[发明专利]可用于反循环钻头引射孔与底喷孔结构参数优选的方法

说明书

技术领域

本发明属于钻探领域，涉及一项适用于空气反循环钻头重要结构参数优选的方法。

背景技术

钻头设计是一门探索性和经验性很强的工作，反循环钻头体结构参数的优选是潜孔锤反循环技术中非常重要的一个环节，在设计反循环钻头时，为达到好的反循环效果和好的冷却效果，设计人员需要从大量丰富的经验中，根据钻头的结构参数估计另一些参数。获得这些专业知识不仅需要有实践中的长期积累，而且还需要不断更新，以掌握新知识。另一方面，随着长期积累的经验以及新知识的产生，专业知识显得混乱而繁多，在应用时可能一时又找不到最适合的方案。

有关反循环钻头的设计，反循环钻头参数优化(RBPO：Reverse Bit ParametersOptimized)，反循环钻头引射孔与底喷孔结构参数优选方法具有重要意义，引射孔与底喷孔的加入，使反循环形成稳定，如何快速准确地设计并确定这两个重要部件的结构参数，对于提高钻进效率有重要的现实意义，并将节约钻头设计工作者的设计时间，产生巨大的经济效益。然而，引射孔与底喷孔结构参数的确定，长期以来都是靠经验来获取的，所给出的引射孔与底喷孔结构参数的值都是经验值，一直没有一个普遍适用的工具来指导反循环钻头设计引射孔与底喷孔。

发明内容

本发明的目的在于提供一项可用于反循环钻头引射孔与底喷孔结构参数优化的方法，按方法规则输入钻头结构参数，便可迅速获得钻头相应的引射孔及底喷孔结构参数最优取值。

为达到以上目的，本发明的解决方案是：

通过对钻头体引射孔与底喷孔进行理论求解、数值模拟与实验研究设计得到的规律和数据，通过编写程序，产生出优选反循环钻头引射孔及底喷孔结构参数方案，从而快速得到钻头引射孔及底喷孔的设计方案。

该方法的设计将为钻探人员在设计反循环钻头中涉及到的引射孔和底部排风孔参数优选很快找到参考依据。

该方法能够在钻头引射孔及底喷孔设计上根据所提供的钻头情况(钻头直径为377mm以下)及直径大小、中心通道直径等初始条件，通过计算机综合处理，利用内置求解程序，综合考虑解决问题从而通过推理得出可供选择的设计方案。本方法能实用地解决反循环钻头引射孔与底喷孔参数优选上的问题，是一个智能化方法。

在用户界面内通过在一个求解表(如图5)中输入钻头直径和钻头中心通道直径两个初始条件，直接得到该钻头中引射孔与底喷孔的参数优选方案。从而使得处理过程变得简单，并且快速确定了专家模块中的参数值。而在处理某些相近参数时，方法则用经验法来描述对应方案。经验法是行业普通技术人员所知晓的，此不赘述。所述“某些相近参数”包括：一、底喷孔个数，一般取为3个；二、底喷孔到引射孔的垂直距离，根据经验，取110mm是合适的。

该系统具有交互能力，共由三个主模块及友好的用户界面组成，每个模块之间可以交换信息。

简单的流程其过程可包括：首先，用户根据用户界面的提示，简要地输入反循环钻头的类型(即框图中提到的“相关数据输入”)，系统内部将对参数方案进行优选，会列出可供选择的“方案一”与“方案二”。输入初选主案所需参数，得到方案的优化设计结果清单。接着，专家模块通过搜索相关资料，通过内置辅助求解程序求解，对各种方案进行排队，给出一种认为最好的方案，同时还会列出一种参考方案。下一步是送入模块进行设计。设计模块可以对用户根据专家模块的建议所选择的参数方案进行详细的设计。本模块最终将对用户所选择的方案给出一个详细的参数设计方案。

本发明具有以下有益效果：该方法能够在钻头引射孔及底喷孔设计上根据所提供的钻头情况及直径大小、中心通道直径等初始条件，通过计算机综合处理，利用内置求解程序，综合考虑解决问题从而通过推理得出可供选择的钻头设计方案，节约设计钻头时间，减短设计周期，提高钻头生产率，产生较大的经济效益。

参数优化设计过程，通过理论计算、数值模拟与试验研究相结合的手段，对不同规格钻头上的引射孔与底喷孔结构参数进行优选，对研究结果进行统计分析，得到结构参数优选方程。

(1)引射孔参数优选：首先以中心通道直径(D₃)为30mm的钻头为例来分析，结果表明：当引射孔直径为7mm、引射孔倾角为15°、6孔均布或者各孔横截面积达到250mm²时，对反循环形成最有利；