Pdc鉆頭的設(shè)計(jì)方法、裝置及pdc鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種油田鉆探領(lǐng)域，特別涉及一種PDC鉆頭的設(shè)計(jì)方法、裝置及PDC鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著油氣田勘探開發(fā)工作的不斷深入，所鉆遇的地層構(gòu)造越來越復(fù)雜，鉆井難度越來越大，為了節(jié)約鉆井綜合成本，對(duì)鉆頭的質(zhì)量提出了更高的要求。目前，油氣田勘探開發(fā)中常用的鉆頭為F1DC鉆頭。FlDC(Pc)Iycrystalline diamond compact)是一種將人造聚晶金剛石與碳化鎢基座高溫高壓下焊接在一起的切削元件。自PDC鉆頭上世紀(jì)八十年代問世以來，因具有平均機(jī)械鉆速高、進(jìn)尺多、壽命長等特點(diǎn)，已逐漸成為石油、天然氣工業(yè)廣泛推廣應(yīng)用的一種高效破巖工具。
[0003]如圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)中一種PDC鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。所述PDC鉆頭包括基座I和刀頭，所述刀頭包括六個(gè)刀翼2，每個(gè)刀翼2上設(shè)置有兩排切削齒3，分別為前排切削齒31和后排切削齒32。所述前排切削齒31和后排切削齒32之間具有一定的高度差。所述PDC鉆頭旋轉(zhuǎn)工作時(shí)，所述前排切削齒31先與所述后排切削齒32與巖層接觸，因此，一般的所述前排切削齒31的高度高于后排切削齒32 —定高度。
[0004]現(xiàn)有的PDC鉆頭工作原理如下:由于前排切削齒31和后排切削齒32之間具有一定的高度差。下井初期，前排切削齒31吃入并切削巖石時(shí)，后排切削齒32可控制前排切削齒31的吃入深度，避免前排切削齒31因瞬時(shí)吃深過大而損壞；當(dāng)前排切削31齒達(dá)到一定磨損程度后，后排切削齒32開始承壓，和前排切削齒31 —起切削巖石，以提高切削的效率。
[0005]然而，由于目前PDC鉆頭的前、后排切削齒的高度差沒有形成成熟的計(jì)算方法，一般都依靠經(jīng)驗(yàn)，高度差選擇I毫米(_)左右?；诂F(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的roc鉆頭，在鉆井過程中經(jīng)常出現(xiàn)前排切削齒31損壞嚴(yán)重?zé)o法切削時(shí)，而后排切削齒32還完好無損的情況。進(jìn)一步的，當(dāng)出現(xiàn)上述情況時(shí)，由于在前排切削齒31無法進(jìn)行切削工作的情況下，只有后排切削齒32單獨(dú)工作，此時(shí)，后排切削齒32相對(duì)于前、后排切削齒都工作的情況下，在切削過程中被快速磨損，PDC鉆頭無法再進(jìn)行切削工作，被迫起鉆。因此，整體上現(xiàn)有的PDC鉆頭使用壽命較短。
[0006]為了提高鉆井工作中PDC鉆頭的使用壽命，有必要改進(jìn)現(xiàn)有的PDC鉆頭的設(shè)計(jì)方法，來提高PDC鉆頭的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種PDC鉆頭的設(shè)計(jì)方法、裝置及PDC鉆頭，能夠提高PDC鉆頭使用壽命。
[0008]本發(fā)明的上述目的可采用下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0009]—種PDC鉆頭的設(shè)計(jì)方法，包括:
[0010]獲取鉆井平均鉆速、鉆頭井下轉(zhuǎn)速、鉆頭刀翼的個(gè)數(shù)；
[0011]根據(jù)所述鉆井平均鉆速、鉆頭井下轉(zhuǎn)速確定鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺；
[0012]其中，所述鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺H = 1000v/60r
[0013]上式中所述V表示鉆井平均鉆速，單位為米/小時(shí)；所述r表示鉆頭井下轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)/分；所述H表示鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺，單位為毫米；
[0014]根據(jù)所述鉆頭每鉆進(jìn)尺、鉆頭刀翼的個(gè)數(shù)確定鉆頭刀翼每轉(zhuǎn)進(jìn)尺；
[0015]其中，所述鉆頭刀翼每轉(zhuǎn)進(jìn)尺h(yuǎn) = Η/η
[0016]上式中，所述H表示鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺，單位為毫米；所述η表示鉆頭刀翼的個(gè)數(shù)；所述h表示鉆頭刀翼每轉(zhuǎn)進(jìn)尺，單位為毫米；
[0017]根據(jù)所述鉆頭刀翼每轉(zhuǎn)進(jìn)尺確定鉆頭前排切削齒與后排切削齒之間的高度差。
[0018]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述前排切削齒與后排切削齒之間的高度差與所述鉆頭刀翼每轉(zhuǎn)進(jìn)尺相等或接近。
[0019]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，還包括:設(shè)定所述roc鉆頭的直徑為8.5英寸。
[0020]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述PDC鉆頭的直徑與所述鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺成反比。
[0021]—種PDC鉆頭的設(shè)計(jì)裝置，包括:
[0022]參數(shù)獲取模塊，用于獲取鉆井平均鉆速、鉆頭井下轉(zhuǎn)速、鉆頭刀翼的個(gè)數(shù)；
