智能钻头

摘要

本发明公开了一种智能钻头包括：钻头体，接头短节，套筒短节，测控系统，钻头体上布置有刀翼，喷嘴；刀翼上设置有多个切削齿；接头短节连接在钻头体上端，接头短节、钻头体与喷嘴之间形成有钻井液通道；套筒短节套设在接头短节外侧，套筒短节与接头短节通过密封连接形成密封舱；测控系统设置在密封舱中，测控系统包括：近钻头参数测量模块、数据存储与处理模块、钻头结构调控模块、电源模块；钻头体内部设置有用于连通喷嘴和所述切削齿中至少之一的液压通道，钻头结构调控模块能基于近钻头参数测量模块获取的实时参数调节液压通道中的液压大小，以改变所述钻头体上喷嘴直径、切削角中的至少一个。本发明能够提高钻头工作效率、延长钻头寿命。

权利要求

1.一种智能钻头，其特征在于，包括：钻头体，接头短节，套筒短节，以及测控系统，所述钻头体上布置有刀翼，喷嘴；所述刀翼上设置有多个切削齿；

所述接头短节连接在所述钻头体上端，所述接头短节、所述钻头体与所述喷嘴之间形成有钻井液通道；

所述套筒短节套设在所述接头短节外侧，所述套筒短节与所述接头短节通过密封连接，形成环形的密封舱；

所述测控系统设置在所述密封舱中，所述测控系统包括：近钻头参数测量模块、数据存储与处理模块、钻头结构调控模块、电源模块；

所述钻头体内部设置有用于连通所述喷嘴和所述切削齿中至少之一的液压通道，所述钻头结构调控模块能基于所述近钻头参数测量模块获取的实时参数调节所述液压通道中的液压大小，以改变所述钻头体上喷嘴直径、切削角中的至少一个。

2.如权利要求1所述的智能钻头，其特征在于，所述近钻头参数测量模块包括至少一个传感器组件，用于实时监测近钻头参数，所述近钻头参数包括：钻进参数、地层参数、钻头工作状态参数中的至少一种；

所述数据存储与处理模块用于实时存储及分析处理测得的近钻头参数，获得数据处理结果，并将获得的数据处理结果反馈至所述近钻头参数测量模块；同时，根据所述数据处理结果，将调控命令发送至所述钻头结构调控模块；

所述钻头结构调控模块用于根据所述数据处理结果对所述液压通道中的液压进行调整；

所述电源模块用于向所述智能钻头提供电源。

3.如权利要求2所述的智能钻头，其特征在于，所述测控系统还包括通讯控制模块，所述通讯控制模块用于将所述智能钻头的工作状态传递至地面接收系统，同时能接收地面发出的命令，用于调整所述智能钻头的结构。

4.如权利要求1所述的智能钻头，其特征在于，所述切削齿包括本体段和设置在所述本体段一端的切削单元，所述本体段外围设置有第一液压舱，所述切削单元外围设置有第二液压舱，所述液压通道包括与所述第一液压舱和所述第二液压舱相连通的第一液压子通道。

5.如权利要求1所述的智能钻头，其特征在于，所述喷嘴呈中空的柱体，在所述喷嘴的内部设置有用于控制所述喷嘴直径大小的调节件，在所述调节件的外围设置有第三液压舱，所述液压通道还包括与所述第三液压舱相连通的第二液压子通道。

6.如权利要求5所述的智能钻头，其特征在于，所述调节件为能够径向伸缩变形的伸缩块，所述伸缩块整体呈中空的环形。

7.如权利要求5所述的智能钻头，其特征在于，所述近钻头参数测量模块用于至少获取所述钻头所处井深位置，所述数据存储与处理模块存储有第一临界井深和第二临界井深，所述第一临界井深小于所述第二临界井深；

