PDC钻头的特点和破岩机理
pdc钻头
PDC钻头1. 简介PDC钻头是一种常用于石油钻井的钻探工具。
PDC钻头由多个聚晶体金刚石（Polycrystalline Diamond Compact）切削元件组成，被广泛应用于地层钻探、岩石切割和石油开采中。
本文将介绍PDC钻头的结构、原理以及应用领域。
2. 结构PDC钻头主要由刀翼、钻头体和连接部分组成。
2.1 刀翼刀翼是PDC钻头的重要组成部分，通常由金刚石切削元件制成。
刀翼的数量、形状和布局对钻头的钻井性能和钻孔质量起着重要作用。
刀翼一般采用均匀分布的方式，以保证钻头在钻井过程中的均匀磨损。
2.2 钻头体钻头体是连接刀翼和连接部分的主要结构，通常由钢铁材料制成。
钻头体的设计需要考虑到钻井环境、井眼尺寸和钻头的稳定性等因素。
钻头体一般具有良好的强度和刚度，以确保钻头在高强度的钻井过程中不会发生变形或破损。
2.3 连接部分连接部分是将钻头与钻杆连接在一起的部分，通常采用标准的API连接方式。
连接部分需要具有良好的密封性和承载能力，以确保钻头和钻杆之间的传递力矩和转速。
3. 原理PDC钻头通过刀翼上的金刚石切削元件对地层进行切削和磨损，从而实现钻井的目的。
PDC钻头利用金刚石的高硬度和强大的切削能力，能够在岩石中快速切削并形成孔道。
PDC钻头的切削原理主要有两种：剪切和破碎。
3.1 剪切剪切是PDC钻头常用的切削方式之一。
当PDC钻头旋转时，刀翼上的金刚石切削元件与地层接触，通过相对运动切削地层。
金刚石的高硬度和切削元件的锋利边缘使得PDC钻头能够在地层中形成清晰而平滑的孔道。
3.2 破碎破碎是PDC钻头另一种常用的切削方式。
当地层硬度较高时，剪切切削效果可能不佳。
此时，PDC钻头通过施加较大的冲击力将地层破碎，进而形成孔道。
4. 应用领域PDC钻头广泛应用于石油、天然气和水井钻探领域。
其高效的切削能力和稳定的性能使其成为钻井操作中的重要工具。
4.1 石油钻井在石油钻井中，PDC钻头常用于垂直井、水平井和定向井的钻铤作业。
PDC钻头工作原理及相关特点
第二章 PDC 钻头工作原理及相关特点PDC 钻头是依靠安装在钻头体上的切削齿切削地层的，这些切削齿有复合片切削齿和齿柱式两种结构，它们的结构以及在钻头上的安装方式如图1-2所示。
复合片式切削齿是将复合片直接焊接在钻头体上预留的凹槽内而形成的。
它一般用于胎体钻头；齿柱式切削齿是将复合片焊接在碳化钨齿柱上而形成的，安装时将其齿柱镶嵌或焊接在钻头体上的齿空内，它一般用于钢体钻头，也有用于胎体钻头的。
复合片（即聚晶金刚石复合片）是切削齿的核心。
复合片一般为圆片状，其结构如图1-3所示，它是由人造聚晶金刚石薄层及碳化钨底层组成，具有高强度、高硬度及高耐磨性，可耐温度750℃。
人们早就从实验中发现，岩石的诸力学强度中，抗拉强度最低，剪切强度次之，而抗压强度最高，抗压强度往往比剪切强度高数倍至十多倍。
显然采用剪切方式破碎岩石比用压碎方式要容易而有效的多。
PDC 钻头的复合片切削结构正是利用了岩石这一力学特性，采用高效的剪切方式来破碎岩石，从而达到了快速钻井的(a) 复合片式切削齿 (b)齿柱式切削齿图1-2 切削齿在钻头上的安装方式图1-3 复合片的结构图1-4 PDC 钻头的切削方式目的。
当PDC钻头在软到中等级硬度地层进时，复合片切削齿在钻压和扭矩作用下克服地层应力吃入地层并向前滑动，岩石在切削齿作用下沿其剪切方向破碎并产生塑性流动，切削所产生的岩削呈大块片状，这一切削过程与刀具切削金属材料非常相似（见图1-4）。
被剪切下来的岩屑，再由喷嘴射出泥浆带走至钻头与井壁间的环空运至井外。
PDC钻头因使用了聚晶金刚石复合片作切削元件而使得切削齿有很高的硬度和耐磨性。
PDC齿的缺点是热稳定性差，当温度超过700℃时，金刚石层内的粘结金属将失效而导致切削齿破坏，因此PDC齿不能直接烧结在胎体上而只能采用低温钎焊方式将其固定在钻头体上。
在工作中，切削齿底部磨损面在压力作用下一直与岩石表面滑动摩擦要产生大量的摩擦热，当切削齿清洗冷却条件不好，局部温度较高时，就有可能导致切削齿的热摩损（350-700℃时，切削齿的磨损速度很快，这一现象称为切削齿的热磨损）而影响钻头正常工作，所以钻头要避免热磨损出现就必须有很好的水力清洗冷却，润滑作用配合工作，这就是要求泥浆从喷嘴流出后水力分布要合理，能有效地保护切削齿，这即是对钻头水力计的基本要求之一。
PDC钻头
PDC钻头一、产品特点金刚石复合片（PDC）是在高温条件下，由人造金刚石与硬质合金一次性合成的特殊超硬材料，它不但具有金刚石硬度高、耐磨等优点，同时还具备了硬质合金抗冲击性强、出刃大等特点，用它做钻头的刀翼可大大提高钻头的工作效率，是钻进中硬岩层和坚硬岩层的理想钻头。
本系列金刚石PDC钻头，托体采用优质钢材煅压成型，经过真空全自动热处理设备进行增加机械性能处理。
普通型采用国内优质复合片做刀翼，超强型采用美国GE公司生产的刀片，根据地质条件的不同选用相应的质量等级，可达到更高的产品性价比，达到节能高效的经济指标。
高强型金刚石钻头刀翼采用最新研制的球型金刚石刀片，特点是钻进速度快，抗冲击能力强。
当钻头钻进时，唇边用于正常均匀地层岩石的刮削，突出部分可以抑制钻头钻进过程中遇到缝隙时瞬间大幅度进尺，大大降低了钻头的意外损坏，提高了应对复杂岩层的钻进水平。
本公司生产的金刚石钻头遍布全国煤田、石油钻探、地质勘探、水利水电、铁路公路、隧道建设等行业。
两翼PDC锚杆钻头（半片标准型）适应岩层八级以下，在同等岩层条件下钻进寿命是普通合金钻头的10-30倍，效率至少提高60%以上，不需修磨，大大降低工人的劳动强度，节约工时。
两翼PDC锚杆钻头（半片加强型）刀翼关键原材料由美国GE公司生产，其金刚石含量是普通钻头的1.5倍，耐磨性极好，效率显著提高，综合成本降低，适应12级以下中硬岩层。
二、产品参数最佳适应岩层参数表：行号类型适应岩层1 普通PDC钻头F<10的软—中硬岩2 加强PDC钻头F=10－12的中硬岩3 高强PDC钻头F<18的硬岩金刚石复合片（PDC）钻头钻进规程建议参数表：行号规格mm 钻进规程参数钻压（Kg）转速（rpm）泵量（1╱min）1 Ф28 300—700 300—350 150—2002 Ф30 300—700 300—350 150—2003 Φ32 300—700 300—350 150—2004 Φ48 300—700 300—350 120—1605 Φ56 320—800 250—350 130—1806 Φ75 480—1200 200—300 150—2007 Φ94 640—1600 150—250 200—2508 Φ110 880—2200 120—200 200—3009 Φ152 1500—3000 100—200 500—85010 Φ190 1800—4000 100—200 600—120011 Φ230 2200—4500 100—200 750—140012 Φ270 2400－5000 100—200 1000－1500三、产品说明1、正常作业时，严禁突然反转改变运行方向，以防止复合片钻头脱落。
PDC钻头使用方法
PDC钻头使用方法PDC钻头使用方法一、PDC钻头的概述PDC钻头是一种常用的岩石钻探工具，被广泛应用于石油、天然气等领域的钻探作业中。
PDC是聚晶金刚石（PolyCrystalline Diamond Compact）的缩写，钻头的主要工作部分由多颗金刚石压制而成。
它具有高硬度、耐磨损、高效率的特点，在钻探作业中能够快速、有效地进行岩石的破碎和钻孔。
二、PDC钻头使用前的准备工作在使用PDC钻头之前，需要进行以下准备工作：1. 检查钻头质量首先，需要检查PDC钻头的质量。