[0023]鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺確定模塊，用于根據(jù)所述鉆井平均鉆速、鉆頭井下轉(zhuǎn)速確定鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺；
[0024]其中，所述鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺H = 1000v/60r,
[0025]上式中所述V表示鉆井平均鉆速，單位為米/小時(shí)；所述r表示鉆頭井下轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)/分；所述H表示鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺，單位為毫米；
[0026]鉆頭刀翼每轉(zhuǎn)進(jìn)尺確定模塊，用于根據(jù)所述鉆頭每鉆進(jìn)尺、鉆頭刀翼的個(gè)數(shù)確定鉆頭刀翼每轉(zhuǎn)進(jìn)尺；
[0027]其中，所述鉆頭刀翼每轉(zhuǎn)進(jìn)尺h(yuǎn) = Η/η
[0028]上式中，所述H表示鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺，單位為毫米；所述η表示鉆頭刀翼的個(gè)數(shù)；所述h表示鉆頭刀翼每轉(zhuǎn)進(jìn)尺，單位為毫米；
[0029]高度差確定模塊，用于根據(jù)所述鉆頭刀翼每轉(zhuǎn)進(jìn)尺確定鉆頭前排切削齒與后排切削齒之間的高度差。
[0030]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述roc鉆頭的直徑為8.5英寸。
[0031]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，其還包括參數(shù)調(diào)節(jié)模塊，當(dāng)所述鉆頭直徑增大時(shí)，用于降低鉆井平均鉆速、或提高鉆頭井下轉(zhuǎn)速；當(dāng)所述鉆頭直徑減小時(shí)，用于增大鉆井平均鉆速、或者減小鉆頭井下轉(zhuǎn)速。
[0032]一種PDC鉆頭，包括:
[0033]基座；
[0034]設(shè)置在基座上的刀頭，所述刀頭沿著周向設(shè)置有多個(gè)刀翼，每個(gè)刀翼上設(shè)置有前排切削齒、后排切削齒，所述前排切削齒的高度高于所述后排切削齒；
[0035]所述前排切削齒、后排切削齒的高度差在0.09毫米至0.1毫米之間。
[0036]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述前排切削齒、后排切削齒的高度差為0.0933毫米。
[0037]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述PDC鉆頭的直徑為8.5英寸。
[0038]本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明所述PDC鉆頭的設(shè)計(jì)方法，通過對(duì)鉆頭上前、后排切削齒吃入巖石的深度進(jìn)行分析，通過確定鉆頭刀翼每轉(zhuǎn)進(jìn)尺進(jìn)而合理調(diào)整切削齒高度，使前、后排切削齒受力均勻，最終使各刀翼前、后排切削齒受力均勻，達(dá)到延長鉆頭壽命的目的。
【附圖說明】
[0039]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種PDC鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中一種PDC鉆頭的設(shè)計(jì)方法的步驟圖；
[0041]圖3是本發(fā)明實(shí)施例中一種PDC鉆頭刀翼切削展開圖；
[0042]圖4是本發(fā)明實(shí)施例中一種PDC鉆頭的設(shè)計(jì)裝置的示意圖；
[0043]圖5是本發(fā)明實(shí)施例中一種PDC鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)說明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落入本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
[0045]本發(fā)明提供一種PDC鉆頭的設(shè)計(jì)方法，能夠提高PDC鉆頭使用壽命。
[0046]本發(fā)明所述的PDC鉆頭的設(shè)計(jì)方法基于切削齒設(shè)計(jì)的覆蓋全部井底的原則:即井底每一點(diǎn)都能受到鉆頭切削齒的切削，并且在鉆頭旋轉(zhuǎn)一周的過程中，每一個(gè)切削齒都起到切削地層巖石的作用，提高所有切削齒的切削效率。
[0047]請(qǐng)參閱圖2，為本發(fā)明實(shí)施例中一種PDC鉆頭的設(shè)計(jì)方法的步驟圖。所述PDC鉆頭的設(shè)計(jì)方法包括如下步驟:
[0048]步驟S1:獲取鉆井平均鉆速、鉆頭井下轉(zhuǎn)速、鉆頭刀翼的個(gè)數(shù)；
[0049]步驟S2:根據(jù)所述鉆井平均鉆速、鉆頭井下轉(zhuǎn)速確定鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺；
[0050]其中，所述鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺H = 1000v/60r
[0051]上式中所述V表示鉆井平均鉆速，單位為米/小時(shí)；所述r表示鉆頭井下轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)/分；所述H表示鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺，單位為毫米；
[0052]步驟S3:根據(jù)所述鉆頭每鉆進(jìn)尺、鉆頭刀翼的個(gè)數(shù)確定鉆頭刀翼每