当所述钻头所处井深位置小于所述第一临界井深时，所述喷嘴直径应随井深的增加而逐渐增大；

当所述钻头所处井深位置位于所述第一临界井深和第二临界井深之间时，所述喷嘴直径应随井深的增加而逐渐减小；

当所述钻头所处井深位置大于所述第二临界井深时，所述喷嘴直径应随井深的增加而逐渐增大。

8.如权利要求4所述的智能钻头，其特征在于，所述近钻头参数测量模块用于至少获取所述钻头所处地层特性，所述地层特性包括岩石的抗压强度，所述数据存储与处理模块中存储有抗压强度范围与所述切削齿的切削角范围之间的对应关系，所述钻头结构调控模块能够根据所述近钻头参数测量模块获取的当前岩石的抗压强度，确定目标切削角范围，以调节所述液压通道中的液压，使得当前的切削角位于所述目标切削角范围内。

9.如权利要求1所述的智能钻头，其特征在于，所述智能钻头还包括第一密封环和第二密封环，所述第一密封环和所述第二密封环设置在所述套筒短节与所述接头短节之间。

10.如权利要求9所述的智能钻头，其特征在于，所述套筒短节与所述接头短节之间通过螺纹连接，所述第一密封环和所述第二密封环位于所述套筒短节与所述接头短节之间螺纹连接位置的外侧。

说明书

智能钻头

技术领域

[0001] 本发明涉及石油钻井技术领域，尤其涉及一种智能钻头。

背景技术

[0002] 本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

[0003] 钻井工程是石油和天然气勘探和开发的一个重要环节。钻头是地质钻探行业必不可少的一种钻井工具。钻头的合理选型对石油钻井质量、钻探速度及钻井成本都产生巨大影响。整体上，在钻井成本中，与钻头有关的成本占了总成本中相当可观的一部分，因此，钻井工程中延长钻头寿命、提高钻头工作效率是首要任务之一。

[0004] 特别是对于：深部地层岩石硬度大，研磨性强，各向异性强，地层软硬指数差异大，对钻头选型提出了难题。例如，川渝工区地层硬度高，研磨性高，可钻性差，尤其是须二段，机械钻速约为1m/h，地层岩性变化大、软硬交错、区域性差异强，严重制约了该层段的钻进效率。

[0005] 随着先进钻井技术的飞速发展,将来的钻头绝不单单是破碎岩石形成井眼的工具,它也许还要扮演其他的角色，其需要往智能化方向发展，形成智能钻头，从而加快复杂地层，深井、超深井勘探开发进程，节约勘探开发成本。

[0006] 理论上，智能钻头需要能够完成：能自动测定钻头工作参数、能分析判断钻头是否处于最佳工作状态，是否超出本身的工作极限，并作出相应的反应。但是目前对于智能钻头的研究还非常少，国内基本还处于空白阶段。

[0007] 针对现有技术中的上述问题，有必要提供一种智能钻头，以保证钻头能够更好的适应地层，提高钻头工作效率、延长钻头寿命。

发明内容

[0008] 为了克服现有技术中的至少一个缺陷，本发明提供了一种新的智能钻头，能够保证钻头能够更好的适应地层，提高钻头工作效率、延长钻头寿命。

[0009] 本申请实施方式公开了一种智能钻头，该智能钻头包括：钻头体，接头短节，套筒短节，以及测控系统，所述钻头体上布置有刀翼，喷嘴；所述刀翼上设置有多个切削齿；所述接头短节连接在所述钻头体上端，所述接头短节、所述钻头体与所述喷嘴之间形成有钻井液通道；所述套筒短节套设在所述接头短节外侧，所述套筒短节与所述接头短节通过密封连接，形成环形的密封舱；所述测控系统设置在所述密封舱中，所述测控系统包括：近钻头参数测量模块、数据存储与处理模块、钻头结构调控模块、电源模块；所述钻头体内部设置有用于连通所述喷嘴和所述切削齿中至少之一的液压通道，所述钻头结构调控模块能基于所述近钻头参数测量模块获取的实时参数调节所述液压通道中的液压大小，以改变所述钻头体上喷嘴直径、切削角中的至少一个。