检查的内容包括钻头的外观是否有损坏、金刚石表面是否完好等。
如果发现有任何破损或者质量问题，应及时更换钻头，以确保钻探作业的顺利进行。
2. 检查井底情况其次，需要对井底情况进行检查。
包括井底的地质条件、岩石硬度等。
对于不同的地质条件和岩石硬度，可能需要选择不同类型的PDC钻头以确保钻探进度和效率。
3. 选择合适的钻头根据井底情况的检查结果，选择合适的PDC钻头。
不同类型的PDC钻头有不同的特点和适用范围，需要根据具体情况进行选择。
三、PDC钻头的使用方法1. 安装钻头首先，将PDC钻头安装在钻杆上。
确保钻头和钻杆之间的连接紧固可靠，并进行必要的固定和调整。
2. 启动钻机启动钻机，并逐渐提高转速，使钻头进入钻孔。
在启动钻机之前要确保钻杆和钻头之间的连接紧固可靠，并且工作面积合适。
3. 监测钻探过程在钻探过程中，要随时监测钻探进度和钻头的工作状态。
特别是要注意钻头的磨损情况，及时调整下次钻探的参数和工艺。
4. 注重冲洗和清理在钻探过程中，要注重冲洗和清理钻头。
通过注入清洗液和使用特定的清洗工具，清理钻头上的岩石碎片和泥浆等杂物，以确保钻孔的顺利进展。
5. 注意工作安全在进行钻探作业时，要时刻注意工作安全。
包括佩戴必要的防护装备、遵守操作规程、保持工作场所的整洁等。
四、PDC钻头的维护与保养在使用PDC钻头之后，需要进行维护与保养工作，以延长钻头的使用寿命。
PDC钻头破岩原理及钻井参数选择探讨
摘 要本文针对PDC 钻头关键设计参数研究相对滞后、缺少一定的规律性、设计者常常根据经验或类比于其它钻头设计的现状，通过室内实验和数值模拟相结合的方法研冠了部剖面形状、后倾角度、切削齿尺寸、布齿密度、内锥角度、内外锥高度及冠顶位置等关键设计参数对PDC 钻头的影响规律。
研究结果表明：①在破岩效率上，切削齿尺寸与地层硬度成反比。
即在d k 值小于3.48的地层中，直径为19.05mm 的切削齿宜获得较高的机械钻速；d k 值在4.6～5.78的地层中，直径为16.10mm 的切削齿宜获得较高的机械钻速；②在d k 值小于3.48的地层中采用10°～15°后倾角，d k 值在d k =3．48～5.78的地层中采用15°～20°后倾角可明显提高钻进速度；③布齿密度与钻速成反比；④在d k 值小于3．48的地层中采用“直线-圆弧-直线”型剖面易获得较高的机械钻，d k 值在3.48～4.6的地层中采用“直线-圆弧-圆弧”型剖面易获得较高的机械钻速；⑤深内设计可提高钻头稳定性和切削齿寿命；内锥角在90°-160°范围变化时，随角度的增大，在钻压作用下，钻头冠部受力趋向均匀，扭矩对钻头内锥受力影响变化不明显；⑥高外锥设计可有效提高钻速；外锥角在25°～45°变化时，随角度的增大，外锥受力逐渐增大，钻压和扭矩对外锥影响明显；⑦冠顶半径与钻头半径之比设计为0.64时，钻头冠部应力集中现象明显降低。
本文的研究成果对PDC 钻头个性化设计有一定指导意义。
关键词：PDC 钻头；设计参数；破岩效率；钻头保径AbstractIn view of the research of PDC key parameter relative lag，little certain regularity and the designs often depending on experience or analogy to others，the author has studied a series of key parameters that impact on PDC drill bit through the laboratory experiment and the numerical simulation，such as the shape of crown,degree of back rake angle，the cogging size，the tooth density,the degree of inner cone，the height of inner/outer cone and the position of crown．The results of study show that：(1)The cogging size is in inverse proportion to formation hardness on broken rockk is less than 3．48，and the diameter of cogging isl 9.05mm，efficiency．When thedIt should obtain higher drilling rate．Also the drilling rate will be higher whenk isd3.48～5.78，and the diameter is 16.10mm．(2)The drilling rote can increase if the backk is less than 3.48，Also it will be higher rake angle is between 10°and 15°whendwhen the back rake angle is 15°and 20°andk is 3.48～5.78．(3)The cogging density isdin inverse proportion to the drilling speed．(4)Higher drilling speed can be got through the“straight line—arc-straight line”section whenk is less than 3.5．And it also can bedgot through“straight line-arc-arc'’section whenk is between 3.48～4.6．(5)The designdof deep inner cone can improve bit stability and cogging life．When the degree of inner cone changes in 90°～160°，the force of crown tends to evenly under the function of drill pressure with the degree of inner cone increasing，also the torque is not obvious to the force of the crown (6)The design of high outer gone may enhance drill rate effectively．The stress of outer cone increases gradually with the angle longer and longer,simultaneity the bit pressure and the torque are obvious to the outer cone when the outer cone changes from 25°to 45° (7)When the ratio of crown radius and bit radius is 0.64，the centralized phenomenon of stress of crown is obviously reduced．