉片4、噴嘴5、螺旋射流水柱。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的實施例做進一步描述:如圖1 圖3所示，本實用新型所述的螺旋葉片旋流式流道鉆頭，包括鉆頭本體I和設置在鉆頭本體I上的水道2及噴嘴4，水道2內設置有與水道2焊接成一體的螺旋葉片3，水道2的出水口處安裝有噴嘴4。螺旋葉片3設置為三個，三個螺旋葉片組合的中心在水道2的中心線上。螺旋葉片3是用硬質合金粉末來整體壓鑄成型的。具體過程為:將碳化鎢和鈷兩種粉末混合24小時，其中，碳化鎢占兩種粉末總重量的92%，鈷占兩種粉末總重量的8%，然后放入石墨磨具中，在熱壓爐內將溫度加升至1280° C同時加壓至0.4Kg/cm2，保溫6分鐘出爐，放入保溫材料中緩冷，再將壓鑄好的螺旋葉片3用鑄造碳化鎢燒結在鉆頭事先加工好的水道2中，并在水道2 的出水口處安裝好噴嘴4。使用時，將鉆頭本體I放入需要破碎的巖層，從噴嘴4中即可噴出螺旋射流水柱5。(一)將按照上述方法制得的鉆頭進行室內破巖試驗: (I)人造砂巖試樣沖蝕實驗以425#型號水泥與石英砂(30-60目)的重量比為1: 3的比例，制備了砂巖試樣，石英砂顆粒硬度很大，巖樣抗壓強度為45MPa。設定排量為160L/min，噴距為28mm，固定泵壓為7MPa，分別用本鉆頭和傳統鉆頭沖蝕試樣4分鐘。本鉆頭的噴嘴壓降為9.0MPa,傳統鉆頭射流噴嘴壓降為7.0MPa0沖蝕效果的對比見表I所示。表I
破碎坑參數
鉆頭類型 ___
直徑(cm) 深度(cm)體積(cm3)-;----
本鉆頭4.71.322.54
~傳統鉆頭LB2Λ4~77由人造砂巖試樣的沖蝕效果對比可以看出:在相同排量下，本鉆頭的沖擊面積約為傳統鉆頭的3倍，破碎坑體積約為傳統鉆頭的5倍，破碎坑深度約為傳統鉆頭的1/2。這說明，本鉆頭破碎時產生的旋轉射流的穿透力比傳統鉆頭產生的直筒式射流若，但總的破巖效率卻比傳統鉆頭高很多。[0026]( 2 )天然砂巖試樣沖蝕實驗在抗壓強度為16MPa的天然砂巖試樣上，設定排量為160L/min，噴距為28mm，固定泵壓為7MPa，分別用本鉆頭和傳統鉆頭沖蝕試樣15秒。沖蝕效果的對比見表2所示。
權利要求1.一種螺旋葉片旋流式流道鉆頭，包括鉆頭本體(I)和設置在鉆頭本體(I)上的水道(2)及噴嘴(4)，其特征在于:水道(2)內設置有與水道(2)焊接成一體的螺旋葉片(3)，水道(2)的出水口處安裝有噴嘴(4)。
2.根據權利要求1所述的螺旋葉片旋流式流道鉆頭，其特征在于:螺旋葉片(3)設置為三個，三個螺旋葉片組合的中心在水道(2 )的中心線上。
3.根據權利要求1或2所述的螺旋葉片旋流式流道鉆頭，其特征在于:螺旋葉片(3)的材料為鎢鈷硬質合金。
4.根據權利要求3所述的螺旋葉片旋流式流道鉆頭，其特征在于:噴嘴(4)為可換噴嘴。
專利摘要本實用新型屬于石油、地質鉆頭裝置領域，特別涉及一種螺旋葉片旋流式流道鉆頭，包括鉆頭本體和設置在鉆頭本體上的水道及噴嘴，水道內設置有與水道焊接成一體的螺旋葉片，水道的出水口處安裝有噴嘴。本實用新型的有益效果是鉆頭噴出的水形成旋轉水射流，旋轉的水射流與地層巖石形成的夾角對巖石有一個剪切力，這個力在高壓液體流作用下，將巖石從巖體上剝蝕下來，這樣就形成了水力與機械聯合破碎巖石的效果，大幅度提高了機械鉆速；由于旋轉射流自身形成立體的旋轉拉伸力，帶動井底液體形成自轉，這樣就將鉆頭牙齒破碎下來的巖屑很快清洗下來，在水壓的作用下將巖屑帶向地面，減少了鉆頭對巖屑的二次破碎，延長了鉆頭的使用壽命。
文檔編號E21B10/60GK203050524SQ20122061077
公開日2013年7月10日 申請日期2012年11月16日 優先權日2012年11月16日
發明者曹剛 申請人:山東國岳金剛石制品有限公司