pdc钻头分析

PDC钻头

英文：Polycrystalline Diamond Compact

聚晶金刚石复合片钻头的简称。是石油钻井行业常用的一种钻井工具。

PDC产品性能不断改进。在过去的几年间，PDC切削齿的质量和类型都发生了巨大的变化。如果将２０世纪８０年代的齿与当今的齿进行比较的话，差异是相当大的。由于混合工艺与制造工艺的变化，当今的切削齿的质量性能要好得多，使钻头的抗冲蚀以及抗冲击能力都大为提高。

工程师们还对碳化钨基片与人造金刚石之间的界面进行了优化，以提高切削齿的韧性。层状金刚石工艺方面的革新也被用于提高产品的抗磨蚀性和热稳定性。

除了材料和制造工艺方面的发展以外，PDC产品在齿的设计技术和布齿方面也实现了重大的突破。现在，PDC产品已可被用于以前所不能应用的地区，如更硬、磨蚀性更强和多变的地层。这种向新领域中的扩展，对金刚石（固定切削齿）钻头和牙轮钻头之间的平衡发生了很大的影响。

8-1/2TD164A 4刀翼PDC钻

头2TD194B 4刀翼PDC钻头

8-1/2TD165A 5刀翼PDC钻

头

8-1/2TD196A 6刀翼PDC钻

头9TD195A5刀翼PDC钻头

9-1/2TD166A 6刀翼PDC钻

头

最初，PDC 钻头只能被用于软页岩地层中，原因是硬的夹层会损坏钻头。但由于新技术的出现以及结构的变化，目前PDC 钻头已能够用于钻硬夹层和长段的硬岩地层了。PDC 钻头正越来越多地为人们所选用，特别是随着PDC 齿质量的不断提高，这种情况越发凸显。

由于钻头设计和齿的改进，PDC 钻头的可定向性也随之提高，这进一步削弱了过去在马达钻井中牙轮钻头的优势。目前，PDC 钻头每天都在许多地层的钻井应用中排挤掉牙轮钻头的市场。

PDC 钻头厚层砾岩钻进技术探索与实践:

为了降低海上钻井作业成本、提高作业效率,开发了PDC 钻头厚层砾岩钻进技术.在保持普通PDC 钻头快速切削性能的基础上,通过优选新型高强度PDC 切削 齿、改进钻头切削结构提高钻头的整体强度,通过采用后倾角渐变、力平衡设计、加强切削齿保护等方法提高钻头的稳定性,并且在使用中通过优化钻具组合、采用 合理的钻井参数和"中低排量-中低转速-中高钻压"的平稳钻进模式预防PDC 钻头在砾岩段的先期破坏,有效延长了钻头在砾岩钻进中的寿命.应用该技术实现 了用PDC 钻头在辽东湾一次性钻穿馆陶组和东营组上部疏松地层中垂厚近80 m 的砾岩段,有的井钻穿砾岩段后又直接钻下部中硬地层至完钻井深.采用PDC 钻头厚层砾岩钻进技术,可以大量节省海上钻井作业时间,显著降低钻井费用.

PDC 钻头工程技术措施石油钻井装备:

1）、首先做好PDC 钻头的选型工作，钻头水眼、流道设计应利于排屑；

2）、下入PDC 钻头之前，应充分循环泥浆，清洗井眼，防止起钻后滞留在井眼内的钻屑继续水化分散；

3)、下钻时钻头不断刮削井壁，井壁上的泥饼或滞留于井内的钻屑会在钻头下堆积，到一定程度便会压实在钻头上，那么下钻中途进行循环，将钻头 冲洗干净也是有其必要的；

4）、下钻过程中还应适当控制速度，防止钻头突然冲入砂桥，钻进一堆烂泥中；另外如果速度恰当，PDC 钻头会顺着上一只钻头所钻的螺旋形井眼轨道行 进，而不是在井壁上划拉下大量泥饼。

5）、每次下钻到底时必须先开泵，尽量提高排量充分冲洗井底和钻头，等排量满足要求后再轻压旋转钻进0.5-1m ，这也是PDC 钻头造型的要求。

6）、下入PDC 前先短起下钻，对井壁泥饼进行刮削、挤压，将厚泥饼拉薄、压实，尽量保证井眼畅通、消除阻卡；在钻头泥包高发区，如果采用了所有方法 也无法避免PDC 钻头泥包，那么先使用牙轮通一趟井就成了必要手段