[0010] 在一个优选的实施方式中，所述近钻头参数测量模块包括至少一个传感器组件，用于实时监测近钻头参数，所述近钻头参数包括：钻进参数、地层参数、钻头工作状态参数中的至少一种；所述数据存储与处理模块用于实时存储及分析处理测得的近钻头参数，获得数据处理结果，并将获得的数据处理结果反馈至所述近钻头参数测量模块；同时，根据所述数据处理结果，将调控命令发送至所述钻头结构调控模块；所述钻头结构调控模块用于根据所述数据处理结果对所述液压通道中的液压进行调整；所述电源模块用于向所述智能钻头提供电源。

[0011] 在一个优选的实施方式中，所述测控系统还包括通讯控制模块，所述通讯控制模块用于将所述智能钻头的工作状态传递至地面接收系统，同时能接收地面发出的命令，用于调整所述智能钻头的结构。

[0012] 在一个优选的实施方式中，所述切削齿包括本体段和设置在所述本体段一端的切削单元，所述本体段外围设置有第一液压舱，所述切削单元外围设置有第二液压舱，所述液压通道包括与所述第一液压舱和所述第二液压舱相连通的第一液压子通道。

[0013] 在一个优选的实施方式中，所述喷嘴呈中空的柱体，在所述喷嘴的内部设置有用于控制所述喷嘴直径大小的调节件，在所述调节件的外围设置有第三液压舱，所述液压通道还包括与所述第三液压舱相连通的第二液压子通道。

[0014] 在一个优选的实施方式中，所述调节件为能够径向伸缩变形的伸缩块，所述伸缩块整体呈中空的环形。

[0015] 在一个优选的实施方式中，所述近钻头参数测量模块用于至少获取所述钻头所处井深位置，所述数据存储与处理模块存储有第一临界井深和第二临界井深，所述第一临界井深小于所述第二临界井深；当所述钻头所处井深位置小于所述第一临界井深时，所述喷嘴直径应随井深的增加而逐渐增大；当所述钻头所处井深位置位于所述第一临界井深和第二临界井深之间时，所述喷嘴直径应随井深的增加而逐渐减小；当所述钻头所处井深位置大于所述第二临界井深时，所述喷嘴直径应随井深的增加而逐渐增大。

[0016] 在一个优选的实施方式中，所述近钻头参数测量模块用于至少获取所述钻头所处地层特性，所述地层特性包括岩石的抗压强度，所述数据存储与处理模块中存储有抗压强度范围与所述切削齿的切削角范围之间的对应关系，所述钻头结构调控模块能够根据所述近钻头参数测量模块获取的当前岩石的抗压强度，确定目标切削角范围，以调节所述液压通道中的液压，使得当前的切削角位于所述目标切削角范围内。在一个优选的实施方式中，所述智能钻头还包括第一密封环和第二密封环，所述第一密封环和所述第二密封环设置在所述套筒短节与所述接头短节之间。

[0017] 在一个优选的实施方式中，所述套筒短节与所述接头短节之间通过螺纹连接，所述第一密封环和所述第二密封环位于所述套筒短节与所述接头短节之间螺纹连接位置的外侧。

[0018] 本发明的特点和优点是：本申请实施方式中所提供的智能钻头，通过对智能钻头内部设置液压通道和测控系统，使用时，测控系统中的电子部件进行数据获取、分析处理及结构控制和液压调控实现PDC钻头的智能化，从而能够达到下述效果：

[0019] (1)能够实现PDC钻头切削齿的自适应调节，针对软硬交错等复杂地层，可实时调整切削齿的空间结构参数，以最优的切削状态破碎岩石，既能保证钻头的使用寿命，又能提高钻头破岩效率。

