国内外钻头技术新进展

Hughes的XLX系列钢齿钻头 的 系列钢齿钻头
• 牙齿前后左右 都加焊硬合金， 都加焊硬合金， 单材料和厚度 各不相同。 各不相同。 • 专门用于坚实 而研磨性强的 软地层， 软地层，并能 穿硬加层。兼 穿硬加层。 顾钻速和寿命。 顾钻速和寿命
Hughes的 Hughes的BOSS 扶正系统
科技投入的要素： 科技投入的要素： 认识、 认识、人才和经费
• 国家和公司领导层都已充分认识科技是 第一生产力。 第一生产力。 • 1990-2000年，EI收录全部有关钻头的论 1990-2000年 EI收录全部有关钻头的论 文中有1/5是中国人写的。 1/5是中国人写的 文中有1/5是中国人写的。有关钻头机理 的论文多半是中国的。 的论文多半是中国的。 • 有的美国钻头公司里的中国籍高级研究 人员成了主力。 人员成了主力。 • 我们的主要差距在于科技经费太少。 我们的主要差距在于科技经费太少。
国内外钻头公司间的主要差距
• 表面上是产品质量和品种的差 距，根本上是科技投入的差距 • 各公司和美国能源部立题研究 新型钻头及相关技术的规模远 大于我国。下面仅举几例： 大于我国。下面仅举几例：
正在研究的新钻头—滚盘钻头 正在研究的新钻头 滚盘钻头
• 8.5 滚盘式 8.5” 钻头已经下井 试钻。 试钻。 • 在硬脆地层中 钻压比普通牙 轮钻头小一半， 轮钻头小一半， 而钻速相同。 而钻速相同。 • 研究期5年， 研究期5 经费$85 $85万 经费$85万。
国内外钻头技术新进展
马德坤
前言
本文的主要目的是 1 通过一些实例，说明我国与国外钻头的 通过一些实例， 差距； 差距； 2 产生差距的根本原因何在； 产生差距的根本原因何在； 3 如何才பைடு நூலகம்可能迎头赶上。 如何才有可能迎头赶上。
国外四家一流钻头公司
四家公司各属于一家强大集团
• Hughes-Christensen 属 Baker Hughes 集 旗下有测井，完井，打捞，修井， 团, 旗下有测井，完井，打捞，修井，油 田化学，钻井技术，井下工具等企业。 田化学，钻井技术，井下工具等企业。 • Smith-GeoDiamond Smith 属 International Inc. ,它下面有 它下面有Wilson公司 它下面有 公司 生产钻机等设备零部件， 生产钻机等设备零部件 ， 有 M-I 公司搞 泥浆和各种化学剂， 泥浆和各种化学剂，有Smith Services搞 搞 钻井完井打捞等服务和工具； 钻井完井打捞等服务和工具
Security公司的 Modular 公司的 Frame有体钻头 有体钻头
Security的含金刚石的钢齿加焊材料 的含金刚石的钢齿加焊材料 “Diamond Tech2000”
克里斯坦森（ 克里斯坦森（Christensen)
的PDC片 片
• 最上一个 ， 最耐磨 ， 中 最上一个，最耐磨， 等耐冲击， 适于硬砂岩； 等耐冲击 ， 适于硬砂岩 ； • 第 2 个 ， 能耐较高冲击 ， 能耐较高冲击， 适于中到硬岩石； 适于中到硬岩石； • 第3、4个，最耐冲击， 金刚石含量多， 金刚石含量多 ， 经得起 较大磨损， 有较广用途。 较大磨损 ， 有较广用途 。
Reed的Sabre小尺寸系列 的 小尺寸系列
1 2 3 4 用丝扣环取代一般的 滚球轴承， 滚球轴承 ， 更可靠地 保持牙轮； 保持牙轮； 有固体润滑涂层的 耐高温止推轴承； 耐高温止推轴承； 用氢化丁晴橡胶做密 封圈， 封圈 ， 耐温可比普通 丁晴胶高50 70˚C 50丁晴胶高50-70 C。 牙轮本体用一种名为 ThruHard的淬透钢 的淬透钢， ThruHard 的淬透钢 ， 表面和内部的强度和 韧性一样高。 韧性一样高。
GeoDiamond 的复合片
● 上边一个名字叫TecMax，它有 上边一个名字叫TecMax， TecMax 层金刚石， 2 层金刚石 ， 加大了金刚石含 量而无损其可靠性； 量而无损其可靠性；经过减残 余应力处理， 余应力处理，以提高抗冲击能 力。 中间一个叫Quick Quick。 ● 中间一个叫 Quick 。 硬质合金 部分有一个凹槽， 部分有一个凹槽，可以释放应 力，在同样切削深度下减少钻 压和扭矩，有利于提高钻速。 压和扭矩，有利于提高钻速。 下边2个叫Arrow Arrow。 ● 下边2个叫Arrow。突破了 传统的圆形， 传统的圆形，有一个尖角形刀 刃。
Hycalog的复合片 的复合片
• 上图是各种异型 结合面的复合片 • 下图为尖角形复 合片。 合片。
DBS的爪形和环爪形复合片
我国先进钻头 举例
江钻的油井用牙轮钻头系列
江汉牙轮钻头在全国领先
• 江汉牙轮钻头在1995年前全套引进 Hughes技术。1995年以后自行开发了： 浮动密封，浮动套轴承， 浮动密封，浮动套轴承，橡胶密封改进 型，单牙轮钻头，金刚石加强镶齿钻头 单牙轮钻头， 等。 • 但是，它所掌握的核心技术，无论广度 和深度也都还不如外国4家一流公司。 • 要缩小差距，还需付出巨大的努力。
