專利名稱：地勘牙輪鉆頭的中心噴嘴的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于鉆探工程技術中提高鉆頭碎巖效率的工具，特別是地勘牙輪鉆頭的噴嘴。
牙輪鉆頭廣泛用于石油鉆井和地質勘探鉆孔。為了保證在鉆進中冷卻鉆頭和及時清洗并排除井底碎巖所產生的鉆屑，在牙輪鉆頭上裝有噴嘴。石油鉆井用牙輪鉆頭直徑較大，可以安裝數個側位(向)噴嘴，使鉆井液噴射到井底預定位置。石油鉆井牙輪鉆頭靠加長噴嘴使射流出口更接近井底，以增強對井底的沖擊力；靠噴嘴的不對稱布置并傾斜鉆頭軸線安裝，使井底壓力分布不均勻，來提高井底漫流速度，加強清洗鉆屑效果；靠加裝鉆頭中心噴嘴來消除井底中心難以清洗的“死區”。地勘牙輪鉆頭直徑較小，不可能安裝側位噴嘴，只能安裝中心噴嘴。例如，蘇聯專利SU－1416653公開了一種牙輪鉆頭的中心噴嘴，噴嘴為一短圓柱體，在圓柱體上開有兩個傾斜水眼，鉆井液從水眼中流向偏離牙輪錐尖的牙輪表面。這種結構的噴嘴無法做成能量轉換效率高的噴射器，只能靠鉆頭體上部分的中心大圓柱形孔和噴嘴上的兩個小水眼形成射流的噴射器，因此存在著能量轉換效率低，沖洗液壓力能損失大的缺點。另外，由于水眼傾斜布置，井底中心沒有射流，因此該處成為井底難以沖洗的“死區”，鉆屑會在此堆積，影響鉆頭碎巖效率。該噴咀還與鉆頭體焊接安裝，故安裝麻煩，不能更換。
本實用新型的目的是提供一種具有高清洗效率、并且結構簡單的噴嘴。它既具有現有牙輪鉆頭噴嘴的優點，同時又克服了現有牙輪鉆頭噴嘴的不足。
實現本實用新型的技術方案是一種地勘牙輪鉆頭的中心噴嘴，它具有一個噴射器和與噴射器為一體的加長噴射管，在加長噴射管出口處的內壁圓周上不對稱設置1～6個斜向溝槽。
按照本實用新型，泵送的沖洗液通過鉆桿到達牙輪鉆頭的中心噴嘴，經過噴射器形成高速射流，沿加長噴射管及其出口處的不對稱溝槽向井底中心和偏離井底中心的預定位置或牙輪表面噴射。這樣，不僅在井底形成側向射流，而且中心也有射流，這就使得井底碎屑受射流沖洗的面積加大，井底壓力不平衡增強，橫向漫流速度提高，更容易把巖屑沖離井底，從而保證鉆頭齒不斷吃入井底新鮮巖石面，提高鉆井碎巖效率。
本實用新型噴嘴的噴射器采用能量轉換效率高的結構形式，如“等變速曲線形”、“橢圓形”、“圓弧形”、“流線形”、“錐形”等等，其沖洗液的壓力能損失小，射流沖擊能量高。由于鉆頭噴嘴有中心射流，因此井底中心不存在難以清洗的死區。噴嘴的加長噴射管使得射流出口更接近井底，射流束擴散小，等速核更接近井底碎屑“墊層”，射流沖擊力清洗作用增強。在加長噴射嘴管出口處的內壁上設置的數個溝槽，所起到的作用就相當于在牙輪鉆頭上安裝數個側位(向)噴嘴。溝槽軸線與噴咀軸線形成空間夾角，通過調節這一夾角，可以使側向射流束噴射到預定的井底某一位置或牙輪表面上的某一位置。溝槽不對稱設置，一方面使孔底液流壓力不平衡，有利于提高井底漫流速度，加強清洗鉆屑效果；另一方面，由于不對稱溝槽的作用，中心射流束偏離牙輪錐尖，減少了對牙輪體的沖蝕。
