一种具有双流道结构的PDC钻头

本发明属于石油天然气工程、岩土与地基工程、矿山井下工程等钻探，具体涉及的是一种具有双流道结构的pdc钻头。

背景技术：

1、钻头是在钻井工程中用于破碎岩石以形成井眼的工具。目前钻井工程中常用的砖头有三牙轮钻头、pdc钻头、牙轮-pdc复合钻头等。其中pdc钻头是石油钻井工程中最常用的一种钻井工具。

2、pdc钻头(polycrystallinediamondcompactbit)是用聚晶金刚石复合片镶嵌于钻头钢体(或焊于钻头胎体)而制成的一种切削型钻头，它以聚晶金刚石复合片作为切削刃，以负刃前角剪切方式破碎岩石。现有的pdc钻头均为刀翼式钻头，在钻头体上沿周向分布若干刀翼，刀翼上焊接pdc切削齿。相邻两个刀翼之间形成排屑流道，在钻井过程中，如果有被提升的岩屑落入井中，就容易被卡在排屑槽内，影响到岩屑的提升与排出，进而影响到钻头的破岩效率。

3、刀翼式pdc钻头在长时间作业后，存在着喷嘴堵塞、排屑困难等问题，影响了钻头的破岩能力，降低了破岩效率，所以提高井底的排屑能力对于提高钻井效率有着重要意义。在钻头的结构设计中，对排屑槽的形状及尺寸做出改进，如加宽排屑槽和减小排屑槽的长度，可在一定程度上缓解排屑问题。减少刀翼的数量和厚度，可以增加排屑槽宽度。但是刀翼数量决定了切削齿的布齿密度和数量，需根据钻井条件和地质条件设计。减小刀翼厚度将会影响到钻头的强度，减小刀翼厚度容易导致钻井过程中刀翼断裂。减小刀翼和保径段的长度，可以减小排屑槽长度，但是刀翼的长度也需根据钻井条件和地质条件设计。保径段与刀翼相连，保径可以提高钻头的寿命，起到保持井径的作用，所以保径条或保径块的形状及尺寸也需根据钻井条件和地质条件设计。

技术实现思路

1、本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提出一种具有双流道结构的pdc钻头，降低在破岩过程中因大块岩屑掉落至排屑槽阻碍岩屑排出甚至导致钻头卡死现象发生的概率，可以有效的提高钻头的破岩效率。

2、本发明为了实现上述目的具体采用一下技术方案：

3、本发明的一种具有双流道结构的pdc钻头，包括钻头体、刀翼、保径和隔离叶片，其特征在于：所述钻头、刀翼、保径和隔离叶片为一个整体，所述钻头体的顶部圆周上分布数个刀翼，所述刀翼下部均连接有保径，所述刀翼上部均设置有利于切削岩石的切削齿，相邻两个刀翼之间形成排屑流道，所述隔离叶片形状为曲面，设置于流道之中，与相邻两个刀翼连接，其上部贴近钻头体的顶部，下部靠近保径段的端面，整个叶片在流道中具有一定倾斜角。

4、在上述方案中，所述隔离叶片为曲面，其左右两端一端位于刀翼肩部，另一端位于保径段，上端面为曲线结构，不影响喷嘴的装卸，且不会妨碍喷嘴的正常工作，下端与相邻两个保径段连接。

5、所述隔离叶片整体位于排屑槽内，所述叶片上部贴近钻头体的顶部，下部靠近保径段的外端面，将排屑槽分为内外两个流道，起到给岩屑分流的作用。

6、所述隔离叶片横向曲面为流线型，通过流体时可有效减缓阻力。

7、所述隔离叶片下部截面厚度比上部截面大，有更大的强度应对大块岩屑的挤压。

8、所述隔离叶片经过回火处理，硬度提高，外部曲面上嵌入金刚石(或硬质合金粒)，有效在流体挤压过程破碎岩石。

9、在钻头破岩的过程中，由于离心力作用，质量大的岩屑偏向排屑槽外圈，质量小的岩屑偏向排屑槽内圈，因此对排屑槽进行了内外双流道的设计，质量小的岩屑由内流道排出，质量大的岩屑由外流道排出。外流道入口宽出口窄的设计，大质量的岩屑将在流道内压碎，在流道槽出口处形成压差，使得流道槽内的流体形成压缩—喷射—扩展的增压、降压过程，提升外圈喷射提升力，提高内圈流体通过流量。

技术特征：

1.一种具有双流道结构的pdc钻头，包括钻头体(1)、刀翼(2)、保径(3)和隔离叶片(4)，其特征在于：所述钻头(1)、刀翼(2)、保径(3)和隔离叶片(4)为一个整体，所述钻头体的顶部圆周上分布数个刀翼(2)，所述刀翼(2)下部均连接有保径(3)，所述刀翼(2)上部均设置有利于切削岩石的切削齿(5)，相邻两个刀翼(2)之间形成排屑流道(后简称排屑槽)(6)，所述隔离叶片(4)形状为三维曲面，设置于排屑槽(6)之中，与相邻两个刀翼(2)连接，其上部贴近钻头体的顶部，下部靠近保径段的端面，整个叶片在流道中具有一定倾斜角。

2.如权利要求1所述的具有双流道结构的pdc钻头，其特征在于，所述隔离叶片(4)外端面为曲面，其左右两端一端高一端低，使得所述隔离叶片(4)上端为曲线结构，不影响喷嘴的装卸与工作，所述隔离叶片(4)横向面呈流线型。

3.如权利要求1所述的具有双流道结构的pdc钻头，其特征在于，所述隔离叶片(4)具有一定的倾斜角，将排屑槽(6)分隔成内外两个流道，所述内流道入口窄出口宽，外流道入口宽出口窄，鉴于隔离叶片(4)的三维曲面结构，流道入口段叶片在轴向的倾角α应设置在30°-45°，流道出口段叶片在轴向的倾角β应设置在15°-30°，确保隔离叶片能覆盖整个排屑槽。

4.如权利要求1所述的具有双流道结构的pdc钻头，其特征在于，所述隔离叶片(4)的截面厚度从入口端到出口端逐渐增大，即叶片截面为变截面。

5.如权利要求1所述的具有双流道结构的pdc钻头，其特征在于，所述隔离叶片(4)经过回火处理，提高叶片的硬度，叶片外部表面嵌入金刚石(或硬质合金粒)。

技术总结
本发明公开了一种具有双流道结构的PDC钻头，属于钻采装备技术领域。本发明具有双流道结构的PDC钻头，包括一体式的钻头体、刀翼、保径和隔离叶片，在所述钻头体的顶部圆周分布数个刀翼，所述刀翼下部均连接有保径，所述刀翼上部均设置有利于切削岩石的切削齿，相邻两个刀翼之间形成排屑流道，所述双流道隔离叶片形状为三维曲面结构，安装在流道槽保径段，该叶片将流道槽分为内流道和外流道，外流道入口宽出口窄，逐渐收缩；内流道入口窄出口宽，逐渐扩张。外流道可以有效阻隔质量较大的岩屑，并在出口端粉碎大岩屑，可以提升外圈喷射提升力，提升内圈通过流量，提高钻井效率，且能够降低PDC钻头破岩过程中因岩屑掉落至排屑槽内发生卡钻事故的概率。

技术研发人员：蔡灿,周圣文,邓涛,曹文洋,曾浪,谢全功,樊康康,张沛,杨显鹏
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12