[發明專利]一種提升攜巖能力的流線型PDC鉆頭及其設計方法

有效

• 申請號: 202110432296.4
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113107373B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 蔡燦;蒲治成;高超;譚政博;王官平;楊顯鵬;張沛;曹煜磊;何文
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43;E21B10/60;G06F30/17;G06F30/20
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• 代理人: 暫無信息

1.一種提升攜巖能力的流線型PDC鉆頭，所述鉆頭包括鉆頭本體、流線型刀翼、分流葉片；鉆頭本體上布置有流線型刀翼，每相鄰兩個刀翼尾部之間的流道中布置有分流葉片，分流葉片與鉆頭本體固定連接，其特征在于：所述分流葉片為不對稱扭曲葉片，葉片根部至葉緣翼型由不等厚度不等弦長的翼型組成，每個分流葉片均由空間截面Span＝0、0.25、0.50、0.75、1.0處的5個不同翼型擬合而成，其中Span＝0為葉片根部截面，Span＝1.0為葉緣截面，分流葉片翼型弦長C與刀翼保徑段長度l的比值為0.65～0.75，分流葉片最大厚度d_max與分流葉片翼型弦長C的比值為0.08～0.12。

2.一種提升攜巖能力的流線型PDC鉆頭設計方法，其特征在于：設計步驟為：

S1：獲取PDC鉆頭的鉆速、鉆井排量、刀翼數量和保徑段長度l；

S2：在鉆頭保徑段刀翼初始邊線MN上均勻取點，分別編號為0,1,2……6，用旋渦密度函數代替該邊線計算出選取各點的誘導速度；

S3：通過選取點的誘導速度計算出各點對應的α角，再根據α角算出相鄰兩點連線與u軸之間的夾角βn，然后畫出新的保徑段邊線M'N；

S4：用六次多項式對新的保徑段邊線M'N進行光滑處理；

S5：重復S2-S4步驟，直至達到刀翼流線型設計要求，完成對流線型刀翼的迭代設計；

S6：在相鄰兩個刀翼尾部之間的流道中布置一個不對稱扭曲分流葉片。

3.根據權利要求2所述的一種提升攜巖能力的流線型PDC鉆頭設計方法，其特征在于，所述旋渦密度函數為：

其中，s是鉆頭保徑段直線坐標；A₀、A₁是2個具有速度量綱的系數，單位為m/s；l是保徑段長度，單位為m。

4.根據權利要求2所述的一種提升攜巖能力的流線型PDC鉆頭設計方法，其特征在于，相鄰兩點連線與u軸之間的夾角β_n是：