The research results have certain directive significance to individualized design of PDC bit．Key words：PDC bit；Design parameter；Rock breaking efficiency；Drill gage目录第1章前言 (1)1.1研究的目的及意义 (1)1.2国内外研究现状及存在的主要问题 (2)1.3论文主要研究内容 (4)第2章实验钻头设计 (5)2.1冠部剖面形状设计 (5)2.2切削齿尺寸设计 (10)2.3切削齿工作角度选择 (10)2.4布齿密度设计 (11)2.5切削齿布齿方式设计 (13)第3章室内钻进实验结果分析 (16)3.1切削齿尺寸对钻头破岩效率的影响规律 (16)3.2布齿密度对钻头破岩效率的影晌规律 (19)3.3冠部剖面形状对钻头破岩效率的影响规律 (21)第4章钻头保径技术研究 (23)4.1钻头保径技术的研究概况 (23)4.2保径器的分类 (27)结论 (34)参考文献 (35)致谢 (36)第1章前言1.1 研究的目的及意义钻头做为钻进过程中主要的岩石破碎工具，其质量的优劣、与岩性和其它钻井工艺条件是否适应，将直接影响钻井速度、钻井质量和钻井成本。
PDC钻头的特点和破岩机理
前言自PDC钻头问世以来，以其优良的性能及随之而带来的经济效益，越来越多的受道现场作业队的青睐。
然而美中稍有不足的是，在现场的应用中，PDC只是PDC 而以，也就是说，作业人员对其了解还不是很深刻。
鉴于此，本人欲从其特点，包括PDC钻头的设计特点和它的结构特点,还有其破岩机理上给予归纳、总结和分析、推理,以期望能为现场作业提供一点技术上的借鉴和参考.PDC钻头的特点和破岩机理摘要:本文在简要介绍了PDC钻头的物质成份,两大类别(胎体钻头和刚体钻头)及其不同物质在钻井作业过程中所起的作用的基础上,归纳、总结了PDC钻头特点,包括其设计特点和结构特点;同时较详细地分析了在打定向井时,PDC钻头的结构特征因素对造斜率的影响;另外也在分析、归纳、总结国内外专家、学者的独特见解的基础上,对PDC钻头的破岩机理,也在一定程度上给予阐述.并在此基础上,最后也提出了一些PDC钻头的选型依据.关键词: PDC钻头; 特点; 机理分析Abstract:This themsis briefly introduces which materials PDC bit is made from,how it is manufactured,and the different types of PDC bits,also shows you the principal functionsof the different materials of PDC bit in drilling----on the basis of these,summaries the characteristics of PDC bit,including its designing characteristics and structural characteristics,and specificly analyses the effect of its structural characteristics on the leaning ration in the controlled directional drilling.At the same time ,after studying the specific ideas of the different experts at home and abroad,to some extent,analyses and summaries the rock breaking mechanism of PDC bit.In the end ,on this basis,gives you some facters that can help you how to choose PDC bit effiently.Key words: PDC bit; characteristics; Mechanism analysis正文:近年内,随着PDC钻头的广泛应用,PDC钻头在型号和质量上都进行了较大的改进,已经在软到硬的地层中逐步使用,并且取得了较好的经济效益,为更好地使用PDC 钻头,使其最大限度地发挥优势,以便更好地服务于钻井作业,特从其特点和破岩机理方面撰写此文.PDC钻头者,就是聚晶金刚石复合片钻头,即Polycrystalline Diamond Compact Bit.其结构见图1-1所示,它示以金刚石为原料加入粘结剂在高温下烧结而成.复合片为圆片状,金刚石层厚度一般小于1mm,切削岩石时作为工作层,碳化钨基体对聚晶金刚石薄层起支撑作用.两者地有机结合,使PDC既具有金刚石地硬度和耐磨性,又具有碳化钨地结构强度和抗冲击能力.由于聚晶金刚石内晶体间地取向不规则,不存在单晶金刚石固有地解理面,所以PDC的抗磨性及强度高于天然金刚石的,且不易破碎.PDC由于多种材料的存在,热稳定性较差,同时脆性较强,不能经受冲击载荷.PDC钻头的特点1973年美国开发了聚晶金刚石复合片钻头,国外广泛应用于软-中硬地层.在中东和北海的深井及海洋钻井中首先获得了高井尺、高钻速,大大缩短了建井周期,降低了钻井成本,受到了钻境界的广泛重视,成为钻井工具的一项重大成就.国内对PDC钻头也引起了极大的关注和兴趣,随着钻井技术人员对PDC钻头的认识和实践,它正在逐步取得较好的使用效果.按钻头材料及切削齿结构划分,PDC钻头有钢体和胎体两大类别(间上图1-2) 胎体钻头用碳化钨粉末烧结而成,用人造聚晶金刚石复合片钎焊在碳化钨胎体上,用天然金刚石保径.碳化钨胎体耐冲蚀、耐磨、强度高、保径效果好.钻头水眼水道面积可以根据钻井工艺需要的水力参数来设计,有较大的灵活性.胎体外形可以根据地层特点设计,变化胎体形状只要改变模具而不需要增加设备.钢体PDC钻头,是用镍、铬、钼合金机械加工成形.经过热处理后在钻头体上钻孔,强人造聚晶金刚石复合片压入(紧配合)钻头体内,用柱状碳化钨保径.它比胎体钻头成本低20%左右,但不耐磨且易被冲蚀.PDC钻头的设计特点1.PDC钻头采用爪型设计PDC钻头的性能在很大程度上取决于切削齿的质量,PDC钻头都采用了高质量爪型齿和环形齿,经过与其它类型复合片对比试验分析,证明它具有抗剪强度高、耐冲击、寿命长、热稳定性能好的特点,与同尺寸普通PDC齿相比,爪型齿的金刚石含量提高了2.7倍,抗冲击破坏能力提高2倍.2.大刀翼设计全部PDC钻头系列的刀翼进行加高加大,采用超大排屑流道设计,可以更加有效的运移钻屑,清洗钻头,防止钻头泥包,提高机械钻速.3.抗回旋设计采用力学平衡设计,对PDC钻头进行螺旋保径设计、轨道布齿设计、缓冲块设计以保证钻头抗回旋性能.4.防泥包涂层设计和制造技术QP系列钻头可根据地层情况进行防泥包涂层设计,它采用了独特的对钻头表面负离子处理技术,使钻头表面带有负电荷,在钻头周围形成一个阳板,形成电流,钻头与钻井液之间形成一个水的集区,其作用就如同润滑剂或象隔板,在钻进中,泥页岩钻屑中的负离子与钢体表面的负电荷相斥,从而起到防泥包的效果.5.可修复性钢体PDC钻头的本体磨损和切削齿破碎后可进行修复和更换,使得钻头的使用成本大大降低.PDC钻头结构特征及此因素对造斜率的影响钻头的费用在一口井中的总费用中所占的比例不是很大,但选好和用好一只钻头对提高机械钻速、提高造斜率和降低全井费用却是关系重大.为了高速、优质、低成本地钻好定向井,应从定向钻井的独特性出发优选钻头.定向造斜段钻井的特点使使用井下马达,钻头转速高,钻头切削齿和钻头外径磨损快钻头寿命缩短.在定向段钻进过程中,需要钻头能保持住所要求的工具面角度,如果所选的钻头布能提供合适的导向能力,就会获取布到所设计的造斜率或偏离所定的方位.这样,就会增多纠斜和扭方位的次数或增多更换下部钻具组合的次数.由于PDC钻头具有无活动件、适应高转速低钻压钻进工况之特点和钻头使用寿命长的优点,因此更适合与动力钻具配合使用,多次现场施工结果表明,动力钻具+PDC钻头钻进方式有利于提高钻井速度,减少起下钻次数、保证钻具安全,取得了动力钻具+牙轮钻头钻进方式无法比拟的技术经济效益.常规定向井施工主要时通过选择合适的造斜工具（弯接头+动力钻具、单弯动力钻具、双弯动力钻具等）调整侧向力的大小，从而控制造斜率的高低，而同样的侧向力与不同结构的PDC 钻头配合对造斜率时有极大的影响的。
