带有脉动发生腔的钻头.pdf

一种带有脉动发生腔的钻头，包括钻头本体，所述钻头本体上部为螺纹连接段，内部设置有积水腔和脉动发生腔，积水腔的底部与喷嘴流道相通，脉动发生腔内放有绕流振荡体；脉动发生腔位于积水腔之上，其入口流道的入口位于钻头本体的上端面，其出口流道与积水腔连接。此种钻头给所有单一的机械式破岩钻头增加了两种特殊的功能，一是在切削时增加了周期性的冲击力，二是将钻头喷嘴的持续射流转化成脉冲射流进行水力破岩，以此提高钻头的破岩力度。

1、  一种带有脉动发生腔的钻头，包括钻头本体(6)，钻头本体上部为螺纹连接段(2)，钻头本体内设置有积水腔(7)，积水腔的底部与喷嘴流道(8)相通，其特征在于钻头本体内还设置有脉动发生腔(3)，脉动发生腔内放有绕流振荡体(4)，脉动发生腔位于积水腔(7)之上，其入口流道(1)的入口位于钻头本体的上端面，其出口流道(5)与积水腔(7)连接。

2、  根据权利要求1所述的带有脉动发生腔的钻头，其特征在于脉动发生腔(3)为圆柱形腔体。

3、  根据权利要求2所述的带有脉动发生腔的钻头，其特征在于圆柱形腔体的中心线与钻头本体(6)的中心线平行且相隔一间距。

4、  根据权利要求1所述的带有脉动发生腔的钻头，其特征在于脉动发生腔(3)为圆球形腔体。

5、  根据权利要求4所述的带有脉动发生腔的钻头，其特征在于圆球形腔体的中心线与钻头本体(6)的中心线平行且相隔一间距。

6、  根据权利要求1所述的带有脉动发生腔的钻头，其特征在于脉动发生腔(3)为半圆球与等直径的圆柱组合形成的腔体。

7、  根据权利要求6所述的带有脉动发生腔的钻头，其特征在于半圆球与等直径的圆柱组合形成的腔体的中心线与钻头本体(6)的中心线平行且相隔一间距。

8、  根据权利要求1至7中任一权利要求所述的带有脉动发生腔的钻头，其特征在于入口流道(1)为锥形流道，出口流道(5)为弧形流道，入口流道和出口流道与脉动发生腔(3)的接口位于脉动发生腔的同一侧。