[0020] (2)能够实现PDC钻头喷嘴的自适应调节，在深井钻进过程中根据地质特性及实时钻进参数调节喷嘴直径大小，以保证井底清岩及水力辅助破岩效果，有利于提高机械钻速。

附图说明

[0021] 图1为本申请实施方式中提供的一种智能钻头的整体结构示意图；

[0022] 图2为本申请实施方式中提供的一种智能钻头的仰视图；

[0023] 图3为本申请实施方式中提供的一种智能钻头沿着A-A剖开后的内部结构示意图；

[0024] 图4为本申请实施方式中提供的一种智能钻头沿着A-A的剖视图；

[0025] 图5为本申请实施方式中提供的一种智能钻头中接头短节的结构示意图；

[0026] 图6为本申请实施方式中提供的一种智能钻头中套筒短节的结构示意图；

[0027] 图7为本申请实施方式中提供的一种智能钻头的喷嘴处于第一状态的示意图；

[0028] 图8为本申请实施方式中提供的一种智能钻头的喷嘴处于第二状态的示意图；

[0029] 图9为本申请实施方式中提供的一种智能钻头的切削齿切削软地层的状态示意图；

[0030] 图10为本申请实施方式中提供的一种智能钻头的切削齿切削硬地层的状态示意图。

[0031] 附图标记说明：

[0032] 1、钻头体；11、刀翼；12、切削齿；120、本体段；121、第一液压子通道；122、第一液压舱；123、第二液压舱；124、切削单元；13、喷嘴；131、伸缩块；132、第二液压子通道；133、第三液压舱；

[0033] 2、套筒短节；21、上内螺纹；22、下内螺纹；23、第二凹槽；24、第二侧开孔；

[0034] 3、密封舱；

[0035] 4、接头短节；40、公接头；41、上外螺纹；42、下外螺纹；43、第一凹槽；44、第一侧开孔；

[0036] 5、液压通道；

[0037] 61、第一密封环；62、第二密封环；

[0038] 71、近钻头参数测量模块；72、数据存储与处理模块；73、钻头结构调控模块；74、电源及通讯控制模块。

具体实施方式

[0039] 结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

[0040] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0041] PDC钻头(Polycrystalline Diamond Compact Bits)是目前油气钻井应用最为广泛的一类钻头。井下真实的数据和钻头在井底的真实工作状态对提高钻头工作效率极其重要。

[0042] 本发明对PDC钻头进行改进后，提供了一种新的智能钻头，能够保证钻头能够更好的适应地层，提高钻头工作效率、延长钻头寿命。

[0043] 请结合参阅图1至图4，本说明书实施方式中所提供的一种智能钻头，其整体在结构上主要包括：钻头体1，接头短节4，套筒短节2以及感测系统。所述钻头体1上布置有刀翼11，喷嘴13；所述刀翼11上设置有多个切削齿12。所述接头短节4连接在所述钻头体1上端，所述接头短节4、所述钻头体1与所述喷嘴13之间形成有钻井液通道。所述套筒短节2套设在所述接头短节4外侧，所述套筒短节2与所述接头短节4通过密封连接，形成环形的密封舱3。
所述测控系统设置在所述密封舱3中，所述测控系统包括：近钻头参数测量模块71、数据存储与处理模块72、钻头结构调控模块73、电源模块。所述钻头体1内部设置有用于连通所述喷嘴13和所述切削齿12中至少之一的液压通道5，所述钻头结构调控模块73能基于所述近钻头参数测量模块71获取的实时参数调节所述液压通道5中的液压大小，以改变所述钻头体1上喷嘴13直径、切削角中的至少一个。

[0044] 请结合参阅图5，接头短节4连接在所述钻头体1上端，所述的接头短节4可以与钻头体1通过焊接方式连接，也可一体成形。

[0045] 该接头短节4整体可以为中空的柱体，具有相对的上端和下端。该接头短节4的上端用于连接钻杆或钻铤。具体的，所述接头短节4上端可以设置有公接头40，用来衔接钻杆或钻铤。该接头短节4的内部为中空部分，其能将上端连接的所述钻杆或钻铤与下端连接的钻头体1相连通。