pdc钻头名词解释
PDC钻头名词解释1. 引言PDC钻头是石油钻采工具之一，广泛用于石油勘探和采油作业中。
本文将对PDC钻头进行详细解释，并探讨其相关技术和应用。
2. PDC钻头概述钻头是一种用于在地下钻孔的工具，PDC钻头是其中一种类型。
PDC（多立克结晶体）是一种非常坚硬的合成金刚石制成的切削材料，常常用于制造高效、耐用的钻头。
PDC钻头以其高度的切削效率和出色的耐磨性而备受石油工业的青睐。
3. PDC钻头结构和原理PDC钻头通常由刀具体和钻头体两部分组成。
3.1 刀具体刀具体是PDC钻头的中央部位，由多个PDC切削齿粘结在刀具体表面上。
这些切削齿通常由金刚石颗粒通过高温高压制成，然后与刀具体表面粘合。
PDC切削齿的形状和布局可以根据不同的应用需求进行设计，以实现更好的切削效果和稳定性。
3.2 钻头体钻头体是PDC钻头的外层部分，通常由高强度的合金材料制成。
它的主要功能是固定PDC切削齿和传递钻探液到切削部位，同时提供必要的强度和刚性，以抵抗来自地下岩石的巨大压力和摩擦。
3.3 工作原理PDC钻头通过旋转的方式将切削齿与地下岩石接触，产生摩擦力，将岩石表面磨削下来。
同时，钻探液通过钻头体进入切削部位，冲刷碎屑并冷却钻头。
切削过程中，切削齿会因摩擦而加热，但由于PDC切削齿具有良好的导热性，它们能迅速散发热量，避免过热造成切削效率下降或切削齿破碎。
4. PDC钻头的优势相比传统的钻头类型，PDC钻头具有许多优势。
4.1 高效切削PDC钻头采用多个粘合在刀具体上的PDC切削齿，这种设计可以实现高效的切削，快速消耗岩石表面，提高钻探效率。
4.2 耐磨性强PDC切削齿具有良好的耐磨性，能够承受长时间的高强度切削，减少了频繁更换切削齿的需要，提高了钻头的使用寿命。
4.3 高度稳定PDC钻头的切削齿布局和形状经过精心设计，可以实现平衡切削力和稳定性。
它们减少了钻头的震动和偏离轨迹的可能性，确保了钻孔的准确度和质量。
4.4 适应多种地质环境PDC钻头可以适应各种地质环境，如软土、硬岩、砾石等。
金刚石钻头与PDC钻头
浅锥形
特点：钻头的磨损更为平衡。 适用范围：转盘钻井、井下动力钻井及定向钻井都比较稳定，最适合于 钻可能遇到硬夹层的地区。
冠部面积最小，水力能量集中，易于清洗。其外形有较长的保径齿，能 适当扶正。复合片密度不宜过大。
，
短抛物线形
特点：快速钻进中，能保持方位和井斜。 适用范围：只适用于钻盘钻井，钻进夹层。
胎体形状即工作剖面，主要是指工作面的几何形状和工作面积的大小，是根据适用不 同岩性而设计的。
双锥阶梯形剖面 软到中硬地层
双锥形剖面 较硬地层
“B”型剖面 硬地层
带波纹的“B”型剖面
坚硬地层
(3) 切削刃
金刚石钻头的切削刃根据金刚石颗粒镶装在胎体上的形式有表镶式、孕镶式 和表孕镶式三种。
把金刚石颗粒只镶在胎体表面上层。 表镶式 颗粒大小：0.5~1.5粒/克拉，出刃高度：1/3~1/4，棱角不宜尖锐， 以免钻进中崩裂。 把金刚石颗粒均匀分布在钻头工作面胎体金属层的一定厚度层 内，随胎体磨损，金刚石颗粒不断露出而不断磨削岩石，并不 断自锐，不断磨损，直到金刚石磨完为止。 颗粒粒度：20~200粒/克拉，棱角越大越好，孕镶层厚度： 2~12mm。 表孕镶式 是在表镶式钻头工作面上薄弱部分的胎体内，孕镶一层金刚石。 破碎效果好，寿命长。
倒角切削齿
通过分散作用在切削 刃上的力，及增加金 刚石与地层的接触面 积，改善PDC层的破 碎强度和研磨强度。
凸圆形切削齿
可以使刚 产生的岩屑失 去平衡，有效 防止泥包钻头 现象。
齿状碳化钨基柱
是在碳化钨 基柱圆周加工出 齿状，增加基柱 与钻头体之间的 紧配合强度，以 防止基柱转动而 脱落。
（3）切削齿的排列方向
PDC钻头设计中用负前角、侧偏角和切削齿出露高度来 规定切削齿的排列方向。
优选PDC钻头提高钻井速度的浅析
浅谈优选PDC钻头提高钻井速度[引言]提高机械钻速是一个复杂的综合性课题，它不仅受地质条件的影响，还要受地面设备、钻具、钻头选型、钻井液密度和钻井参数等多种因素的影响。
近年来，由于PDC钻头在设计技术和操作方面的较大改进使得人们也越来越喜欢使用PDC钻头。
在2000年，PDC钻头的钻井进尺仅占总钻井进尺的26％，2003年增加为50％，而2006年PDC钻头的钻井进尺已经占到总钻井进尺的60％。
本文针对PDC 钻头特性分析，仔细分析其在胜利油田适宜和不适宜钻进的地层岩性，给出了钻头选型及钻井参数选择原则，并对应用效果进行了浅析。
希望对以后类似地层井段钻头选型具有一定指导意义。
1．PDC钻头的特征分析PDC钻头是用人造聚晶金刚石切削齿(复合片齿柱)钎焊于钻头胎体(或银嵌于钻头钢体)上而成的一种新型切削型钻头。
由于它在钻井过程中具有独特的自锐-剪切破岩机理，能量消耗少，无活动件，耐冲蚀性能强，对压差敏感小，适应各种钻井液等特点，在低钻压下不仅可获得高钻速和高进尺，而且工作平稳，使用寿命长，成为快速钻井中高效、经济、安全的优良钻井工具。
为此，在钻井现场使用PDC钻头前要作好其特征分析，为优选作好准备。
1. 1布齿特征刮刀式布齿方式是将切削齿沿着从钻头中心附近到保径部位的直线和螺旋线布置在胎体刮刀上，在适当的位置布置喷嘴或水眼，每个喷嘴或水眼起到冷却或清洗一个或两个刮刀片上的切削齿的作用。
采用这种布齿方式的PDC钻头具有整体强度高、抗冲击能力强、易于清洗和冷却、排屑好、抗泥包能力强的特点。
单齿式布齿方式是将切削齿单独布置在钻头工作而上，在适当的地方布置喷嘴或水眼，泥浆从喷嘴流出后，切削齿受到清洗和冷却，同时也起到阻流与分配液流的作用。
这种结构的布齿区域大、布齿密度高，可以提高钻头的使用寿命，但水力控制能力低，容易在粘性地层泥包。
组合式切削齿的布置方式采用直线刮刀式和成组式相结合的方式，在适当的地方布置喷嘴或水眼。
pdc钻头的原理与应用
PDC钻头的原理与应用1. 简介PDC钻头是一种新型的刀具，它采用多个聚晶金刚石（Polycrystalline Diamond Compact，PDC）片嵌入钢体基体制成，广泛用于石油勘探和开发领域。
本文将介绍PDC钻头的原理和应用。
2. PDC钻头的原理PDC钻头的原理是将多个聚晶金刚石片嵌入钢体基体制成，利用聚晶金刚石的高硬度和耐磨性，以及钢体基体的韧性和强度，实现高效的钻井作业。
PDC钻头的原理主要包括以下几个方面：2.1 聚晶金刚石片PDC钻头采用的聚晶金刚石片由多个金刚石颗粒和金属结合剂组成，具有高硬度、耐磨性好等特点。
聚晶金刚石片通过特定的制备工艺，使得每个金刚石颗粒都与周围的颗粒紧密结合，形成一个整体。
2.2 钢体基体钢体基体是PDC钻头的主体部分，它由高强度的钢材制成。
钢体基体承载着聚晶金刚石片，并且通过特定的工艺将聚晶金刚石片与钢体基体紧密结合，形成一个整体结构。
钢体基体具有良好的韧性和强度，能够有效地传递钻井力，同时保护聚晶金刚石片。