采用這種結構的噴嘴，牙輪鉆頭只需安裝一個中心噴嘴，就可以獲得安裝一個中心噴嘴和數個側位(向)噴嘴所達到的井底清洗效果，因此它不但減少了噴嘴的數量，而且解決了地勘牙輪鉆頭因不能安裝數個側位(向)噴嘴而影響井底沖洗效果的難題。另外，該噴嘴結構簡單，只是一個單件，因此，其加工、安裝、更換都非常方便。
附圖為本實用新型的中心噴嘴的結構圖；本實用新型的實施例在附圖中，中心噴嘴1包括流道形狀為等變速曲線的噴射器2和與噴射器為一體的圓柱形加長噴射管3。噴射器2的流道形狀除等變速曲線外，還可以是橢圓形、圓弧形、流線形、雙圓弧線形、錐形等等。加長噴射管3的長度，以盡可能地把射流引至距孔底最近距離為佳。在噴射管3的出口處，沿內壁圓周不均勻分布(即不對稱)設置2個斜向三角形溝槽4，溝槽4的數量可為1～6個，根據鉆頭的牙輪數量確定。溝槽4的軸線與噴嘴軸線(也即鉆頭軸線)的夾角α可為0°～90°。在實例中的2個溝槽夾角α均為30°。噴嘴的外形如圖1所示為錐形，其與牙輪鉆頭的中心錐孔相適應，安裝時正向打入，即可靠錐面摩擦角自鎖固定，折卸時反向打出即可，故安裝與更換非常方便。噴嘴采用硬質合金材料制造，也可采用合金結構鋼或其它材料制造。
本實用新型不限于上述一種實施例，溝槽4的形狀還可以是曲線形槽(如圓弧槽、橢圓槽)、四邊形槽(如矩形槽、梯形槽)；各個溝槽4的軸線與噴咀軸線的夾角還可以各不相同，以使其分別將側向射流束引向井底和牙輪表面的不同預定位置；各個溝槽的截面尺寸還可以不相等。這些結構都能實現溝槽以及射流的不對稱，加強井底壓力不平衡，提高井底漫流流速，從而最終達到提高清洗井底鉆屑效果的目的。
權利要求1.一種地勘牙輪鉆頭的中心噴嘴，噴嘴具有噴射高速射流的噴射器(2)和與噴射器為一體的加長噴射管(3)，其特征在于在加長噴射管出口處沿內壁圓周上不均勻分布設置有1至6個斜向溝槽(4)。
2.根據權利要求1所述的中心噴嘴，其特征在于溝槽(4)為三角形槽。
3.根據權利要求1所述的中心噴嘴，其特征在于溝槽(4)為曲線形槽。
4.根據權利要求1所述的中心噴嘴，其特征在于溝槽(4)為四邊形槽。
5.根據權利要求2至4中任一項權利要求所述的中心噴嘴，其特征在于溝槽(4)的軸線與噴嘴軸線的夾角為0°至90°，且各溝槽夾角可相同，也可不相同。
6.根據權利要求2至4中任一項權利要求所述的中心噴嘴，其特征在于各溝槽(4)的截面尺寸可相等，也可不相等。
專利摘要一種地勘牙輪鉆頭的中心噴嘴，它屬于鉆探工程技術中提高鉆頭碎巖效率的工具。它具有噴射高速射流的噴射器和與噴射器為一體的加長噴射管，在加長噴射管的出口處的內壁圓周上不對稱設置數個溝槽。采用這種結構的噴嘴，牙輪鉆頭只需安裝一個中心噴嘴，即可以獲得安裝數個噴嘴(中心和側位)所能達到的清洗井底的效果，因此它減少了噴嘴的數量，解決了小直徑地勘牙輪鉆頭因不能安裝多個噴嘴而影響鉆頭碎巖效率的難題。
文檔編號E21B10/18GK2212066SQ9422993
公開日1995年11月8日 申請日期1994年12月1日 優先權日1994年12月1日
發明者李山 申請人:地質礦產部探礦工藝研究所