[发明专利]流道表面具有贯通凹坑的抗泥包PDC钻头

说明书

技术领域

本发明属于石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探设备技术领域，特别是涉及一种流道表面具有贯通凹坑的抗泥包PDC钻头。

背景技术

PDC钻头是一种利用聚晶金刚石复合片（即PDC 齿，亦简称切削齿或齿）对岩石的刮切或剪切作用破岩的钻头，是现今钻井工程中使用的主要破岩工具之一，特别是在中软地层的钻进中PDC钻头使用得最多。为了使钻头的切削结构和水力结构达到更好的工作效果，在设计、制造钻头时，通常按照一定的规律将PDC齿分成若干组，同组的PDC 齿固结在同一个齿座上，每个齿座以及分布于其上的PDC齿构成一个切削结构单元，称为刀翼(齿座为刀翼体)。刀翼之间的沟槽就形成了钻头的流道槽。流道槽主要是便于钻井流体携带岩屑从井底排出。

PDC钻头在较快钻进或快速钻进时，特别是在遇到软泥岩地层、易吸水膨胀的地层或软硬交错的地层时，岩屑量较大，岩屑容易粘附并逐渐聚结在钻头的流道表面，阻塞流道，形成泥包。钻头泥包会使钻头的钻岩能力显著下降，而且使切削齿难以有效冷却，齿的磨损速度加剧，导致钻速降低，钻头使用寿命缩短。泥包严重时，钻头基本无钻进能力，无法形成明显进尺，此时需起下钻更换钻头，这将明显降低钻井效率，增加钻井成本。

发明内容

本发明的目的就是克服上述现有技术的不足之处，提供一种流道表面具有贯通凹坑的抗泥包PDC钻头，解决了PDC钻头抗泥包问题，从而提高钻井效率，降低钻井成本。

本发明的目的通过下述技术方案来实现： 

一种流道表面具有贯通凹坑的抗泥包PDC钻头，包括钻头本体，该钻头本体下部设有联接钻杆的螺纹接头，上部设有若干刀翼，刀翼之间的沟槽形成钻头的流道槽，流道槽的全部或部分表面设有相互贯通的凹坑。

作为优选，贯通凹坑的贯通槽的宽度W与凹坑的长度L之间的关系为W≤L/2，W≥0.5mm。

凹坑的长度是指凹坑的最大横向尺寸，即凹坑坑口在流道槽表面的最大跨度尺寸。当凹坑为圆形时，圆形的直径即为凹坑的长度。

作为优选，刀翼前侧面的流道槽表面设有相互贯通的凹坑。

作为优选，流道槽的底面设有相互贯通的凹坑。

作为优选，刀翼后侧面的流道槽表面设有相互贯通的凹坑。

作为优选，所述凹坑为圆形凹坑。

本发明的思路来源于生活在土壤中或者栖息于地洞中的动物的降阻抗粘附的体表。为了减少泥土的粘附，某些动物的体表从宏观上呈现几何非光滑的体表特征，如蜣螂、蝼蛄、穿山甲等动物的非光滑体表。这些动物在黏湿土壤中具有降阻抗粘附的体表，其体表呈现出典型的非光滑特征，这些动物体表的降阻抗粘附效果非常明显。

钻头钻进时，钻井液流体携带岩屑从流道槽表面运移，岩屑与流道槽表面接触。如果流道槽表面为光滑表面，岩屑量较大时，运移任务量大，岩屑易于粘附在流道槽表面，形成岩屑团，使流道不畅通，岩屑运移困难，甚至堵塞流道，形成泥包。

本发明钻头的流道槽表面设有相互贯通的凹坑，这种表面结构能产生防岩屑粘附的效果，其原因在于：

1.流道槽表面的贯通凹坑能减少岩屑与流道槽接触的面积，从而减少岩屑在流道槽表面的粘附。

2.贯通凹坑的凹坑及贯通槽内能储存润滑液（钻井液），其能对从流道槽表面流过的岩屑起润滑作用，使岩屑与流道槽表面的粘附力和摩擦力大大下降。

3.本发明的凹坑之间通过贯通槽相互贯通，凹坑及贯通槽内储存润滑液（钻井液），即凹坑相互连通。岩屑（团）经过凹坑时，若有较大块岩屑（团）进入凹坑，同时挤出凹坑内的润滑液，如果凹坑之间无贯通槽不能相互贯通，凹坑将会对期内的岩屑产生吸附作用，即产生负压效益，不便岩屑脱离，其将在凹坑内滞留堆积，不利于流道槽的畅通；凹坑之间通过贯通槽相互贯通，流道槽表面的凹坑之间的润滑液（钻井液）相互连通，其将不会对进入凹坑的较大岩屑产生吸附作用，岩屑不易滞留堆积。因此本发明所涉及的贯通凹坑有利于岩屑的运移流动，防止岩屑的堆积。

4.本发明的凹坑之间通过贯通槽相互贯通，润滑液可在各个凹坑之间自由流动，使其拥有稳定的润滑液补偿能力，保证了减粘降阻的效果。

5.本发明的凹坑之间通过贯通槽相互贯通，在流道槽表面形成网状凹坑群，在动态钻井液流体的带动下，凹坑及凹坑之间将形成动态润滑效果，有利于冲走岩屑，岩屑难以滞留和堆积。

因此，本发明能明显减少或防止岩屑在流道槽表面的附着、堆积，防止流道堵塞及钻头泥包，从而提高钻头的钻进效率，降低钻井成本。