[发明专利]钻头及钻井装置

说明书

本公开是关于钻头及钻井装置，该钻头包括接头和钻头体；所述接头内设置有水力振荡腔，所述水力振荡腔用于使流入所述水力振荡腔的钻井液在所述水力振荡腔内形成自激振荡效应，产生压力波动，带动所述钻头纵向振动，钻头将高频振动传递给接触的岩石，进而诱发岩石发生共振破坏，辅助钻头破岩；所述钻头体内设置有喷嘴，所述水力振荡腔的出口连通所述喷嘴，所述喷嘴用于将所述水力振荡腔流出的钻井液喷出所述钻头。本技术方案可以提高破岩速度，延长钻具寿命，有利于形成平滑、稳定的井眼，提高钻井效率。

技术领域

本公开涉及钻井破岩工艺领域，尤其涉及钻头及钻井装置。

背景技术

随着我国油气勘探开发向深部和西部地质复杂条件地区发展，深井钻井速度慢的问题日益突出，对总的建井周期和钻井成本的影响很大。如何提高深井超深井钻井速度，是钻井工程领域迫切需要解决的重大技术难题之一。国外研究与实践表明，如果钻井效率提高一倍，总的钻井费用可以降低约25％，因此，钻井提速对于降低钻井成本、实现效益最大化和科学生产具有重要价值。而钻井提速的关键措施之一就是要提高破岩效率，破岩技术是油气钻井技术的核心内容，破岩效率的高低直接决定着钻井速度和成本，更决定着钻井工程的经济效益。

现有的钻井技术是在钻头加水射流的旋转钻井的基础上发展起来的，是当前应用最多、技术最为完善的钻井技术。在深部中硬、硬地层，该钻井方式的钻井效果并不是十分理想，经常发生钻具的严重磨损，井底温度、压力过高，导致钻具容易发生故障等，增加了钻井成本，降低了钻井效率。

发明内容

本公开实施例提供一种钻头及钻井装置。所述技术方案如下：

根据本公开实施例的第一方面，提供一种钻头，包括接头和钻头体；

所述接头内设置有水力振荡腔，所述水力振荡腔用于使流入所述水力振荡腔的钻井液在所述水力振荡腔内形成自激振荡效应，产生压力波动，带动所述钻头纵向高频振动，进而带动岩石发生共振破坏；

所述钻头体内设置有喷嘴，所述水力振荡腔的出口连通所述喷嘴，所述喷嘴用于将所述水力振荡腔流出的钻井液喷出所述钻头。

在一个实施例中，所述水力振荡腔的壳体可拆卸地固定在所述接头的内腔。

在一个实施例中，所述压力波动的波动频率随所述水力振荡腔的压力降的增大而增大。

在一个实施例中，所述压力降的范围包括1-7MPa，所述压力波动频率的范围包括300-800Hz。

在一个实施例中，所述压力波动的波动幅度的范围包括1-2Mpa。

在一个实施例中，所述水力振荡腔包括：

头部腔，包括第一入口和第一出口，所述第一出口的截面积小于所述第一入口的截面积；

尾部腔，包括第二入口和第二出口，所述第二入口的截面积小于所述第二出口的截面积，所述第二入口的截面积小于等于所述第一入口的截面积；

中部腔，位于所述头部腔和所述尾部腔之间，包括左子腔、中子腔和右子腔，所述中子腔的一个侧壁的两端与左子腔的一个侧壁的两端连接，所述中子腔的另一侧壁的两端与右子腔的一个侧壁的两端连接；所述左子腔的另一侧壁的一端连接所述第一出口的侧壁端，另一端通过第一弧面连接至所述第二入口的侧壁端；所述右子腔的另一侧壁的一端连接所述第一出口的侧壁端，另一端通过第二弧面连接至所述第二入口的侧壁端；

其中，所述左子腔形状为凹槽型，所述右子腔的形状为与所述左子腔对称的凹槽型，所述中子腔的形状为喇叭型，所述左子腔的出口的截面积小于左子腔腔体的截面积，所述右子腔的出口的截面积小于右子腔腔体的截面积。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种钻井装置，包括上述的钻头。