[0046] 在该接头短节4的外壁上设置有上外螺纹41和下外螺纹42，该上外螺纹41和下外螺纹42用于和套筒短节2的内螺纹相匹配。此外在该接头短节4靠接下端的外壁上还设置有用于安装密封环的第一凹槽43。在该上外螺纹41和下外螺纹42之间的侧壁上，设置有第一侧开孔44，该第一侧开孔44用于安装近钻头参数测量模块71。在所述侧开孔与下外螺纹42之间的侧壁上开设有部分液压通道5，该部分液压通道5与钻头体1上的液压通道5相连通。

[0047] 请结合参阅图6，套筒短节2整体为中空的筒体，其套设在所述接头短节4外侧。所述套筒短节2与所述接头短节4之间可以通过可拆卸连接的方式或者固定连接的方式实现固定，使得所述套筒短节2与所述接头短节4之间形成环形的密封舱3。该密封舱3可在一定压力条件下隔绝水、钻井液等流体，主要用于安装感测系统。

[0048] 具体的，该可拆卸连接的方式具体可以为螺纹连接，当然也可以为其他可拆卸连接的方式，本申请在此并不作具体的限定。当该套筒短节2与接头短节4之间选用螺纹连接时，该套筒短节2的上端设置有与接头短节4的上外螺纹41相匹配的上内螺纹21，其下端设置有与下外螺纹42相匹配的下内螺纹22。

[0049] 此外，为了保证套筒短节2和接头短节4连接处的密封性，即保证形成的密封舱3的密封性，有效隔绝水、钻井液等流体进入该密封舱3，可以在该套筒短节2和接头短节4配合的位置使用密封环进行密封。具体的，该密封环包括第一密封环61和第二密封环62，所述第一密封环61和所述第二密封环62设置在所述套筒短节2与所述接头短节4之间。其中，该第一密封环61可以设置在靠近套管短节的上端，该第二密封环62可以设置在靠近套筒短节2的下端。

[0050] 进一步的，为了保证密封的可靠性，所述第一密封环61和所述第二密封环62位于所述套筒短节2与所述接头短节4之间螺纹连接位置的外侧。所述第一密封环61的个数可以为两个，同样的，所述第二密封环62的个数也可以为两个。此外，该套筒短节2位于所述上内螺纹21的上侧设置有第二凹槽23，该第二凹槽23用于安装第一密封环61。在所述套筒短节2的侧壁上也设置有用于安装近钻头参数测量模块71的第二侧开孔24。

[0051] 请结合参阅图7和图8，所述喷嘴13呈中空的柱体，在所述喷嘴13的内部设置有用于控制所述喷嘴13直径大小的调节件，在所述调节件的外围设置有第三液压舱133，所述液压通道5还包括与所述第三液压舱133相连通的第二液压子通道132。

[0052] 具体的，所述调节件为能够径向伸缩变形的伸缩块131，所述伸缩块131整体呈中空的环形。该调节件可以选用弹性材料制成，例如橡胶的灯，在受到不同的径向液压后，其能够发生伸缩变形，从而改变喷嘴13的直径，如图7所示，为液压较小时，该喷嘴13直径处于较大时的状态示意图；图8为液压加大后，该喷嘴13直径处于较小是的状态示意图。该喷嘴13的直径直接影响钻井液的流速。

[0053] 请结合参阅图9和图10，所述切削齿12包括本体段120和设置在所述本体段120一端的切削单元124，所述本体段120外围设置有第一液压舱122，所述切削单元124外围设置有第二液压舱123，所述液压通道5包括与所述第一液压舱122和所述第二液压舱123相连通的第一液压子通道121。