2.3 刀具形态PDC钻头的刀具形态通常有平面PDC钻头、锥度PDC钻头和斜面PDC钻头等。
不同形态的刀具适用于不同的地质条件和钻井需求。
例如，平面PDC钻头适用于较硬的地质层，而锥度PDC钻头适用于软、粉状的地质层。
2.4 作用原理PDC钻头在钻井作业中，通过旋转和下压力来完成钻井作业。
当PDC钻头旋转时，聚晶金刚石片切削岩石，同时钢体基体提供支撑和切削力。
通过连续的旋转和下压力，PDC钻头可以持续地切削岩石，实现高效的钻井作业。
3. PDC钻头的应用PDC钻头由于其优良的性能，在石油勘探和开发领域得到了广泛的应用。
主要应用于以下几个方面：3.1 石油勘探PDC钻头可以在石油勘探中使用，用于钻取各种类型的地层。
由于其高硬度和耐磨性，PDC钻头可以有效地切削各种岩石，包括硬质岩石和软质岩石。
在石油勘探中，PDC钻头可以提高钻探的效率，减少钻井时间，降低勘探成本。
pdc钻头工作原理
pdc钻头工作原理
PDC钻头（聚晶金刚石钻头）是一种用于钻井穿越地层的工具。
它由金刚石颗粒和金属结合剂制成。
PDC钻头的工作原理如下：
1. 切削地层：PDC钻头的主要工作部分是刀翼。
刀翼上镶嵌有大量的金刚石颗粒。
当钻杆旋转时，刀翼会与地层接触并切削地层。
2. 破碎地层：金刚石颗粒具有非常高的硬度和耐磨性。
当刀翼与地层接触时，金刚石颗粒会磨擦和破碎地层，将地层断裂成小块。
3. 清除碎屑：钻井时，钻泥会通过钻杆注入到钻孔中。
在切削地层的过程中，钻泥会冲刷碎屑并把它们带上地面。
4. 冷却和润滑：钻头的钻杆内部和外部都有润滑液循环系统。
润滑液冷却钻头，防止过热，并减少钻头与地层的摩擦。
5. 控制钻向：钻头的设计和使用可以控制钻井的方向。
通过改变刀翼的角度和形状，可以调整钻头的钻向，使其按照预定的路径前进。
综上所述，PDC钻头通过切削、破碎、清除碎屑等方式，实现了穿越地层的目标。
它的高硬度和耐磨性使得PDC钻头具有更长的使用寿命和更高的效率，被广泛应用于石油勘探和钻井行业。
PDC钻头工作原理及相关特点剖析
------------------------------------------------------------精品文档-------------------------------------------------------- 钻头工作原理及相关特点第二章PDC第二章 PDC钻头工作原理及相关特点钻头是依靠安装在钻头体上的切削齿切削地层的，这些切削齿有复合片PDC复它们的结构以及在钻头上的安装方式如图1-2所示。
切削齿和齿柱式两种结构，合片式切削齿是将复合片直接焊接在钻头体上预留的凹槽内而形成的。
它一般用于胎体钻头；齿柱式切削齿是将复合片焊接在碳化钨齿柱上而形成的，安装时将其齿柱镶嵌或焊接在钻头体上的齿空内，它一般用于钢体钻头，也有用于胎体钻头的。
复合片（即聚晶金刚石复合片）是切削齿的核心。
复合片一般为圆片状，其结高它是由人造聚晶金刚石薄层及碳化钨底层组成，具有高强度、构如图1-3所示，(b)齿柱式切削齿(a) 复合片式切削齿图1-3 复合片的结构图1-2 切削齿在钻头上的安装方式硬度及高耐磨性，可耐温度750℃。
剪切强度次之，抗拉强度最低，人们早就从实验中发现，岩石的诸力学强度中，而抗压强度最高，抗压强度往往比剪切强度高数倍至十多倍。
显然采用剪切方式钻头的复合片切削结构正是利用破碎岩石比用压碎方式要容易而有效的多。
PDC了岩石这一力学特性，采用高效的剪切方式来破碎岩石，从而达到了快速钻井的钻头的切削方式PDC 1-4 图第二章PDC钻头工作原理及相关特点目的。
当PDC钻头在软到中等级硬度地层进时，复合片切削齿在钻压和扭矩作用下克服地层应力吃入地层并向前滑动，岩石在切削齿作用下沿其剪切方向破碎并产生塑性流动，切削所产生的岩削呈大块片状，这一切削过程与刀具切削金属材料非常相似（见图1-4）。
被剪切下来的岩屑，再由喷嘴射出泥浆带走至钻头与井壁间的环空运至井外。
PDC钻头因使用了聚晶金刚石复合片作切削元件而使得切削齿有很高的硬度和耐磨性。
PDC钻头工作原理及相关特点剖析
PDC钻头工作原理及相关特点剖析1.工作原理PDC钻头主要由钻头主体、切削结构和钻头连接装置组成。
其中，切削结构是PDC钻头的核心部分。
切削结构通常由若干个聚晶金刚石片组成，这些片通过硬质合金基体和钻头主体连接在一起。
当钻具旋转时，切削结构上的聚晶金刚石片与钻井地层接触，通过摩擦和冲击力来实现岩石的切削和破碎，从而实现钻井作业的目的。
PDC钻头之所以能够高效地进行切削，主要得益于聚晶金刚石的特殊结构和性质。
聚晶金刚石是通过高温高压合成的人工合成金刚石材料，其硬度远远高于地层中的普通岩石。
同时，聚晶金刚石具有非常好的热稳定性，能够在高温环境下保持其切削能力。
因此，PDC钻头在钻井过程中能够快速、高效地切削地层，提高钻孔速度和钻井效果。
2.相关特点（1）高硬度：PDC钻头主体采用硬质合金材料，而切削结构上的聚晶金刚石片具有非常高的硬度。
这使得PDC钻头能够抵御地层中较硬岩石的切削和破碎，提高钻井效率。
（2）良好的耐磨性：聚晶金刚石具有很高的耐磨性能，即使处在高速旋转和高压力下，也能保持较长时间的使用寿命。
这使得PDC钻头在长时间连续作业中具有更好的性能稳定性。
（3）良好的热稳定性：PDC钻头的聚晶金刚石片在高温环境下依然能够保持较好的切削能力，不易产生塑性变形和热损伤。
这使得PDC钻头在高温油气田勘探钻井中得到广泛应用。
（4）低扭矩：由于PDC钻头的切削面积较大，钻进过程中产生的扭矩相对较小，可以减少钻井设备的负荷和能耗，提高钻井作业的效率。
（5）钻速快、钻屑排除好：PDC钻头具有较大的切削面积和切削速度，可以快速破碎地层岩石，提高钻井速度。
同时，切削结构上的切削槽和孔水精心设计，有利于钻屑的排除，减少钻井堵塞的风险。
（6）适应性广：PDC钻头适用于钻探各种地层，如软岩、硬岩、砂岩、页岩等。
可以用于直钻、倾斜钻和水平钻井，满足不同场地和作业需求。
综上所述，PDC钻头以其高硬度、高抗磨损性和高热稳定性等特点，在石油和天然气勘探钻井领域得到广泛应用。
PDC钻头工作原理及相关特点
第二章 PDC 钻头工作原理及相关特点PDC 钻头是依靠安装在钻头体上的切削齿切削地层的，这些切削齿有复合片切削齿和齿柱式两种结构，它们的结构以及在钻头上的安装方式如图1-2所示。
复合片式切削齿是将复合片直接焊接在钻头体上预留的凹槽内而形成的。
它一般用于胎体钻头；齿柱式切削齿是将复合片焊接在碳化钨齿柱上而形成的，安装时将其齿柱镶嵌或焊接在钻头体上的齿空内，它一般用于钢体钻头，也有用于胎体钻头的。
复合片（即聚晶金刚石复合片）是切削齿的核心。
复合片一般为圆片状，其结构如图1-3所示，它是由人造聚晶金刚石薄层及碳化钨底层组成，具有高强度、高硬度及高耐磨性，可耐温度750℃。
人们早就从实验中发现，岩石的诸力学强度中，抗拉强度最低，剪切强度次之，而抗压强度最高，抗压强度往往比剪切强度高数倍至十多倍。
显然采用剪切方式破碎岩石比用压碎方式要容易而有效的多。
PDC 钻头的复合片切削结构正是利用了岩石这一力学特性，采用高效的剪切方式来破碎岩石，从而达到了快速钻井的(a) 复合片式切削齿 (b)齿柱式切削齿图1-2 切削齿在钻头上的安装方式图1-3 复合片的结构图1-4 PDC 钻头的切削方式目的。
当PDC钻头在软到中等级硬度地层进时，复合片切削齿在钻压和扭矩作用下克服地层应力吃入地层并向前滑动，岩石在切削齿作用下沿其剪切方向破碎并产生塑性流动，切削所产生的岩削呈大块片状，这一切削过程与刀具切削金属材料非常相似（见图1-4）。