• 提供与井壁准6 提供与井壁准6 点接触， 点接触，使钻 头特别平稳， 头特别平稳， 避免牙齿过载。 避免牙齿过载。 • 并有效保护喷 嘴和储油囊。 嘴和储油囊。
• 里面一圈的 大部用高弹 性橡胶， 性橡胶，内 径动密封面 处用特耐磨 橡胶; 橡胶; • 外面一圈的 内径处用 Kevlar 纤维 加强的橡胶
Smith的Gemini系列 的 系列 双复合密封钻头
Smith的T&S系列 的 系列
• 12.25 GFXiODV型 12.25”GFXiODV GFXiODV型 是Twist & Shout 系列斜扭钢齿钻 头中的一个型号。 头中的一个型号。 • 可用转速50-280 可用转速50 50转/分，相应的建 议钻压24-4吨 议钻压2424
四家公司各属于一家强大集团
• Reed-Hycalog原属 原属CAMCO, 1998年并入 原属 年并入 Schlumberger集团 ， 2002年 10月又改换 集团， 集团 年 月又改换 门庭，卖给了以钻杆钻具为主业的 GrantPrideco集团。 集团。 集团 • Security-DBS原属 原属Dresser集团 1998年 集团, 原属 集团 年 改 入 实 力 雄 厚 的 Halliburton 集 团 里 的 Halliburton Service公司后，生产设备改 公司后， 公司后 研发成果倍增。 造，研发成果倍增。
江钻的G系列带槽 江钻的 系列带槽PDC片 系列带槽 片
江钻的牙轮钻头用 金刚石复合齿
• • • C—冠部为圆锥形 冠 B—冠部为球形 冠 W—冠部为楔形 冠
川石-克锐达的 川石 克锐达的PDC在全国领先 克锐达的 在全国领先
川石-克锐达金刚石钻头公司（川克） 2000年前同 年前同Christensen 公司合资， 2000 年前同 Christensen 公司合资 ， 积 累了先进的设计、 制造和选用技术， 累了先进的设计 、 制造和选用技术 ， 现 在仍有权购买Christensen的专利复合片， Christensen的专利复合片 在仍有权购买Christensen的专利复合片， 目前处于领先地位。但与国外4 目前处于领先地位。但与国外4大家的差 距在渐渐拉大。 距在渐渐拉大。
2 3
先进钻头厂的标志
1 产品的钻速高，有效寿命(单只进尺)长; 2 品种、规格、型号多，加上有先进的选 用技术，于是钻头总的适用性强； 3 选用高性能的各种原材料，而且利用新 材料的技术比较高； 4 掌握快速精密设计技术，可针对特殊需 要设计专用钻头。 5 最根本的优势是科技投入大，拥有大量 最根本的优势是科技投入大， 专利；产品科技含量高，更新快。 专利；产品科技含量高，更新快。
我国主要牙轮钻头生产企业
1 《江钻股份》下属潜江和上海 个钻头厂。 江钻股份》下属潜江和上海2个钻头厂 个钻头厂。 生产牙轮、金刚石、 等油井钻头、 生产牙轮、金刚石、PDC等油井钻头、 等油井钻头 矿用和各种工程钻头。 矿用和各种工程钻头。规模和水平都占 国内领先地位，属中石化集团。 国内领先地位，属中石化集团。 2 《成都石油总机厂》主要生产牙轮钻头， 成都石油总机厂》主要生产牙轮钻头， 属中石油集团。 属中石油集团。 3 《宜春飞龙钻头制造有限公司》，原名 宜春飞龙钻头制造有限公司》 江西宜春第一机械厂 ，9446厂。 厂
我国主要PDC钻头厂 钻头厂 我国主要
1 川石-克锐大金刚石钻头厂。 川石 克锐大金刚石钻头厂。由四川石油局与 克锐大金刚石钻头厂 香港合资。其前身为与Hughes-Christensen 香港合资。其前身为与 合资的川石-克里斯坦森金刚石钻头厂 克里斯坦森金刚石钻头厂。 合资的川石 克里斯坦森金刚石钻头厂。 江钻股份。 江钻股份。 新疆与美国DBS公司合资的公司，胜利钻井研 新疆与美国DBS公司合资的公司， DBS公司合资的公司 究院，大港中成公司， 究院，大港中成公司，牡丹江东方金刚石钻 头公司， 头公司，黑龙江北方双佳钻采机具有限责任 公司，武汉地质大学长江钻头有限公司， 公司，武汉地质大学长江钻头有限公司，河 南漯河市超硬材料有限公司…等等 等等。 南漯河市超硬材料有限公司 等等。
又一个研究课题举例
• Pennsylvania 州立 大学和Dennis Tool 大学和 Company 正在进 行 “用微波处理先 进的钻井元件” 进的钻井元件” 。 用微波能量内加热 可以很快地把金刚 石与金属结合在一 起，而且性能比原 来方法提高20-30%。 来方法提高 。 • 研究经费＄64.6万， 研究经费＄ 万 时间3年 时间 年。
外国先进钻头 特色举例
Hughes的UltraMax系列的 单圈金属密封
* 滑动轴承用 固定在牙轮 上的有色金 属衬套， 属衬套，适 于高转速。 于高转速。 * 套的端面就 是金属密封 面。
UltraMax的特点和高可靠性 的特点和高可靠性