[0054] 一般的，切削齿的切削角影响岩石的应力状态，与破岩效果密切相关。切削角的大小与破岩效果密切相关，切削角越大，下部的岩石多向压缩应力增加，压碎的岩石比例增大，不易形成较大体积的剪切破碎，破岩效率降低；而切削角变小，复合片后部趋于平缓，切削齿易深度吃入地层，切削齿受拉、弯应力相对增加，易造成复合片崩裂，因此切削角存在最优值。

[0055] 切削角的大小与地层特性、切削齿的性能等因素有关。一般软地层选用较小切削角；硬地层选用较大切削角，以保证有效切削，并防止冲击载荷引起切削齿的损坏。从而使钻头获得较高的机械钻速和寿命。

[0056] 在本实施方式中，所述近钻头参数测量模块71用于至少获取所述钻头所处地层特性，所述地层特性包括岩石的抗压强度，所述数据存储与处理模块72中存储有抗压强度范围与所述切削齿的切削角范围之间的对应关系。所述钻头结构调控模块73能够根据所述近钻头参数测量模块71获取的当前岩石的抗压强度，确定目标切削角范围，以调节所述液压通道5中的液压，使得当前的切削角位于所述目标切削角范围内。具体的，抗压强度范围与所述切削齿的切削角范围之间的对应关系请见如下表1。

[0057] 表1

[0058]岩石硬度 抗压强度(psi) 切削角(°)
低硬度 0-8000 15-20
中等硬度 8000-16000 17-25
高硬度 16000-32000 20-30
极高硬度 32000-50000 25-35

[0059] 如图9所示，当钻遇较软地层时，该切削角C角度较小，在本体段120外围形成有第一液压舱122，在切削单元124外围形成有第二液压舱123。如图10所示，当钻遇较硬地层时，可以向第一液压舱122加压，增大该切削角C。

[0060] 在本实施方式中，该感测系统可以包括：所述近钻头参数测量模块71包括至少一个传感器组件，用于实时监测近钻头参数。所述近钻头参数包括：钻进参数、地层参数、钻头工作状态参数中的至少一种；所述数据存储与处理模块72用于实时存储及分析处理测得的近钻头参数，获得数据处理结果，并将获得的分析结果反馈至所述近钻头参数测量模块71；同时，根据所述数据处理结果，将调控命令发送至所述钻头结构调控模块73。所述钻头结构调控模块73用于根据所述数据处理结果对所述液压通道5中的液压进行调整。所述电源模块用于向所述智能钻头提供电源。所述测控系统还包括通讯控制模块，所述通讯控制模块用于将所述智能钻头的工作状态传递至地面接收系统，同时能接收地面发出的命令，用于调整所述智能钻头的结构。以上所有模块用于实现钻头结构调控智能化。

[0061] 在一个实施方式中，所述电源模块和所话说通讯控制模块可以集成在一个模块上，即为一个电源及通讯控制模块74，不仅可供给电源以支持智能钻头的有效工作，而且可通过无线发射装置将智能钻头工作状态等信息传递至地面接收系统，同时可接收地面操作人员的命令，实现对智能钻头结构的人为调整。

[0062] 具体的，所述近钻头参数测量模块71可以包括用于实时监测钻进参数、地层参数以及钻头工作状态的各种传感器组件。具体的，传感器组件可以包括：钻压传感器组件、转速传感器组件、伽马传感器组件等各种传感器组件。

[0063] 所述数据存储与处理模块72可实时存储及分析处理测得的近钻头参数，获得数据处理结果，并将获得的数据处理结果反馈至所述近钻头参数测量模块71；同时根据数据处理结果，将调控命令传递至钻头结构调控模块73。具体的，所述数据存储与处理模块72可以包括CPU、内存条、计算分析模型等。

[0064] 所述钻头结构调控模块73，可对钻头结构根据近钻头参数做出适应性调整。具体的，该钻头结构调整控模块73主要是接受数据存储与处理模块72的命令，实现液压的控制，对往不同液压舱内打入液压油多少的控制。

