[发明专利]一种提升携岩能力的流线型PDC钻头及其设计方法

权利要求书

1.一种提升携岩能力的流线型PDC钻头，所述钻头包括钻头本体、流线型刀翼、分流叶片；钻头本体上布置有流线型刀翼，每相邻两个刀翼尾部之间的流道中布置有分流叶片，分流叶片与钻头本体固定连接，其特征在于：所述分流叶片为不对称扭曲叶片，叶片根部至叶缘翼型由不等厚度不等弦长的翼型组成，每个分流叶片均由空间截面Span＝0、0.25、0.50、0.75、1.0处的5个不同翼型拟合而成，其中Span＝0为叶片根部截面，Span＝1.0为叶缘截面，分流叶片翼型弦长C与刀翼保径段长度l的比值为0.65～0.75，分流叶片最大厚度d_max与分流叶片翼型弦长C的比值为0.08～0.12。

2.一种提升携岩能力的流线型PDC钻头设计方法，其特征在于：设计步骤为：

S1：获取PDC钻头的钻速、钻井排量、刀翼数量和保径段长度l；

S2：在钻头保径段刀翼初始边线MN上均匀取点，分别编号为0,1,2……6，用旋涡密度函数代替该边线计算出选取各点的诱导速度；

S3：通过选取点的诱导速度计算出各点对应的α角，再根据α角算出相邻两点连线与u轴之间的夹角βn，然后画出新的保径段边线M'N；

S4：用六次多项式对新的保径段边线M'N进行光滑处理；

S5：重复S2-S4步骤，直至达到刀翼流线型设计要求，完成对流线型刀翼的迭代设计；

S6：在相邻两个刀翼尾部之间的流道中布置一个不对称扭曲分流叶片。

3.根据权利要求2所述的一种提升携岩能力的流线型PDC钻头设计方法，其特征在于，所述旋涡密度函数为：

其中，s是钻头保径段直线坐标；A₀、A₁是2个具有速度量纲的系数，单位为m/s；l是保径段长度，单位为m。

4.根据权利要求2所述的一种提升携岩能力的流线型PDC钻头设计方法，其特征在于，相邻两点连线与u轴之间的夹角β_n是：