CN208168805U - 钻头喷嘴和钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种钻头喷嘴，包括喷嘴主体，以及位于喷嘴主体内的通道，和位于喷嘴主体端部且与通道连通的喷嘴出口，喷嘴出口为用于喷射出片状射流的条形出水口。由于该钻头喷嘴中的喷嘴出口为条形出水口(由一个条形孔构成，或者由呈条形分布的多个出水口构成)，从而能够喷射出片状射流。将该钻头喷嘴应用到PDC钻头中时，在钻头径向方向上，覆盖的切削齿的范围广，能够将钻井液均匀地喷射到每个切削齿上，从而能够保证钻头中的切削齿都能够得到良好的冷却效果和排渣效果，同时能够避免钻头喷嘴射流过于集中而冲蚀切削齿，延长钻头的使用寿命。

Description

钻头喷嘴和钻头

技术领域

本实用新型涉及机械设计与制造技术领域，特别涉及一种钻头喷嘴，以及一种设置有该钻头喷嘴的钻头。

背景技术

在石油天燃气钻井勘探工程中，相比牙轮钻头，PDC(Polycrystalline DiamondCompact，聚晶金刚石复合片)钻头具有机械钻速快，寿命长，井尺多的优点，因此得到广泛应用。

现有技术中，常规PDC钻头的喷嘴多为圆形，喷射出的是圆柱状射流，喷射方向比较集中，对射流正对的切削齿进行冷却和排渣的效果最好，对其余的切削齿的冷却和排渣效果不佳。而且，集中喷射的柱状射流还会对齿孔周围产生较大的冲蚀，容易使切削齿脱落。

此外，为保证对所有切削齿都有冷却和排渣效果，常规钻头的喷嘴多布置在钻头刀翼的前端，而钻头刀翼前端上的切削齿切削岩石的体积是最小的，切削齿的发热量也最小，而冷却和排渣的流量是最大的，导致冷却液能量利用率不高。而钻头肩部上的切削齿切削岩石的体积最大，发热量也最大，但此处冷却液的流量却有限，既不能及时地排出此处的岩屑而导致重复破碎，影响钻头的机械钻速，又因冷却不充分，影响切削齿的耐磨性和韧性，导致提前失效，进而影响钻头的使用寿命。

因此，如何保证钻头中的切削齿都能够得到良好的冷却效果和排渣效果，同时避免钻头喷嘴射流过于集中而冲蚀切削齿，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种钻头喷嘴和设置有该钻头喷嘴的钻头，以保证钻头中的切削齿都能够得到良好的冷却效果和排渣效果，同时避免钻头喷嘴射流过于集中而冲蚀切削齿。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种钻头喷嘴，包括喷嘴主体，以及位于所述喷嘴主体内的通道，和位于所述喷嘴主体端部且与所述通道连通的喷嘴出口，所述喷嘴出口为用于喷射出片状射流的条形出水口。

优选地，在上述钻头喷嘴中，所述条形出水口为用于喷射出所述片状射流的一个条形孔；

或者，所述条形出水口为用于喷射出所述片状射流的呈条形分布的多个出水口。

优选地，在上述钻头喷嘴中，所述条形孔为腰型孔或者长方形孔。

优选地，在上述钻头喷嘴中，所述条形出水口为直条形出水口或弯条形出水口。

优选地，在上述钻头喷嘴中，所述喷嘴主体的横截面中：

所述喷嘴主体的外轮廓形状为直条形或弯条形；

所述通道的截面形状为直条形或弯条形。

优选地，在上述钻头喷嘴中，所述通道的宽度大于所述条形出水口的宽度。

优选地，在上述钻头喷嘴中，所述通道的内腔面中，与所述喷嘴出口连接的部分为导向面，所述导向面为平面或者空间曲面。

一种钻头，包括钻头主体，所述钻头主体的外侧设置有切削齿，内部设置有用于对所述切削齿喷射冷却液的喷嘴，所述喷嘴为上文中所述的钻头喷嘴。

优选地，在上述钻头中，所述喷嘴通过钎焊或烧结或机械锁紧装置固定在所述钻头主体内。

优选地，在上述钻头中，所述钻头为PDC钻头、牙轮钻头、PDC-牙轮复合钻头或孕镶钻头。

从上述技术方案可以看出，本实用新型提供的钻头喷嘴中，喷嘴出口呈条形分布，从而能够喷射出片状射流。将该钻头喷嘴应用到PDC钻头中时，在钻头径向方向上，覆盖的切削齿的范围广，能够将钻井液均匀地喷射到每个切削齿上。从而可见，该钻头喷嘴不仅对每个切削齿进行充分冷却，有效提高切削齿的使用寿命，进而提高PDC钻头寿命；而且，可及时排出切削齿产生的岩屑，减少岩渣在排屑槽中的停留时间，避免重复破碎，提高能量使用效率，排渣更充分，可减少钻头阻力，提高机械钻速；此外，相对于现有技术中的柱状射流，该钻头喷嘴喷射出的片状射流还能够避免钻头喷嘴射流过于集中而冲蚀切削齿。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型第一具体实施例提供的钻头喷嘴的三维结构示意图；