被剪切下来的岩屑，再由喷嘴射出泥浆带走至钻头与井壁间的环空运至井外。
PDC钻头因使用了聚晶金刚石复合片作切削元件而使得切削齿有很高的硬度和耐磨性。
PDC齿的缺点是热稳定性差，当温度超过700℃时，金刚石层内的粘结金属将失效而导致切削齿破坏，因此PDC齿不能直接烧结在胎体上而只能采用低温钎焊方式将其固定在钻头体上。
在工作中，切削齿底部磨损面在压力作用下一直与岩石表面滑动摩擦要产生大量的摩擦热，当切削齿清洗冷却条件不好，局部温度较高时，就有可能导致切削齿的热摩损（350-700℃时，切削齿的磨损速度很快，这一现象称为切削齿的热磨损）而影响钻头正常工作，所以钻头要避免热磨损出现就必须有很好的水力清洗冷却，润滑作用配合工作，这就是要求泥浆从喷嘴流出后水力分布要合理，能有效地保护切削齿，这即是对钻头水力计的基本要求之一。
pdc钻头破岩机理
PDC（Polycrystalline Diamond Compact）钻头是石油和天然气行业中广泛使用的钻井工具，因其高效破岩能力而受到青睐。
以下是关于PDC钻头破岩机理的概述：1. 切削作用PDC钻头的核心是其切削齿，这些切削齿由人造多晶金刚石（PCD）材料制成。
这种材料具有极高的硬度和耐磨性，使得PDC钻头能够在岩石中进行高效的切削工作。
2. 剪切破碎在破岩过程中，PDC钻头主要通过剪切力来破碎岩石。
当钻头旋转时，切削齿与岩石接触并施加一个剪切力，这会导致岩石内部产生裂纹，并最终导致岩石破裂。
3. 冲击破碎虽然PDC钻头主要依靠剪切力破岩，但在某些条件下，如硬质地层或复杂地层，冲击力也起着一定的作用。
通过调整钻井参数，例如提高转速和下压力，可以增强冲击破碎的效果。
4. 牙轮辅助破岩一些PDC钻头设计包含有小尺寸的牙轮，这些牙轮可以在钻进过程中提供额外的冲击破碎效果，尤其是在遇到更硬的地层时。
5. 齿形和布齿密度PDC钻头的性能很大程度上取决于切削齿的形状、大小以及布齿密度。
通过优化这些参数，可以提高钻头的适应性和效率。
6. 摩擦磨损和热效应尽管PDC钻头非常耐磨，但长时间使用后也会受到摩擦和热的影响，导致切削齿的磨损。
因此，在设计和使用PDC钻头时，需要考虑到这些因素，并采取相应的措施来减少磨损，延长钻头寿命。
7. 动力学分析为了更好地理解和优化PDC钻头的破岩性能，研究人员通常会进行动力学分析，包括扭转冲击试验等，以揭示影响破岩效率的具体因素，如切削齿尺寸、后倾角和布齿密度等。
综合以上各个方面，PDC钻头能够有效地破碎岩石，实现高效率的钻井作业。
通过对破岩机理的研究和实验，可以不断改进PDC钻头的设计和使用方法，以应对各种复杂的地质条件。
PDC锚杆钻头的破岩机理及其优化设计的开题报告
PDC锚杆钻头的破岩机理及其优化设计的开题报告一、研究背景随着现代建筑、隧道、地铁等基础设施建设的快速发展，对于破岩技术的需求不断增加。
而钻探技术作为一种重要的破岩技术，在工程领域中具有广泛应用。
PDC锚杆钻头是钻探技术中常见的一种破岩工具，具有效率高、寿命长等优点，因此在实际工程中被广泛使用。
然而，由于钻探环境的复杂性，传统的PDC锚杆钻头在实际应用中还存在一些问题，如破岩效率低、易损坏等，因此需要对其进行优化设计。
二、研究内容及目的本文主要对PDC锚杆钻头的破岩机理进行深入研究，并结合优化设计理论，对其进行优化设计。
具体内容包括以下几个方面：1. 对PDC锚杆钻头的构造进行分析，确定其主要破岩机理；2. 在深入分析PDC锚杆钻头破岩机理的基础上，提出优化设计策略；3. 通过数值模拟和实验验证，对优化后的PDC锚杆钻头进行测试和评估。
本文旨在提高PDC锚杆钻头的破岩效率、延长其使用寿命，为工程现场的破岩工作提供更可靠的支持。
三、研究方法在本文中，研究方法主要包括以下几个方面：1. 理论分析：对PDC锚杆钻头的构造进行分析，确定其主要破岩机理；2. 数值模拟：使用有限元软件进行PDC锚杆钻头的数值模拟，以验证其破岩效率和寿命；3. 实验验证：通过试验验证优化后的PDC锚杆钻头的破岩效率和寿命；4. 统计分析：对试验结果进行统计分析，比较优化前后的破岩效率和寿命。
四、研究意义本文将对PDC锚杆钻头的破岩机理进行深入研究，确定其主要破岩机理和优化设计策略，为钻探工程提高工作效率和减少损坏提供技术支持。
同时，本文还将深入探究钻头破岩机理的基本规律，拓宽破岩工程的研究视角，为破岩技术的发展提供参考和借鉴。
浅谈PDC钻头的使用
浅谈PDC钻头的使用首先，PDC钻头的结构特点是由聚晶金刚石片组成。
聚晶金刚石是由高温高压下人工合成的一种具有均匀结构和均匀硬度的功能材料，其硬度仅次于自然金刚石。
聚晶金刚石片固定在钻头刀具上，可以直接与岩石接触，具有很高的切削能力。
其次，PDC钻头的应用范围非常广泛。
PDC钻头适用于各种地质环境和井段类型，例如软岩、硬岩、致密油层、煤层等。
与传统的钻井工艺相比，PDC钻头能够提高钻进速度、降低钻井成本、减少钻井事故的发生，因此得到了广泛的应用。
在使用PDC钻头时，需要注意以下几点：首先，合理选择PDC钻头。
根据地层的硬度、颗粒度和尺寸等因素来选择合适的PDC钻头。
一般来说，钻进较硬的地层时需要选择具有较大颗粒度和较高硬度的PDC钻头，而钻进较软的地层时则需要选择具有较小颗粒度和较低硬度的PDC钻头。
其次，正确调整钻进参数。
在不同地层和井段中，需要根据具体情况来调整钻进参数，包括转速、钻进压力、切削速度等。
过高的转速和钻进压力可能会导致PDC钻头过早磨损或甚至损坏，过低的转速和钻进压力则可能导致无法稳定地钻井。
此外，定期进行钻头修复和更换也是必要的。
由于PDC钻头在钻井过程中会受到很高的工作负荷和局部超负荷的磨损，因此定期对钻头进行修复和更换是必要的。
一般情况下，当PDC钻头磨损超过一定程度时，需要及时更换。
最后，加强对PDC钻头的维护和保养。
PDC钻头在使用过程中需要进行定期的清洗和润滑，以保持其正常工作和延长使用寿命。
同时，还需要进行防腐和防锈处理，以避免钻头表面生锈和腐蚀。
总之，PDC钻头是一种功能强大、使用广泛的钻井工具。
在使用PDC 钻头时，需要合理选择钻具，调整钻进参数，定期修复和更换钻头，并加强维护和保养工作。
只有这样，才能更好地发挥PDC钻头的优势，提高钻进效率，降低钻井成本，确保钻井安全。
pdc钻头名词解释
pdc钻头名词解释PDC钻头（Polycrystalline Diamond Compact）是一种用于石油和天然气勘探的钻井工具。
它由一块人工合成的聚晶金刚石覆盖在硬质合金的基体上构成。
PDC钻头的核心组件是聚晶金刚石覆盖层，它是通过高温高压合成技术制造而成。
聚晶金刚石是由许多小颗粒的金刚石晶粒以高温高压下结合在一起形成的。
这种结构使得PDC钻头具有非常高的硬度和耐磨性，能够在极端的地质条件下进行钻探。
PDC钻头的基体通常由硬质合金制成，它具有良好的强度和刚性。
硬质合金是由金属碳化物颗粒（如钨碳化物）和金属粉末（如钴）通过高温烧结而成。
这种基体的作用是支撑聚晶金刚石覆盖层，并传递旋转力和钻进力到岩石中。
PDC钻头由于其独特的结构和材料特性，具有许多优点。
首先，由于金刚石的硬度和耐磨性，PDC钻头能够在极硬的岩石中进行高效的钻探，提高了钻井的速度和效率。
其次，由于聚晶金刚石的高热导性，PDC钻头能够快速散热，减少了钻头的热损伤，延长了使用寿命。
此外，PDC钻头还具有较好的自清洁能力，减少了岩屑的堵塞和钻头卡钻的风险。
然而，PDC钻头也存在一些挑战。
首先，由于聚晶金刚石的高硬度，钻头在遇到大块的岩石时容易产生卡钻和断刀的问题。
其次，钻头的成本相对较高，需要进行精细的加工和合成。
此外，PDC钻头对钻井液的选择也比较敏感，需要根据地质条件和井筒要求进行调整。
