[發明專利]流道表面具有貫通凹坑的抗泥包PDC鉆頭

有效

• 申請號: 201310588588.2
• 申請日: 2013-11-21
• 公開（公告）號: CN103603605A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 楊迎新;秦曉慶;王希勇;林敏;陳煉;任海濤;周春曉;包澤軍
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B10/60
• 分類號: E21B10/60
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 鄧瑞;錢成岑

技術領域

本發明屬于石油天然氣、礦山工程、建筑基礎工程施工、地質、水文等鉆探設備技術領域，特別是涉及一種流道表面具有貫通凹坑的抗泥包PDC鉆頭。

背景技術

PDC鉆頭是一種利用聚晶金剛石復合片（即PDC?齒，亦簡稱切削齒或齒）對巖石的刮切或剪切作用破巖的鉆頭，是現今鉆井工程中使用的主要破巖工具之一，特別是在中軟地層的鉆進中PDC鉆頭使用得最多。為了使鉆頭的切削結構和水力結構達到更好的工作效果，在設計、制造鉆頭時，通常按照一定的規律將PDC齒分成若干組，同組的PDC?齒固結在同一個齒座上，每個齒座以及分布于其上的PDC齒構成一個切削結構單元，稱為刀翼(齒座為刀翼體)。刀翼之間的溝槽就形成了鉆頭的流道槽。流道槽主要是便于鉆井流體攜帶巖屑從井底排出。

PDC鉆頭在較快鉆進或快速鉆進時，特別是在遇到軟泥巖地層、易吸水膨脹的地層或軟硬交錯的地層時，巖屑量較大，巖屑容易粘附并逐漸聚結在鉆頭的流道表面，阻塞流道，形成泥包。鉆頭泥包會使鉆頭的鉆巖能力顯著下降，而且使切削齒難以有效冷卻，齒的磨損速度加劇，導致鉆速降低，鉆頭使用壽命縮短。泥包嚴重時，鉆頭基本無鉆進能力，無法形成明顯進尺，此時需起下鉆更換鉆頭，這將明顯降低鉆井效率，增加鉆井成本。

發明內容

本發明的目的就是克服上述現有技術的不足之處，提供一種流道表面具有貫通凹坑的抗泥包PDC鉆頭，解決了PDC鉆頭抗泥包問題，從而提高鉆井效率，降低鉆井成本。

本發明的目的通過下述技術方案來實現：?

一種流道表面具有貫通凹坑的抗泥包PDC鉆頭，包括鉆頭本體，該鉆頭本體下部設有聯接鉆桿的螺紋接頭，上部設有若干刀翼，刀翼之間的溝槽形成鉆頭的流道槽，流道槽的全部或部分表面設有相互貫通的凹坑。

作為優選，貫通凹坑的貫通槽的寬度W與凹坑的長度L之間的關系為W≤L/2，W≥0.5mm。

凹坑的長度是指凹坑的最大橫向尺寸，即凹坑坑口在流道槽表面的最大跨度尺寸。當凹坑為圓形時，圓形的直徑即為凹坑的長度。

作為優選，刀翼前側面的流道槽表面設有相互貫通的凹坑。

作為優選，流道槽的底面設有相互貫通的凹坑。

作為優選，刀翼后側面的流道槽表面設有相互貫通的凹坑。

作為優選，所述凹坑為圓形凹坑。

本發明的思路來源于生活在土壤中或者棲息于地洞中的動物的降阻抗粘附的體表。為了減少泥土的粘附，某些動物的體表從宏觀上呈現幾何非光滑的體表特征，如蜣螂、螻蛄、穿山甲等動物的非光滑體表。這些動物在黏濕土壤中具有降阻抗粘附的體表，其體表呈現出典型的非光滑特征，這些動物體表的降阻抗粘附效果非常明顯。

鉆頭鉆進時，鉆井液流體攜帶巖屑從流道槽表面運移，巖屑與流道槽表面接觸。如果流道槽表面為光滑表面，巖屑量較大時，運移任務量大，巖屑易于粘附在流道槽表面，形成巖屑團，使流道不暢通，巖屑運移困難，甚至堵塞流道，形成泥包。

本發明鉆頭的流道槽表面設有相互貫通的凹坑，這種表面結構能產生防巖屑粘附的效果，其原因在于：

1.流道槽表面的貫通凹坑能減少巖屑與流道槽接觸的面積，從而減少巖屑在流道槽表面的粘附。

2.貫通凹坑的凹坑及貫通槽內能儲存潤滑液（鉆井液），其能對從流道槽表面流過的巖屑起潤滑作用，使巖屑與流道槽表面的粘附力和摩擦力大大下降。

3.本發明的凹坑之間通過貫通槽相互貫通，凹坑及貫通槽內儲存潤滑液（鉆井液），即凹坑相互連通。巖屑（團）經過凹坑時，若有較大塊巖屑（團）進入凹坑，同時擠出凹坑內的潤滑液，如果凹坑之間無貫通槽不能相互貫通，凹坑將會對期內的巖屑產生吸附作用，即產生負壓效益，不便巖屑脫離，其將在凹坑內滯留堆積，不利于流道槽的暢通；凹坑之間通過貫通槽相互貫通，流道槽表面的凹坑之間的潤滑液（鉆井液）相互連通，其將不會對進入凹坑的較大巖屑產生吸附作用，巖屑不易滯留堆積。因此本發明所涉及的貫通凹坑有利于巖屑的運移流動，防止巖屑的堆積。

4.本發明的凹坑之間通過貫通槽相互貫通，潤滑液可在各個凹坑之間自由流動，使其擁有穩定的潤滑液補償能力，保證了減粘降阻的效果。

5.本發明的凹坑之間通過貫通槽相互貫通，在流道槽表面形成網狀凹坑群，在動態鉆井液流體的帶動下，凹坑及凹坑之間將形成動態潤滑效果，有利于沖走巖屑，巖屑難以滯留和堆積。

因此，本發明能明顯減少或防止巖屑在流道槽表面的附著、堆積，防止流道堵塞及鉆頭泥包，從而提高鉆頭的鉆進效率，降低鉆井成本。