图2为本实用新型第一具体实施例提供的直条形钻头喷嘴的俯视图；

图3为本实用新型第二具体实施例提供的直条形钻头喷嘴的俯视图；

图4为本实用新型第三具体实施例提供的弯条形钻头喷嘴的俯视图；

图5为本实用新型第四具体实施例提供的弯条形钻头喷嘴的俯视图；

图6为本实用新型第五具体实施例提供的钻头的剖视图；

图7为本实用新型第六具体实施例提供的钻头的剖视图；

图8为本实用新型第五具体实施例提供的钻头的侧剖图。

其中：

1-切削齿，2-钻头主体，3-喷嘴，

31-喷嘴主体，32-通道，33-喷嘴出口，

321-导向面。

具体实施方式

本实用新型公开了一种钻头喷嘴和设置有该钻头喷嘴的钻头，能够保证钻头中的切削齿都能够得到良好的冷却效果和排渣效果，同时能够避免钻头喷嘴射流过于集中而冲蚀切削齿。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型第一具体实施例提供的钻头喷嘴的三维结构示意图，图2为本实用新型第一具体实施例提供的直条形钻头喷嘴的俯视图，图3为本实用新型第二具体实施例提供的直条形钻头喷嘴的俯视图，图4为本实用新型第三具体实施例提供的弯条形钻头喷嘴的俯视图，图5为本实用新型第四具体实施例提供的弯条形钻头喷嘴的俯视图，图6为本实用新型第五具体实施例提供的钻头的剖视图，图7为本实用新型第六具体实施例提供的钻头的剖视图，图8为本实用新型第五具体实施例提供的钻头的侧剖图。

本实用新型第一具体实施例提供的钻头喷嘴，包括喷嘴主体31，以及位于喷嘴主体31内的通道32，和位于喷嘴主体31端部且与通道32连通的喷嘴出口33。其中，喷嘴出口33为能够喷射出片状射流的条形出水口(“片状”、“条形”均指狭而长的形状结构)。具体地，上述“条形出水口”可以是指一个出水口，也可以包括多个出水口。

例如，如图1和图2所示，在本实用新型提供的第一具体实施例中，该钻头喷嘴的喷嘴出口33设置成一个出水口时，该喷嘴出口33为用于喷射出片状射流的条形孔，其喷射效果可参见图6。其中，该条形孔是指狭而长的通孔，如腰型孔、椭圆形孔、长方形孔，或者其它能形成片状射流的条形孔。具体地，该条形孔可以是轴对称结构，也可以是非轴对称结构。本实用新型对此不作具体限定。

例如，如图3所示，在本实用新型提供的第二具体实施例中，该钻头喷嘴的喷嘴出口33设置成多个出水口时，该喷嘴出口33为呈条形分布(或者说并排分布)的多个出水口，以喷射出片状射流，其喷射效果可参见图7。此结构的钻头喷嘴应用到PDC钻头中时，每个出水口分别对应刀翼上的一个切削齿或多个切削齿，每个出水口的大小根据相应的切削齿所需要的冷却及排渣的流量而定。工作时，喷嘴出口33中的多个出水口，不仅覆盖面更宽，而且能根据每个切削齿的岩石切削量和发热量有针对性的喷射相应的钻井液，达到冷却和排渣的最佳效果。

从上述技术方案可以看出，由于该钻头喷嘴的喷嘴出口33为条形出水口，从而能够喷射出片状射流。将该钻头喷嘴应用到PDC钻头中时，在钻头径向方向上，覆盖的切削齿的范围广，能够将钻井液均匀地喷射到每个切削齿上。

从而可见，该钻头喷嘴不仅对每个切削齿进行充分冷却，有效提高切削齿的使用寿命，进而提高PDC钻头寿命；而且，可及时排出切削齿产生的岩屑，减少岩渣在排屑槽中的停留时间，避免重复破碎，提高能量使用效率，排渣更充分，可减少钻头阻力，提高机械钻速；此外，相对于现有技术中的柱状射流，该钻头喷嘴喷射出的片状射流还能够避免钻头喷嘴射流过于集中而冲蚀切削齿。

具体地，该钻头喷嘴的喷嘴出口33，可以是中轴线为直线的直条形出水口，也可以是中轴线为曲线的弯条形出水口。

例如，如图2和图3所示，在本实用新型提供的第一具体实施例和第二具体实施例中，钻头喷嘴的喷嘴出口33为直条形出水口。此时，喷嘴主体31和通道32也对应地设置成具有直条形截面的扁平结构，即喷嘴主体31的横截面中，喷嘴主体31的外轮廓形状为直条形，通道32的截面形状也为直条形。