总的来说，PDC钻头是一种先进的钻井工具，具有高效、耐用和适应性强的特点。
随着技术的不断发展，PDC钻头在石油和天然气勘探中的应用越来越广泛，为资源开发和能源产业的发展做出了重要贡献。
PDC钻头的原理和应用
PDC钻头的原理和应用摘要PDC钻头在胜利油田的成功应用,大大地提高了机械钻速。
但由于PDC 钻头在结构与钻进参数上的特殊性,造成其在定向井中井眼轨迹控制方面的不足。
关键词PDC;原理;定向井;问题1对PDC钻头的分析PDC钻头于20世纪70年代投入应用。
在过去的30多年中,大量的技术进步使PDC钻头在钻头市场上占有重要份额,并且成增长趋势。
过去,PDC钻头只限于钻软到中硬地层,不能钻研磨性地层。
今天,大量的发明和技术突破使PDC钻头的钻速更快、钻井质量更好而且钻井深度更深,其应用范围也扩大到硬地层和研磨性地层。
1.1聚晶金刚石复合片(PDC)钻头的材料聚晶金刚石复合片是以金刚石粉为原料加入粘结剂在高温高压下烧结而成。
由于聚晶金刚石内晶体间的取向不规则,不存在单晶金刚石所固有的解理面,所以PDC的抗磨性及强度高于天然金刚石且不易破碎。
但由于多种材料的存在,热稳定性较差,同时脆性较强,不能经受冲击载荷。
后来随着PDC钻头的技术进步使得聚晶金刚石薄片与碳化钨圆片接触面的几何形状有了改进,也使PDC钻头的热稳定极限也由原先的700。
C提高到1150℃。
1.2聚晶金刚石复合片(PDC)钻头的结构与牙轮钻头不同,PDC钻头没有运动部件。
按钻头体材料及切削齿结构把PDC钻头分为胎体及钢体两类。
胎体钻头的钻头体用碳化钨制成,再将复合片直接焊接在本体;钢体钻头的钻头体用整块的合金钢加工而成,再将复合片焊接在碳化钨材料齿柱上制成切削齿,然后将切削齿镶嵌在钻头体上。
1.3PDC钻头的水力结构PDC钻头采用水眼供给钻井液,通过切削齿的排列分配钻井液的方式保证切削齿的清洗、冷却和润滑。
PDC钻头有刮刀式、单齿式和组合式三种排列及分布方式。
1.4PDC钻头的工作原理PDC钻头工作原理和刮刀钻头基本相同。
1)PDC钻头在钻进某些硬地层时,在钻压作用下压入岩石,使与金刚石接触的岩石处于极高的应力状态而使岩石呈现塑性。
在塑性(或岩石在应力作用下呈塑性)地层,金刚石吃入地层并在钻头扭矩的作用下使前方的岩石内部发生破碎或塑性流动,脱离岩石基体,形成岩屑。
PDC钻头钻井岩屑录井技术探讨
PDC钻头钻井岩屑录井技术探讨1、前言PDC钻头技术创新带来的高钻速、高时效，有利于降低钻井总成本，提高经济效益，但同时由于钻屑量小，砂泥岩之间的钻井时间变化不大，给岩屑录井带来了诸多问题。
PDC钻头不仅降低了油气发现率和测井剖面符合率，而且给地层对比、岩性归位和油气藏解释带来困难。
面对上述挑战，应开展PDC岩屑测井随钻岩性识别技术研究，进一步完善岩性识别和油气显示快速评价解释技术，提高油田整体勘探开发效益。
2、pdc钻头钻井特点及对地质录井影响然而，PDC钻头钻井对地质测井有很大影响：a.pdc钻头钻进时岩屑特别细小，一部分融入泥浆内造成岩屑捞取量很少。
同时，过细的岩屑给清洗工作带来较大的困难，较难获得可靠的、能真观反映地层情况的岩屑。
b、岩屑回收量小，加上砂岩岩屑颗粒与泥浆充分接触，岩屑清理过程中油气逸出严重，导致常规地质测井中油气显示普遍减少。
c.岩屑细小，现场挑样极为困难，有时挑样任务无法完成，影响地化分析和地质油气取样。
d.由于钻时较快，传统的色谱分析周期长，常常漏失薄层油气层，给薄层油气层的发现和解释带来困难。
e、由于岩屑很小，尤其是使用小型复合钻头时，岩屑几乎呈粉状，因此很难描述岩屑。
f、砂岩和泥岩的钻井时间相差不大，这使得在野外测井中很难划分岩性界面和岩性归位。
3、pdc钻头岩屑录井技术探讨3.1准确记录钻孔时间，及时测量迟到时间钻时是地层可钻性的最直接的反映。
传统概念上，正常的砂泥岩剖面使用牙轮钻头应该是砂岩可钻性好，泥岩可钻性差，但使用pdc钻头则不尽然。
不同的坳陷或不同的油田、区块及地层的砂泥岩钻时各具特征。
总体上讲，西部新疆、陕北地区使用pdc钻头时，钻时基本上能够正确反映地层的砂泥岩变化。
例如，在准噶尔盆地腹部的中央坳陷带、鄯善油田等地区，侏罗纪地层是主要目的层，无论使用牙轮钻头或pdc钻头，砂泥岩钻时变化均较明显。
分析原因可能是因为该区内目的地层沉积较古老，泥岩埋藏深，压实性较好；砂岩大部分成分为石英、长石，呈次圆状―圆状，分选好，泥质胶结，疏松―较疏松。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
前言自PDC钻头问世以来，以其优良的性能及随之而带来的经济效益，越来越多的受道现场作业队的青睐。
然而美中稍有不足的是，在现场的应用中，PDC只是PDC 而以，也就是说，作业人员对其了解还不是很深刻。
鉴于此，本人欲从其特点，包括PDC钻头的设计特点和它的结构特点，还有其破岩机理上给予归纳、总结和分析、推理，以期望能为现场作业提供一点技术上的借鉴和参考。
PDC钻头的特点和破岩机理摘要:本文在简要介绍了PDC钻头的物质成份，两大类别(胎体钻头和刚体钻头)及其不同物质在钻井作业过程中所起的作用的基础上，归纳、总结了PDC钻头特点，包括其设计特点和结构特点;同时较详细地分析了在打定向井时，PDC钻头的结构特征因素对造斜率的影响;另外也在分析、归纳、总结国内外专家、学者的独特见解的基础上，对PDC钻头的破岩机理，也在一定程度上给予阐述。
并在此基础上，最后也提出了一些PDC钻头的选型依据。
关键词: PDC钻头; 特点; 机理分析Abstract:This themsis briefly introduces which materials PDC bit is made from，how it is manufactured，and the different types of PDC bits，also shows you the principal functionsof the different materials of PDC bit in drilling----on the basis of these，summaries the characteristics of PDC bit，including its designing characteristics and structural characteristics，and specificly analyses the effect of its structural characteristics on the leaning ration in the controlled directional drilling。
At the same time ，after studying the specific ideas of the different experts at home and abroad，to some extent，analyses and summaries the rock breaking mechanismof PDC bit。
In the end ，on this basis，gives you somefacters that can help you how to choose PDC biteffiently。
Key words: PDC bit; characteristics;Mechanism analysis正文:近年内，随着PDC钻头的广泛应用，PDC钻头在型号和质量上都进行了较大的改进，已经在软到硬的地层中逐步使用，并且取得了较好的经济效益，为更好地使用PDC钻头，使其最大限度地发挥优势，以便更好地服务于钻井作业，特从其特点和破岩机理方面撰写此文。