[0065] 在本实施方式中，该测控系统与液压通道5等相配合可实现对所述智能钻头的切削齿12、喷嘴13等结构的调控。

[0066] 水力作用清洗井底或辅助破岩是射流对井底做功。因此，在机泵允许的条件下，钻头获得的水功率越大越好。可通过调节喷嘴13直径，来获得最大钻头水功率。

[0067] 本申请实施方式中，在保证钻头获得最大钻头水功率的条件下，喷嘴13直径随井深的变化而变化。具体变化数值可根据现场水力参数计算获得。所述钻头钻进过程中根据井深及实时钻进参数调节喷嘴13直径大小，以保证井底清岩及水力辅助破岩效果。

[0068] 在一个实施方式中，所述近钻头参数测量模块71用于至少获取所述钻头所处井深位置，所述数据存储与处理模块72存储有第一临界井深和第二临界井深，所述第一临界井深小于所述第二临界井深。其中，当井深小于或等于第一临界井深时，钻头水功率最高时的排量为额定排量，此时，泵处于额定功率工作状态。当井深大于第一临界井深时，泵处于额定泵压工作状态。当井深大于第二临界井深时，获得最大钻头水功率时的排量小于携带岩屑所需要的排量，此时用携岩所需的最小排量继续钻进。

[0069] 当所述钻头所处井深位置小于所述第一临界井深时，所述喷嘴13直径应随井深的增加而逐渐增大；当所述钻头所处井深位置位于所述第一临界井深和第二临界井深之间时，所述喷嘴13直径应随井深的增加而逐渐减小；当所述钻头所处井深位置大于所述第二临界井深时，所述喷嘴13直径应随井深的增加而逐渐增大。

[0070] 具体的，当该喷嘴13的直径与钻头所在的井深位置相匹配后，能够保证钻头能够更好的适应地层，提高钻头工作效率、延长钻头寿命。

[0071] 所述钻头切削齿12空间结构包括三个基本参数为：切削角、侧转角和位置角。其中，切削齿12切削角角度影响岩石的应力状态，与破岩效果密切相关。所述钻头切削齿12的切削角度可调，该角度的调整可通过液压方式实现。

[0072] 切削角的大小与地层特性、切削齿12的性能等因素有关。一般软地层选用较小切削角，增加钻头攻击性，以保证较高的机械钻速；硬地层选用较大切削角，以保证有效切削，并防止冲击载荷引起切削齿12的损坏。

[0073] 具体调整切削齿12的切削角度时，所述近钻头参数测量模块71用于至少获取所述钻头所处地层特性，根据所述切削齿12的切削角与所述地层的硬度成正比的原则，通过调整第一液压舱122和第二液压舱123的液压，改变切削角实现。通过将切削角与地层硬度相匹配，能够保证钻头能够更好的适应地层，提高钻头工作效率、延长钻头寿命。

[0074] 本申请说明书中提供一种智能钻头，通过对智能钻头内部设置液压通道5和测控系统，使用时，测控系统中的电子部件进行数据获取、分析处理及结构控制和液压调控实现PDC钻头的智能化，从而能够达到下述效果：

[0075] (1)能够实现PDC钻头切削齿12的自适应调节，针对软硬交错等复杂地层，可实时调整切削齿12的空间结构参数，以最优的切削状态破碎岩石，既能保证钻头的使用寿命，又能提高钻头破岩效率。

[0076] (2)能够实现PDC钻头喷嘴13的自适应调节，在深井钻进过程中根据地质特性及实时钻进参数调节喷嘴13直径大小，以保证井底清岩及水力辅助破岩效果，有利于提高机械钻速。

[0077] 本说明书中的各个实施方式均采用递进的方式描述，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处，各个实施方式之间相同相似的部分互相参见即可。

[0078] 上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。