7）、尽量采用大排量钻进，保证PDC 钻头的充分清洗与冷却；

8）、在软泥岩中钻进，应尽量采用低钻压、高转速、大排量，没有必要盲目使用高钻压去追求那仅高一小点的钻速，那只是牙轮钻头的使用方式；

9）、操作要精细，送钻加压一定要均匀，不能忽大忽小。 *牙轮钻头在使用中的结构特点

牙轮钻头在使用中具有良好的结构特点，下面简单的介绍一下牙轮钻头的结构特点：

1、牙轮钻头采用浮动轴承结构，浮动元件由高强度、高弹性、高耐温性、高耐磨性特点的新材料制 成，表面经固体润滑剂处理。在降低轴承副相对线速度的同时，减少摩擦面温升，能有效提高高钻压或高转速钻井工艺条件下的轴承寿命和轴承可靠性。

2、镶齿钻头采用高强度高韧性硬质合金齿，优化设计的齿排数、齿数、露齿高度和独特的合金齿外形，充分发挥 了镶齿钻头高耐磨性和优异的切削能力。钢齿钻头齿面敷焊新型耐磨材料，在保持钢齿钻头高机械钻速的同时，提高了钻头切削齿寿命。

3、牙轮钻头中的钢球锁紧牙轮，适应高转速，能够在使用中提高工作效率。

4、采用可限制压差并防止钻井液进入润滑系统的全橡胶储油囊，为轴承系统提供了良好的润滑保证。

5、采用可耐250°C 高温、抗磨损的新型润滑脂。

6TD136A 6刀翼PDC 钻头 12-1/4TD166A 6刀翼PDC

钻头 8-1/2TD13A

6、采用高精度的金属密封。金属密封由一副精心设计加工的金属密封环作为轴承轴向动密封，两个高弹性的橡胶供能圈分别位于牙掌和牙轮密封区域内作为静密封，优化的密封压缩量确保了两个金属环密封表面始终保持良好接触。

钻头的选型及分类

一、金刚石钻头

（一）金刚石材料钻头的特点（（与牙轮钻头相比）

(1)金刚石材料钻头是一体性钻头，可以使用高的转速，适合于和高转速的井下动力钻具一起使用，取得高的效益；在定向钻井过程中，它可以承受较大的侧向载荷而不发生井下事故，适合于定向钻井；

(2)金刚石材料耐磨且寿命长，适合于深井及研磨性地层使用；

(3)在地温较高的情况下，牙轮钻头的轴承密封易失效，使用金刚石材料钻头则不会出现此问题；

in)的井眼钻井中，牙轮钻头的轴承由于空间尺寸的限制，强度受到影

(4)在小于165．1 mm(61/

2

响，性能不能保证，而金刚石材料钻头则不会出现问题，因而小井眼钻井宜使用金刚石材料钻头；

(5)金刚石材料钻头的钻压低于牙轮钻头，因而在钻压受到限制(如防斜钻进)的情况下应使用金刚石材料钻头；

（6）金刚石材料钻头结构设计灵活，简单，能满足非标准的异形尺寸井眼的钻井需要；

（7）金刚石材料钻头中的ＰＤＣ钻头是一种切削型钻头，切削齿具有自锐优点，破碎岩石时无牙轮钻头的压持作用，切削齿切削时的切削面积较大，是一种高效钻头；

（8）金刚石材料钻头工作时必须保证充分的清洗与冷却；

（9）金刚石材料钻头抗冲击性载荷性能较差；

（10）金刚石材料钻头价格较高。

（二）金刚石材料钻头选型（适应的地层）

ＴＳＰ钻头适合于在具有研磨性的中等至硬地层钻井。

ＰＤＣ钻头适用于软到中等硬度地层，但是ＰＤＣ钻头钻进的地层必须是均质地层，以避免冲击载荷，含砾石的地层不能使用ＰＤＣ钻头。

二、牙轮钻头的选型及分类法

（一）牙轮钻头选型的原则及应考虑的问题

(1)地层的软硬程度和研磨性。

(2)钻进井段的深浅。

(3)易斜地层。

(4)软硬交错地层。

选用的钻头对所要钻的地层是否适合，要通过实践的检验才能下结论。

对于同一地层使用过的几种类型的钻头，在保证井身质量的前提下，一般以“每米成本”作为评价钻头选型是否合理的标准。

（1）国产牙轮钻头型号表示方法如下

in(215．9 mm)的镶齿滑动密封轴承喷射式三牙轮钻头的型号为：例：用于中硬地层、直径为81/

2

81/

×HP5或215．9×HP5。

2

(2)IADC牙轮钻头分类方法及编号

IADC规定，每一类钻头用四位字码进行分类及编号，各字码的意义如下：

第一位字码为系列代号，用数字1～8分别表示八个系列，表示钻头牙齿特

征及所适用的地层：

1一铣齿，低抗压强度高可钻性的软地层；

2一铣齿，高抗压强度的中到中硬地层；

3一铣齿，中等研磨性或研磨性的硬地层；