PDC钻头，就是聚晶金刚石复合片钻头，即Polycrystalline Diamond Compact Bit。
它以金刚石为原料加入粘结剂在高温下烧结而成。
复合片为圆片状，金刚石层厚度一般小于1mm，切削岩石时作为工作层，碳化钨基体对聚晶金刚石薄层起支撑作用。
两者地有机结合，使PDC既具有金刚石地硬度和耐磨性，又具有碳化钨地结构强度和抗冲击能力。
由于聚晶金刚石内晶体间地取向不规则，不存在单晶金刚石固有地解理面，所以PDC的抗磨性及强度高于天然金刚石的，且不易破碎。
PDC 由于多种材料的存在，热稳定性较差，同时脆性较强，不能经受冲击载荷。
PDC钻头的特点1973年美国开发了聚晶金刚石复合片钻头，国外广泛应用于软-中硬地层。
在中东和北海的深井及海洋钻井中首先获得了高井尺、高钻速，大大缩短了建井周期，降低了钻井成本，受到了钻境界的广泛重视，成为钻井工具的一项重大成就。
国内对PDC钻头也引起了极大的关注和兴趣，随着钻井技术人员对PDC钻头的认识和实践，它正在逐步取得较好的使用效果。
按钻头材料及切削齿结构划分，PDC钻头有钢体和胎体两大类别(间上图1-2) 胎体钻头用碳化钨粉末烧结而成，用人造聚晶金刚石复合片钎焊在碳化钨胎体上，用天然金刚石保径。
碳化钨胎体耐冲蚀、耐磨、强度高、保径效果好。
钻头水眼水道面积可以根据钻井工艺需要的水力参数来设计，有较大的灵活性。
胎体外形可以根据地层特点设计，变化胎体形状只要改变模具而不需要增加设备。
钢体PDC钻头，是用镍、铬、钼合金机械加工成形。
经过热处理后在钻头体上钻孔，强人造聚晶金刚石复合片压入(紧配合)钻头体内，用柱状碳化钨保径。
它比胎体钻头成本低20%左右，但不耐磨且易被冲蚀。
PDC钻头的设计特点1.PDC钻头采用爪型设计PDC钻头的性能在很大程度上取决于切削齿的质量，PDC钻头都采用了高质量爪型齿和环形齿，经过与其它类型复合片对比试验分析，证明它具有抗剪强度高、耐冲击、寿命长、热稳定性能好的特点，与同尺寸普通PDC齿相比，爪型齿的金刚石含量提高了2。
7倍，抗冲击破坏能力提高2倍。
2.大刀翼设计全部PDC钻头系列的刀翼进行加高加大，采用超大排屑流道设计，可以更加有效的运移钻屑，清洗钻头，防止钻头泥包，提高机械钻速。
3.抗回旋设计采用力学平衡设计，对PDC钻头进行螺旋保径设计、轨道布齿设计、缓冲块设计以保证钻头抗回旋性能。
4.防泥包涂层设计和制造技术QP系列钻头可根据地层情况进行防泥包涂层设计，它采用了独特的对钻头表面负离子处理技术，使钻头表面带有负电荷，在钻头周围形成一个阳板，形成电流，钻头与钻井液之间形成一个水的集区，其作用就如同润滑剂或象隔板，在钻进中，泥页岩钻屑中的负离子与钢体表面的负电荷相斥，从而起到防泥包的效果。
5.可修复性钢体PDC钻头的本体磨损和切削齿破碎后可进行修复和更换，使得钻头的使用成本大大降低。
PDC钻头结构特征及此因素对造斜率的影响钻头的费用在一口井中的总费用中所占的比例不是很大，但选好和用好一只钻头对提高机械钻速、提高造斜率和降低全井费用却是关系重大。
为了高速、优质、低成本地钻好定向井，应从定向钻井的独特性出发优选钻头。
定向造斜段钻井的特点使使用井下马达，钻头转速高，钻头切削齿和钻头外径磨损快钻头寿命缩短。
在定向段钻进过程中，需要钻头能保持住所要求的工具面角度，如果所选的钻头布能提供合适的导向能力，就会获取布到所设计的造斜率或偏离所定的方位。
这样，就会增多纠斜和扭方位的次数或增多更换下部钻具组合的次数。
由于PDC钻头具有无活动件、适应高转速低钻压钻进工况之特点和钻头使用寿命长的优点，因此更适合与动力钻具配合使用，多次现场施工结果表明，动力钻具+PDC钻头钻进方式有利于提高钻井速度，减少起下钻次数、保证钻具安全，取得了动力钻具+牙轮钻头钻进方式无法比拟的技术经济效益。
常规定向井施工主要时通过选择合适的造斜工具（弯接头+动力钻具、单弯动力钻具、双弯动力钻具等）调整侧向力的大小，从而控制造斜率的高低，而同样的侧向力与不同结构的PDC 钻头配合对造斜率时有极大的影响的。
在此，我本人认为影响PDC 钻头造斜率的钻头结构特征因素主要有以下几点：钻头体长度、钻头冠状形状、钻头保径类型、保径切削齿侧倾角等等。
1 结构特征因素影响PDC 钻头造斜率的机理分析众所周知，定向钻具组合的造斜率时通过下部钻具组合的弯曲形状产生钻头侧向力，使钻头在沿轴线方向钻进的同时侧向切削井壁而产生轨迹偏移的。
钻头轴向钻进和侧向切削的偶合产生一定的造斜率。
在侧向力和钻头轴向钻速一定的情况下，很显然钻头的侧向切削能力越强，钻具组合的造斜率就越高。
1．1 钻头体长度对造斜率的影响在如图1－3所示的带弯接头的造斜钻具组合中，依据文献（《短弯外壳导向钻具的造斜率计算》（帅健））中的导向动力钻具造斜率计算公式：212L L a k +=式中：k------导向钻具造斜率；a-------弯接头弯角；L 1------弯接头肘点至钻头的距离；L 2-------弯接头肘点至下部钻具组合上切点的距离；F C -------作用在钻头上的侧向力从公式（1）可知：在其它结构参数一定的情况下，L 1、k 增大，即选用轴径短的PDC 钻头能增加造斜率。
1．2 钻头的冠部形状对造斜率的影响在侧向力F C一定的情况下，钻头和地层地侧向接触面积越小，作用在单位井壁上地侧向力越大、侧切力越强、钻头地造斜率越高。
因此要想获得较高地造斜率，因选用冠部平坦，与地层侧向接触面小地PDC钻头。
1．3 钻头保径类型对造斜率地影响定向段钻井地特点之一是侧向载荷大，下部钻具组合地弯曲角度越大或弯曲部分离钻头越远所引起地侧向载荷越严重，井下马达高速运转、井底沉积岩屑床、受侧向载荷等因素底综合影响，会使钻头外径很快磨损。
为了克服定向钻头外径的磨损，发展了PDC钻头保径技术，常见的保径方式有在钻头的台肩上镶焊PDC齿或在钻头的外径上镶焊硬质合金块。
钻头保径长度取决于耐磨性和可导性。
钻头保径长度越长，耐磨性越强，但可导向性差；而保径长度较段则耐磨性较差，而导向性好，要根据地层的可钻性、可研磨性和导向能力来拳衡钻头的保径长度。
保径长的钻头一般比保径段的钻头更稳定，但这种钻头所能获得的最大造斜率小，定向施工人员一般都避免使用。
保径上径向排列PDC切削齿，这种设计制造的钻头具有导向和保径双重功能，比硬质合金块保径的钻头造斜率效果好，1．4钻头保径切削齿侧倾角对造斜率的影响图1-4为PDC钻头保径切削齿侧倾角示意图，显然径切削齿侧倾角B越小，切削齿吃入岩石的深度越大，钻头的侧向切削能力越强。
从另一个角度讲，为了便于在定向施工时通过钻压控制工具面，宜选用保径切削齿后倾角较大的PDC钻头扭矩较平稳，反扭角波动范围较小，钻出的井眼更平滑。
所以在选择钻头时应综合考虑。
1．5钻头翼片对造斜率的影响施工中发现，六翼片的PDC钻头比三翼片的PDC钻头工具面稳定，短翼片的PDC钻头比长翼片的PDC钻头工具面更稳定，使用三长翼片的PDC钻头定向钻井时，工具面反扭角对钻压反应过于灵敏，钻压稍微的变化，工具面就偏离了预定的角度，造斜率较低。
这是因为钻头翼片长、个数少，钻头间歇性侧向切削井壁，作用在钻头上的扭矩波动范围大而至的。
定向时，宜选用翼片多而短的PDC钻头。
PDC 钻头的选型依据在进行PDC 钻头造型时，通常采用两步法，第一步是预选型，就是将要使用PDC 钻头井段的测井资料重的声波时差、岩石密度、自然伽玛等参数输入计算机内，利用PDC 钻头专业选型程序进行自动聚类分析，将岩石可钻性、硬度、塑性系数、抗剪强度等聚类为一个综合岩石级值，从而选择PDC 钻头的型号。