例如，如图4和图5所示，在本实用新型提供的第三具体实施例和第四具体实施例中，钻头喷嘴的喷嘴出口33为弯条形出水口。此时，喷嘴主体31和通道32也对应地设置成具有弯条形截面的扁状结构，即喷嘴主体31的横截面中，喷嘴主体31的外轮廓形状为弯条形，通道32的截面形状也为弯条形。

综上可见，在具体实施例中，钻头喷嘴顶端的喷嘴出口33，可以是一个出水口，也可由多个出水口构成，可以是中轴线为直线的直条形出水口，也可以是中轴线为曲线的弯条形出水口。如图2和图4所示，当喷嘴出口33为一个条形孔时，该条形孔的中轴线为直线(即构成“直条形出水口”)或曲线(即构成“弯条形出水口”)；当喷嘴出口33为并排分布的多个出水口时，多个出水口的分布点连线为直线(从而构成中轴线为直线的直条形出水口)或曲线(从而构成中轴线为曲线的弯条形出水口)。

进一步地，如图8所示，在上述钻头喷嘴中，通道32的宽度大于喷嘴出口33中条形出水口的宽度，以便更好地喷射出片状射流。其中，通道32的内腔面中，与喷嘴出口33连接的部分为导向面321，导向面321用于将通道32的宽度逐渐过渡到喷嘴出口33的宽度，并且用于使钻井液精准地喷射到PDC切削齿上。具体地，导向面321为平面或者空间曲面。从而令通道32形成下宽上窄的结构。

其中，喷嘴出口33中条形出水口的宽度根据钻头上的切削齿对流量的需求而定；喷嘴出口33中条形出水口的具体形状根据钻头上的切削齿与喷嘴的相对位置而定。

综上，请参阅图6和图8，本实用新型第五具体实施例还提供了一种钻头。该钻头包括钻头主体2，钻头主体2的外侧设置有切削齿1，内部设置有用于对切削齿1喷射冷却液的喷嘴3。其中，喷嘴3为上文中所述的出水口为用于喷射出片状射流的一个条形孔的钻头喷嘴。具体地，喷嘴3通过钎焊或烧结固定在钻头主体2内，但安装方式不限于此，还可以采用螺栓连接或其它机械锁紧装置。

此外，请参阅图7，本实用新型第六具体实施例也提供了一种钻头，该钻头结构和第五具体实施例基本相似，其区别仅在于，喷嘴3采用上文中所述的具有呈条形分布的多个出水口的钻头喷嘴。

在具体实施过程中，本实用新型提供的钻头可以为PDC钻头、牙轮钻头、PDC-牙轮复合钻头或孕镶钻头等。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种钻头喷嘴，包括喷嘴主体(31)，以及位于所述喷嘴主体(31)内的通道(32)，和位于所述喷嘴主体(31)端部且与所述通道(32)连通的喷嘴出口(33)，其特征在于，所述喷嘴出口(33)为用于喷射出片状射流的条形出水口。

2.根据权利要求1所述的钻头喷嘴，其特征在于，所述条形出水口为用于喷射出所述片状射流的一个条形孔；

或者，所述条形出水口为用于喷射出所述片状射流的呈条形分布的多个出水口。

3.根据权利要求2所述的钻头喷嘴，其特征在于，所述条形孔为腰型孔或者长方形孔。

4.根据权利要求1所述的钻头喷嘴，其特征在于，所述条形出水口为直条形出水口或弯条形出水口。

5.根据权利要求4所述的钻头喷嘴，其特征在于，所述喷嘴主体(31)的横截面中：

所述喷嘴主体(31)的外轮廓形状为直条形或弯条形；

所述通道(32)的截面形状为直条形或弯条形。

6.根据权利要求5所述的钻头喷嘴，其特征在于，所述通道(32)的宽度大于所述条形出水口的宽度。

7.根据权利要求6所述的钻头喷嘴，其特征在于，所述通道(32)的内腔面中，与所述喷嘴出口(33)连接的部分为导向面(321)，所述导向面(321)为平面或者空间曲面。

8.一种钻头，包括钻头主体(2)，所述钻头主体(2)的外侧设置有切削齿(1)，内部设置有用于对所述切削齿(1)喷射冷却液的喷嘴(3)，其特征在于，所述喷嘴(3)为权利要求1至7任一项所述的钻头喷嘴。

9.根据权利要求8所述的钻头，其特征在于，所述喷嘴(3)通过钎焊或烧结或机械锁紧装置固定在所述钻头主体(2)内。

10.根据权利要求8所述的钻头，其特征在于，所述钻头为PDC钻头、牙轮钻头、PDC-牙轮复合钻头或孕镶钻头。