[发明专利]PDC钻头、确定其排屑槽的螺旋角度的方法及钻井方法

说明书

本发明提供了一种PDC钻头、确定其排屑槽的螺旋角度的方法及钻井方法，其中，确定PDC钻头的排屑槽的螺旋角度的方法包括获取钻具的转速和钻井排量；获取PDC钻头的本体直径和所有刀翼形成的最大直径；获取PDC钻头的所有排屑槽的横截面积占比系数；根据获取的钻具转速、钻井排量、本体直径、最大直径、横截面积占比系数以及预设的角度模型，得出排屑槽的螺旋角度。本发明能够避免钻井泥岩岩屑与钻头排屑槽的侧壁的硬接触，在实现钻井岩屑的高效排出的同时减轻或防止钻头泥包，提高了PDC钻头在泥岩地层的钻井效率。

技术领域

本发明涉及油气地质钻井技术领域，特别涉及一种确定PDC钻头的排屑槽的螺旋角度的方法、PDC钻头及钻井方法。

背景技术

PDC钻头(聚晶金刚石复合片钻头)呈一体式结构，整个钻头无活动部件，主要由本体、冠部、水力结构(水眼或喷嘴、流道或排屑槽)、保径块和切削齿五部分组成。由于具有较高的机械钻速和较长的使用寿命等优点，近年来在各大油田得到了广泛应用。但PDC钻头在泥岩或泥质含量较高的地层钻进容易发生泥包问题。PDC钻头泥包后往往伴随发生：1、憋跳现象，造成脆性PDC复合片先期损坏；2、不能有效的冲洗以及充分冷却切屑齿，使钻头齿出现先期破坏，影响钻井效率，严重时甚至会导致钻头报废；3、切屑齿不能有效吃入岩石，使得PDC钻头破岩效果大幅降低，严重制约钻井提速，增加钻井周期与钻井成本。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种确定PDC钻头的排屑槽的螺旋角度的方法，以避免钻井泥岩岩屑与钻头排屑槽侧壁的硬接触。

本发明的另一个目的是提供一种能够有效降低产生泥包的风险的PDC钻头。

本发明的另一个目的是提供一种能提高PDC钻头在泥岩地层的钻井效率的钻井方法，

为达到上述目的，本发明提供了一种确定PDC钻头的排屑槽的螺旋角度的方法，其包括：

获取钻具的转速和钻井排量；

获取PDC钻头的本体直径和所有刀翼形成的最大直径；

获取所述PDC钻头的所有排屑槽的横截面积占比系数；

根据获取的所述转速、所述钻井排量、所述本体直径、所述最大直径、所述横截面积占比系数以及预设的角度模型，得出所述排屑槽的螺旋角度。

如上所述的确定PDC钻头的排屑槽的螺旋角度的方法，其中，所述预设的角度模型为：

其中，R为转速，单位为转/分钟；P为钻井排量，单位为升/秒；D₁为本体直径，单位为米；D₂为所有刀翼形成的最大直径，单位为米；k为排屑槽的累计横截面积占比系数。

如上所述的确定PDC钻头的排屑槽的螺旋角度的方法，其中，当具有预设的钻头选型时，所述获取所述PDC钻头的所有排屑槽的横截面积占比系数为：

获取所述预设的钻头的所有的排屑槽在保径块处的横截面积；

根据预设的过流面积模型，获取所述预设的钻头的本体处的钻井流体过流面积；

根据获取的所述横截面积和所述钻井流体过流面积的比值，得出所述横截面积占比系数。

如上所述的确定PDC钻头的排屑槽的螺旋角度的方法，其中，所述预设的过流面积模型为：

其中，D₃为预设的钻头的本体直径，单位为米；D₄为预设的钻头的所有刀翼形成的最大直径，单位为米。

如上所述的确定PDC钻头的排屑槽的螺旋角度的方法，其中，当未设有钻头选型时，所述排屑槽的累计横截面积占比系数为0.4～0.6。