(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210832085.4 (22)申请日 2022.07.15 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114893128 A (43)申请公布日 2022.08.12 (73)专利权人 中石化西南石油工程有限公司 地址 610000 四川省成 都市高新区吉泰路 688号A栋15楼 专利权人 中石化西南石油工程有限公司重 庆钻井分公司 (72)发明人 张俊波　申军武　刘祚才　刘良斌　 罗正林　李凯贤　李榕　张海军　 李春林　邬智金　 (74)专利代理 机构 成都玖和知识产权代理事务 所(普通合伙) 51238 专利代理师 胡琳梅(51)Int.Cl. E21B 10/55(2006.01) E21B 10/43(2006.01) E21B 10/60(2006.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) C01B 32/26(2017.01) B01J 3/06(2006.01) (56)对比文件 AU 20142028 82 A1,2014.12.18 CN 1047123 04 A,2015.0 6.17 葛祥等.基于动态吸附模型的煤岩吸附气含 量测井计算新方法. 《测井技 术》 .2014,(第0 6 期),全文. 审查员 陈建君 (54)发明名称 一种用于石油钻井的钻头及其制备工艺 (57)摘要 本发明公开了一种用于石油钻井的钻头及 其制备工艺。 本发明属于石油开采技术领域。 该 用于石油钻井的钻头及其制备工艺能够提高钻 头使用寿命， 减少泥包风险， 提高井底工作稳定 性， 增强保径耐磨强度及其对于井壁质量维持能 力。 该用于石油钻井的钻头包括钻头本体； 所述 钻头本体具有冠部； 所述冠部设置有五个刀翼； 相邻刀翼之间形成流道； 所述流道内设置有水 眼； 该用于石油钻井的钻头的制备工艺包括步骤 S1、 设计制造切削齿； S2、 水力优化设计； S3、 横向 运动减缓布齿设置； S4、 辅助稳定性设计； S5、 对 步骤S4中设计好的钻头进行制造。 采用该用于石 油钻井的钻头及其制备工艺能够提高钻头工作 的稳定性， 延长使用寿 命， 降低成本 。 权利要求书2页 说明书8页 附图4页 CN 114893128 B 2022.11.04 CN 114893128 B 1.一种用于石油钻井的钻头的制备工艺， 其特征在于： 用于石油钻井的钻头包括钻头 本体 （1） ； 所述钻头本体 （1） 具有冠部 （2） ； 所述冠部 （2） 设置有五个刀翼 （3） ； 相邻刀翼 （3） 之 间形成流道 （4） ； 所述 流道 （4） 内设置有水眼 （5） ； 所述刀翼 （3） 下端设置有保径段 （6） ； 所述刀翼 （3） 采用大螺旋刀翼； 所述刀翼 （3） 上设 置有切削齿 （8） ； 所述保径段 （6） 的外表 面和侧面均设置有PD C齿 （7） ； 所述保径段 （6） 的保径 面上设置有平焊复合片； 所述冠部 （2） 轮廓采用浅内锥、 双圆弧冠部轮廓； 所述冠部 （2） 包括肩部 （31） 、 侧面 （32） 、 顶部 （33） ； 所述冠部 （2） 具有内锥 （34） 和外锥； 所述内锥 （34） 区域内切削齿 （8） 的复合 片切削角度为18 ‑20°， 外锥区域内切削齿 （8） 的复合片切削角度为15 ‑20°； 所述水眼 （5） 采用大小眼设计， 具有六个， 其中三个为芯部水嘴， 三个为外部水嘴； 且外 部水嘴直径大于芯部水嘴； 所述流道 （4） 顶部为流道窄区 （41） ； 五个刀翼 （3） 中两个为主刀翼， 三个为次刀翼； 所述 主刀翼与次刀翼交替分布； 所述主刀翼与其对侧的次刀翼之间的形成流道窄区 （41） ； 还包括以下步骤： S1、 设计制造切削齿； 制造切削齿工艺采用两个高温高压步骤： S11、 采用常规高温高压参数制作聚晶金刚石坯体； 温度为1200 ±50℃， 压力为6 ± 1Gpa； S12、 在超高温高压参数条件下将聚晶金刚石坯体粘附在碳化钨衬底上； 所述温度为 1600±50℃， 压力为8   ±1Gpa； S2、 水力优化设计； 水力优化设计包括以下步骤： S21、 水力结构参数的三维结构设计； 对喷嘴角度与位置进行有限元数值模拟的计算； 获得射流的携岩效果和水射 流辅助破岩效果都达 到最佳的参数； S22、 刀翼及水道的三维设计， 采用钢体P DC钻头增 加过流空间； S23、 增大流道窄区； S24、 优化流道基面轮廓形状， 使得所述流道 （4） 区域包括岩屑交叉点， 所述岩屑交叉点 为钻头鼻部产生的岩屑倾向于沿着垂直于切削齿堵石界面的方向伸展， 最后相交于流道内 的某一点， 垂直于切削齿堵石界面的线倾向于在某一 点相交； 采用“文丘里管 ”设计原理， 控制前后刀翼鼻部高点位置流道宽度， 使其小于刀翼两端 间隙； 使得流道首尾两端即钻头心部与刀翼末端形成自然压力差， 刀翼末端距离水眼位置 最远； 采用“康达效应 ”设计原理： 对两侧刀翼面末端进行大曲率设计， 增大的冠部末端与钻 头体轴向位置的夹角； S3、 横向运动减缓布齿设置； 在刀翼 （3） 上规径切削齿区域和肩部切削齿区域均镶 装保径齿； S4、 辅助稳定性设计； S41、 据 PDC 钻头的设计原则以及对  PDC 钻头冠部轮廓和岩石相互作用的有限元分 析结果对定向井  PDC 钻头的冠部轮廓进行设计； 按照钻头设计原则进行冠部轮廓设计， PDC钻头冠部的三种基本轮廓为单锥、 浅锥、 双权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114893128 B 2锥； 在三种基本轮廓理论曲线 方程进行拟合的基础上， 结合钻头 设计经验和使用钻头类比， 确定出适 合钻头冠部轮廓形状； S42、 对布齿方式进行确定； S5、 对步骤S4中设计好的钻头进行制造 。 2.如权利要求1所述的一种用于石油钻井的钻头的制备工艺， 其特征在于： 在步骤S31 中所述钻头设计原则包括 等切削原则、 等磨损原则、 等功率原则。 3.如权利要求2所述的一种用于石油钻井的钻头的制备工艺， 其特征在于： 在步骤S32 中采用同轨布齿方式， 且在常规保径方式基础上,在保径面上增 加了平焊复合片。 4.采用权利要求1、 2或者3所述的一种用于石油钻井的钻头的制备工艺制备的用于石 油钻井的钻头， 其特征在于： 所述流道 （4） 区域包括岩屑交叉点， 所述岩屑交叉点为钻头鼻 部产生的岩屑倾向于沿着垂直于切削齿堵石界面的方向伸展， 最后相交于流道内的某一 点， 垂直于切削齿堵石界面的线倾向于在某一 点相交。 5.如权利要求4所述的用于石油钻井的钻头， 其特征在于： 所述刀翼 （3） 上规径切削齿 区域和肩部切削齿区域均镶 装有保径齿。 6.如权利要求5所述的用于石油钻井的钻头， 其特征在于： 所述六个水眼 （5） 中三个芯 部水嘴为18毫米水嘴， 三个外 部水嘴为20毫米水嘴； 所述保径段 （6） 长度为38m m。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114893128 B 3