带有脉动发生腔的钻头
技术领域
本发明属于钻探工具，特别涉及一种石油、天然气开采及其它地质钻探使用的钻头。
背景技术
在进行岩石坡碎时，钻头的性能无疑是影响破碎效率的最直接原因。石油钻井中，现有的通用钻头有两种，一种称为三牙轮钻头，另一种称为PDC钻头。三牙轮钻头是通过三个牙轮进行岩石切削，PDC钻头是利用螺旋状刀翼切削岩石。两种钻头都只有一个的积水腔室，在积水腔室底部连接多个喷嘴通道，其水力学的基本原理都是利用喷嘴产生的高速射流清洗井底岩屑，因而破岩力度较低，钻井效率不高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种带有脉动发生腔的钻头，以提高钻头的破岩力度和钻井效率。
本发明的技术方案：在钻头本体内增设脉动发生腔，在脉动发生腔内放置绕流振荡体，流体由入口流道进入脉动发生腔，自身在脉动发生腔中旋转会产生自激振荡，同时带动绕流振荡体高速旋转，产生周期性的冲击力，从而使绕流振荡体与脉动发生腔均成为振源，绕流振荡体产生的周期性冲击力及脉动发生腔与绕流振荡体共同作用形成的高频脉动流体可大大提高钻头的破岩力度和钻井效率。
本发明所述带有脉动发生腔的钻头，包括钻头本体，所述钻头本体上部为螺纹连接段，内部设置有积水腔和脉动发生腔，积水腔的底部与喷嘴流道相通，脉动发生腔内放有绕流振荡体；脉动发生腔位于积水腔之上，其入口流道的入口位于钻头本体的上端面，其出口流道与积水腔连接。
上述脉动发生腔的形状有多种，或为圆柱形腔体，或为圆球形腔体，或为半圆球与等直径的圆柱组合形成的腔体。脉动发生腔的中心线既可与钻头本体的中心线重合，也可与钻头本体的中心线平行且相隔一间距，但从提高激励效果的角度考虑，其中心线与钻头本体的中心线平行且相隔一间距更好。
上述绕流振荡体为圆球体或椭球体或圆柱体。
入口流道设计为锥形流道，出口流道设计为弧形流道，两流道与脉动发生腔的接口位于该腔体的同一侧，可提高激励效果。
本发明具有以下有益效果：
1、给所有单一的机械式破岩钻头增加了两种特殊的功能，一是在切削时增加了周期性的冲击力，二是将钻头喷嘴的持续射流转化成脉冲射流进行水力破岩，以此提高钻头的破岩力度。
2、脉动发生腔的激励与绕流振荡体给予的机械式阻断产生的激励共同作用，因此所形成的高频脉动流体可大大提高钻头钻井的效率。
3、本发明所述脉动发生腔可靠性高，稳定性好，不容易产生失效现象。
4、结构简单，易于制作。
附图说明
图1是本发明所述带有脉动发生腔的钻头的一种结构图；
图2是本发明所述带有脉动发生腔的钻头的另一种结构图；
图3是图1的A-A剖面图或图2的B-B剖面图，该图表示出了脉动腔发生腔的一种形状；
图4是图1的A-A剖面图或图2的B-B剖面图，该图表示出了脉动腔发生腔的另一种形状；
图5是图1的A-A剖面图或图2的B-B剖面图，该图表示出了脉动腔发生腔的又一种形状。
图中，1-入口流道、2-螺纹连接段、3-脉动发生腔、4-绕流振荡体、5-出口流道、6-钻头本体、7-积水腔、8-喷嘴流道、9-金刚石牙齿。
具体实施方式
实施例1
本实施例中，所述带有脉动发生腔的钻头是对现有PDC钻头的一种改进，其结构如图1、图4所示，钻头本体6采用铸造方法生产，材料为耐磨铸钢或铸铁，其上部为螺纹连接段2，钻头本体6内设置有积水腔7和脉动发生腔3，积水腔的底部与喷嘴流道8相通，脉动发生腔内放有圆球形绕流振荡体4；脉动发生腔3为半圆球与等直径的圆柱组合形成的腔体(如图4所示)，所述半圆球与等直径的圆柱组合形成的腔体的中心线与钻头本体6的中心线平行且左移一间距；脉动发生腔3位于积水腔7之上，其入口流道1为锥形流道，其出口流道5为弧形流道，入口流道和出口流道与脉动发生腔3的接口位于脉动发生腔的右侧，入口流道1的入口位于钻头本体的上端面，出口流道5与积水腔7连接。流体通过入口流道从脉动发生腔的切线方向进入腔内，旋转流动后从脉动发生腔的切线方向进入出口流道。
实施例2
本实施例中，所述带有脉动发生腔的钻头是对现有三牙轮钻头的一种改进，其结构如图2、图5所示，钻头本体6采用铸造方法生产，材料为耐磨铸钢或铸铁，其上部为螺纹连接段2，钻头本体6内设置有积水腔7和脉动发生腔3，积水腔的底部与喷嘴流道8相通，脉动发生腔内放有圆球形绕流振荡体4；脉动发生腔3为圆球形腔体(如图5所示)，所述圆球形腔体的中心线与钻头本体6的中心线平行且左移一间距；脉动发生腔3位于积水腔7之上，其入口流道1为锥形流道，其出口流道5为弧形流道，入口流道和出口流道与脉动发生腔3的接口位于脉动发生腔的右侧，入口流道1的入口位于钻头本体的上端面，出口流道5与积水腔7连接。流体通过入口流道从脉动发生腔的切线方向进入腔内，旋转流动后从脉动发生腔的切线方向进入出口流道。
本发明不限于上述实施例，例如：脉动发生腔3还可以是图3所述的形状；脉动发生腔3的中心线与钻头本体6的中心线平行但右移一间距，入口流道和出口流道与脉动发生腔3的接口位于脉动发生腔的左侧。