Pdc鉆頭的設計方法、裝置及pdc鉆頭的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種油田鉆探領域，特別涉及一種PDC鉆頭的設計方法、裝置及PDC鉆頭。
【背景技術】
[0002]隨著油氣田勘探開發工作的不斷深入，所鉆遇的地層構造越來越復雜，鉆井難度越來越大，為了節約鉆井綜合成本，對鉆頭的質量提出了更高的要求。目前，油氣田勘探開發中常用的鉆頭為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鉆頭上世紀八十年代問世以來，因具有平均機械鉆速高、進尺多、壽命長等特點，已逐漸成為石油、天然氣工業廣泛推廣應用的一種高效破巖工具。
[0003]如圖1所示，為現有技術中一種PDC鉆頭的結構示意圖。所述PDC鉆頭包括基座I和刀頭，所述刀頭包括六個刀翼2，每個刀翼2上設置有兩排切削齒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鉆頭旋轉工作時，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，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因瞬時吃深過大而損壞；當前排切削31齒達到一定磨損程度后，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算方法，一般都依靠經驗，高度差選擇I毫米(_)左右。基于現有的經驗設計的roc鉆頭，在鉆井過程中經常出現前排切削齒31損壞嚴重無法切削時，而后排切削齒32還完好無損的情況。進一步的，當出現上述情況時，由于在前排切削齒31無法進行切削工作的情況下，只有后排切削齒32單獨工作，此時，后排切削齒32相對于前、后排切削齒都工作的情況下，在切削過程中被快速磨損，PDC鉆頭無法再進行切削工作，被迫起鉆。因此，整體上現有的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，有必要改進現有的PDC鉆頭的設計方法，來提高PDC鉆頭的使用壽命。

【發明內容】

[0007]本發明的目的是提供一種PDC鉆頭的設計方法、裝置及PDC鉆頭，能夠提高PDC鉆頭使用壽命。
[0008]本發明的上述目的可采用下列技術方案來實現:
[0009]—種PDC鉆頭的設計方法，包括:
[0010]獲取鉆井平均鉆速、鉆頭井下轉速、鉆頭刀翼的個數；
[0011]根據所述鉆井平均鉆速、鉆頭井下轉速確定鉆頭每轉進尺；
[0012]其中，所述鉆頭每轉進尺H = 1000v/60r
[0013]上式中所述V表示鉆井平均鉆速，單位為米/小時；所述r表示鉆頭井下轉速，單位為轉/分；所述H表示鉆頭每轉進尺，單位為毫米；
[0014]根據所述鉆頭每鉆進尺、鉆頭刀翼的個數確定鉆頭刀翼每轉進尺；
[0015]其中，所述鉆頭刀翼每轉進尺h = Η/η
[0016]上式中，所述H表示鉆頭每轉進尺，單位為毫米；所述η表示鉆頭刀翼的個數；所述h表示鉆頭刀翼每轉進尺，單位為毫米；
[0017]根據所述鉆頭刀翼每轉進尺確定鉆頭前排切削齒與后排切削齒之間的高度差。
[0018]在優選的實施方式中，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進尺相等或接近。
[0019]在優選的實施方式中，還包括:設定所述roc鉆頭的直徑為8.5英寸。
[0020]在優選的實施方式中，所述PDC鉆頭的直徑與所述鉆頭每轉進尺成反比。
[0021]—種PDC鉆頭的設計裝置，包括:
[0022]參數獲取模塊，用于獲取鉆井平均鉆速、鉆頭井下轉速、鉆頭刀翼的個數；
[0023]鉆頭每轉進尺確定模塊，用于根據所述鉆井平均鉆速、鉆頭井下轉速確定鉆頭每轉進尺；
[0024]其中，所述鉆頭每轉進尺H = 1000v/60r,
[0025]上式中所述V表示鉆井平均鉆速，單位為米/小時；所述r表示鉆頭井下轉速，單位為轉/分；所述H表示鉆頭每轉進尺，單位為毫米；
[0026]鉆頭刀翼每轉進尺確定模塊，用于根據所述鉆頭每鉆進尺、鉆頭刀翼的個數確定鉆頭刀翼每轉進尺；
[0027]其中，所述鉆頭刀翼每轉進尺h = Η/η
[0028]上式中，所述H表示鉆頭每轉進尺，單位為毫米；所述η表示鉆頭刀翼的個數；所述h表示鉆頭刀翼每轉進尺，單位為毫米；
[0029]高度差確定模塊，用于根據所述鉆頭刀翼每轉進尺確定鉆頭前排切削齒與后排切削齒之間的高度差。
[0030]在優選的實施方式中，所述roc鉆頭的直徑為8.5英寸。
[0031]在優選的實施方式中，其還包括參數調節模塊，當所述鉆頭直徑增大時，用于降低鉆井平均鉆速、或提高鉆頭井下轉速；當所述鉆頭直徑減小時，用于增大鉆井平均鉆速、或者減小鉆頭井下轉速。
[0032]一種PDC鉆頭，包括:
[0033]基座；
[0034]設置在基座上的刀頭，所述刀頭沿著周向設置有多個刀翼，每個刀翼上設置有前排切削齒、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]在優選的實施方式中，所述前排切削齒、后排切削齒的高度差為0.0933毫米。
[0037]在優選的實施方式中，所述PDC鉆頭的直徑為8.5英寸。
[0038]本發明的特點和優點是:本發明所述PDC鉆頭的設計方法，通過對鉆頭上前、后排切削齒吃入巖石的深度進行分析，通過確定鉆頭刀翼每轉進尺進而合理調整切削齒高度，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，達到延長鉆頭壽命的目的。
【附圖說明】
[0039]圖1是現有技術中一種PDC鉆頭的結構示意圖；
[0040]圖2是本發明實施例中一種PDC鉆頭的設計方法的步驟圖；
[0041]圖3是本發明實施例中一種PDC鉆頭刀翼切削展開圖；
[0042]圖4是本發明實施例中一種PDC鉆頭的設計裝置的示意圖；
[0043]圖5是本發明實施例中一種PDC鉆頭的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0044]下面將結合附圖和具體實施例，對本發明的技術方案作詳細說明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落入本申請所附權利要求所限定的范圍內。
[0045]本發明提供一種PDC鉆頭的設計方法，能夠提高PDC鉆頭使用壽命。
[0046]本發明所述的PDC鉆頭的設計方法基于切削齒設計的覆蓋全部井底的原則:即井底每一點都能受到鉆頭切削齒的切削，并且在鉆頭旋轉一周的過程中，每一個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]請參閱圖2，為本發明實施例中一種PDC鉆頭的設計方法的步驟圖。所述PDC鉆頭的設計方法包括如下步驟:
[0048]步驟S1:獲取鉆井平均鉆速、鉆頭井下轉速、鉆頭刀翼的個數；
[0049]步驟S2:根據所述鉆井平均鉆速、鉆頭井下轉速確定鉆頭每轉進尺；
[0050]其中，所述鉆頭每轉進尺H = 1000v/60r
[0051]上式中所述V表示鉆井平均鉆速，單位為米/小時；所述r表示鉆頭井下轉速，單位為轉/分；所述H表示鉆頭每轉進尺，單位為毫米；
[0052]步驟S3:根據所述鉆頭每鉆進尺、鉆頭刀翼的個數確定鉆頭刀翼每