一种深井钻探用防粘pdc钻头的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种以仿生科学为核心研制出的新型PDC钻头。用于解决在活性泥页岩地区PDC钻头在钻进过程中易产生钻头泥包的问题。
【背景技术】
[0002]聚晶金刚石复合片(PolycrystallineDiamond Compact bitJDC)钻头是目前钻井工程中使用的主要破岩工具之一，特别是在中软地层的钻进中PDC钻头使用的最多。
[0003]在活性泥岩地区，由于岩土的吸附作用和钻肩的机械镶嵌作用，使钻头在钻进过程中产生泥包，降低钻进效率，提高钻进成本。钻头泥包主要有两种类型，一种为“夹挤式”及其带来的“瞬时效应”，另一种为“粘附式”及其带来的“滞后效应”。前者，传统的PDC钻头已经可以克服，但是对于后者，传统PDC钻头仍然无法完全克服。
[0004]对于钻头泥包，现有的对于钻头上的解决方法一般是机械法，即改良钻头机械形状，采用抛物线轮廓和挂刀水利设计的PDC钻头，以及改良钻头喷嘴等设计方案。但是，机械法并不对于钻头防粘并无帮助，不宜单独使用，必须结合涂层法一起使用。涂层法主要有两种，一种为渗氮法，另外一种为涂覆Teflon涂层。然而，这两种方法却也有其固有弊端。就渗氮法来说，一方面由于渗氮层比较薄，在钻井这种高强度磨损中寿命是个很大的问题，另一方面，施加的负电荷强度非常小，防泥包的能力也很弱，对于富含矿物质的卤水、地热、页岩气的泥砂岩地层和泥页岩地层来说这必然对钻具的防腐蚀性能更提出了更高的要求，此外在渗氮过程中还会使PDC钻头强度下降30%，如不事先施加保护，无疑增加了工艺的复杂性。而对于涂覆Teflon涂层的方法来说，Teflon的主要成分聚氟乙稀在327 °C开始融化，415 °C以上就开始分解气化，高温失效。这需要钻头有很好的冷却装置，从而提高了钻进成本。此外，对于涂覆Teflon涂层和渗氮法都存在专利保护问题，国内使用受到一定限制。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于以仿生科学为基础，提供一种深井钻探用防粘PDC钻头。通过对生活在粘湿环境中的典型土壤动物如穿山甲、蜣螂、蚂陆、螃蟹、泥鳅、蝗虫、潮虫的防粘特性研宄，发现土壤动物经亿万年进化而形成的防粘特性突出地表现在体表上，其体表的几何非光滑形态是可以减粘降阻的重要原因之一。同时发现上述土壤动物体表普遍具有一种鳞片形非光滑形式，其中穿山甲体表最为明显，它由头至尾全身背部均按角质鳞片，每个鳞片的基部都被前排鳞片的末端呈瓦尾状覆盖着，排布十分密集均匀。
[0006]本实用新型是在PDC钻头刀翼之间的沟槽形成的钻头流道槽表面上设置有若干水滴形凸起，若干水滴形凸起按阵列状紧密排列。
[0007]所述水滴形凸起的厚度为0.5~2_，从钝头到后缘的长度为厚度的5倍左右，侧向宽度为4倍左右。钝头与钻头表面切角65°?75。，后缘与钻头表面切角8° ~12°。
[0008]从流体力学的角度分析，水滴形凸起物是符合流线型设计原则，能够从很大程度上减轻钻具表面钻井液的流体阻力。水滴状凸起物的钝头朝向水孔排列，以最大程度的起到降阻减滑的作用。
[0009]本实用新型的有益效果:
[0010]按照仿生学原理，本实用新型仿照泥鳅，弹涂鱼，穿山甲等土壤生活动物表面鳞片排布规律，将水滴状凸起物密集排布，彼此接触，并彼此形成罅隙，在钻进准备过程易于充填钻具用润滑油，在钻进过程中，也可以很好的起到储存钻井液的作用，从而更好的对流道槽表面流过的岩肩起到润滑作用。使岩肩与流道槽表面的粘附力和摩擦力大大下降。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型的水滴状凸起物与岩肩作用原理图。
[0012]图2为本实用新型的水滴状凸起物的俯视图。
[0013]图3为本实用新型的水滴状凸起物的侧视图。
【具体实施方式】
[0014]如图2和图3所示，本实用新型是在PDC钻头刀翼之间的沟槽形成的钻头流道槽表面I上设置有若干水滴形凸起2，若干水滴形凸起2按阵列状紧密排列。
[0015]所述水滴形凸起2的厚度为0.5~2_，从钝头到后缘的长度为厚度的5倍左右，侧向宽度为4倍左右。钝头与钻头表面切角65°?75。，后缘与钻头表面切角8° ~12°。
[0016]制作时在原有常规模具上提前做好与水滴状凸起相同尺寸的凹槽，通过铸造实现水滴形突起与钻头本体一体化而且工序简单。
[0017]根据流体力学，分析其工作机理如下:
[0018]图1所示箭头均为钻井液运动方向，当钻井液流到水滴状凸起2的钝头端时，受到水滴状凸起2的A处阻挡与引导，运动方向发生改变。当钻井液继续运动到水滴状凸起2的B位置时，一部分钻井液继续保持原方向运动，离流道槽较为近的一部分流体则与下一个水滴状凸起的钝头C位置相撞反弹，并在前一个凸起的后缘和后一个凸起的钝头之间形成一种流体的回转涡流。这个涡流起到了一定程度的冲刷作用，有效地解决了防止泥土岩肩在钻头上粘附并形成泥包的问题，提高了钻进效率。
【主权项】
1.一种深井钻探用防粘PDC钻头，其特征在于:是在PDC钻头刀翼之间的沟槽形成的钻头流道槽表面(I)上设置有若干水滴形凸起(2)，若干水滴形凸起(2)按阵列状紧密排列。
2.根据权利要求1所述的一种深井钻探用防粘PDC钻头，其特征在于:所述水滴形凸起(2)的厚度为0.5~2mm，从钝头到后缘的长度为厚度的5倍，侧向宽度为4倍；钝头与钻头表面切角65°?75。，后缘与钻头表面切角8° ~12°。
【专利摘要】本实用新型公开了一种深井钻探用防粘PDC钻头，是在PDC钻头刀翼之间的沟槽形成的钻头流道槽表面上设置有若干水滴形凸起，若干水滴形凸起按阵列状紧密排列。从流体力学的角度分析，水滴形凸起物是符合流线型设计原则，能够从很大程度上减轻钻具表面钻井液的流体阻力。水滴状凸起物的钝头朝向水孔排列，对流道槽表面流过的岩屑起到润滑作用，使岩屑与流道槽表面的粘附力和摩擦力大大下降。
【IPC分类】E21B10-46
【公开号】CN204552621
【申请号】CN201520238765
【发明人】谭现锋, 孙友宏, 马银龙, 秦耀军, 郭威, 赵研, 刘远梦, 郭明义, 高科
【申请人】山东省鲁北地质工程勘察院, 吉林大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月21日