钻头选型

章节课题：第二章第五节钻头的选型及分类第六节钻头的合理使用

学时：4学时

教学目的：通过教学使学生掌握金刚石钻头、牙轮钻头的选型及分类。了解钻头如何合理使用及使用注意事项。

教学重点：金刚石钻头、牙轮钻头的选型及分类。钻头合理使用。

教学难点：金刚石钻头、牙轮钻头的选型

教学方法：采用讲解法、对比法、举例法、分析讲解

导入新课：在钻井过程中，影响钻进速度的因素很多，诸如钻头类型、地层、钻井参数、钻井液性能和操作等。而根据地层条件合理地选择钻头类型和钻井参数，则是提高钻速、降低钻进成本的最重要环节。在对钻头的工作原理、结构特点以及地层岩石的物理机械性能充分了解以后，就能根据邻井相同地层已钻过的钻头资料，结合本井的具体情况选择钻头，并配合以恰当的钻井参数，使之获得最好的技术经济效果。

讲授新课：

第五节钻头的选型及分类

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；

(4)在小于165．1 mm(61/2in)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

例：用于中硬地层、直径为81/2in(215．9 mm)的镶齿滑动密封轴承喷射式三牙轮钻头的型号为：81/2×HP5或215．9×HP5。

(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；

4一镶齿，低抗压强度高可钻性的软地层；

5一镶齿，低抗压强度的软到中硬地层；

6一镶齿，高抗压强度的中硬地层；

7一镶齿，中等研磨性或研磨性的硬地层；

8一镶齿，高研磨性的极硬地层。

第二位字码为岩性级别代号，用数字1～4分别表示在第一位数码表示的钻头所适用的地层中再依次从软到硬分为四个等级。

第三位字码为钻头结构特征代号，用数字1～9计九个数字表示，其中1～7表示钻头轴承及保径特征，8与9留待未来的新结构特征钻头用。1～7表示的意义如下：1一非密封滚动轴承；

2一空气清洗、冷却，滚动轴承；

3—滚动轴承，保径；

4—滚动、密封轴承；

5一滚动、密封轴承，保径；

6一滑动、密封轴承；

7一滑动、密封轴承，保径。

第四位字码为钻头附加结构特征代号，用以表示前面三位数字无法表达的特征，用英文字母表示。目前，IADC已定义了11个特征，用下列字母表示：

A一空气冷却；

C一中心喷嘴；

D一定向钻井；

E一加长喷嘴；

G一附加保径／钻头体保护；

J一喷嘴偏射；

R一加强焊缝(用于顿钻)；

S一标准铣齿；

X一楔形镶齿；。

R一圆锥形镶齿；

Z一其他形状镶齿。

有些钻头，其结构可能兼有多种附加结构特征，则应选择一个主要的特征符号表示。

第六节钻头的合理使用

一、金刚石钻头

操作规程

1．下井前准备。

(1)井下情况正常，起下钻畅通无阻。

(2)井底干净，无金属落物。

(3)钻井液符合钻井设计要求，净化设备运转正常。

(4)用好钻杆滤清器，其最大孔径应小于钻头最小喷嘴的直径。

2．下钻。

(1)钻头螺纹要涂好标准的润滑脂，上卸钻头要用钻头装卸器。

(2)钻头人井要扶正、慢放。至防喷器时更要找中，防止碰坏PDC切削齿。通过阻流环位置时，尤其要减慢下放速度，注意防碰。 l

(3)下钻遇阻划眼时，划眼钻压应控制在20千牛以下（钻头直径小于215.5mm时,要低于10千牛），转速低于50转/分。严禁大段划眼和不循环钻井液划眼。

(4)下钻接近井底时应提前开泵。钻头离井底0.5m以上,应缓慢上下活动和转动钻具，充分循环钻井液。待井底清洁后,校正指重表。待泵压正常后方可井底造型。

3．井底造型。

确认钻头接触井底后，采用50转／分左右的转速和5～20千牛的钻压参数磨合井底，进尺0．5～1．0米。

4．钻井

(1)钻速试验。井底造型后，可在推荐钻井参数范围内，选用不同的钻压转速进行钻速试验，直到找到一个最优钻速为止。正常钻进时若遇地层变化，可再做钻速试验。

（2）钻速试验完毕，即可按最优参数正常钻进。钻进中要确保排量满足要求，送钻均匀。枉钻遇泥岩井段时，钻速会明显下降，这时司钻要耐心，并可适当提高钻压，降低转速，但钻压也不宜过大，一般提高10～30千牛为宜。若钻遇硬夹层发生轻微蹩钻现象时，可适当降低钻压，同时降低钻速，等钻穿后再采用正常参数钻进。

(3)每钻进300～400米要进行一次短起下钻(双心PDC钻头除外)，以防止起钻拔活塞。

(4)钻头使用到后期，PDC切削齿的磨损平面加大，降低了PDC切削齿切入地层的深度，因此可适当提高钻压以维持较高的机械钻速。5．起钻。

遇到下列情况之一者应考虑起钻：

1)地层岩性变化不大，而机械钻速和转盘扭矩却明显降低。

2)有连续蹩钻现象且没有进尺。

3)立管压力明显上升或降低。

注意事项：

1)钻头搬动时要小心轻放，防止PDC切削齿损伤。

2)钻头不允许采用堵喷嘴的办法钻进，以防止降低对PDC切削齿的冷却效果。

3)本钻头不适应于钻砾石层。

4)避免带钻压启动转盘。

5)正常钻进时，钻井液排量必须保持在推荐范围内，以确保岩屑能及时排出，以及PDC 切削齿进行充分冷却。

6)当钻遇大段疏松砂岩地层时，要适当降低机械钻速，以巩固裸眼井壁，防止下套管遇阻。

7)在定向井中，严禁使用本钻头在井口进行动力钻具试运转，以防止损坏PDC切削齿。

8)采用双心PDC钻头进行套管开窗侧钻时，要确保钻头下过窗口后，再启动转盘加压钻进，防止套管碰伤PDC切削齿。

二、三牙轮钻头

操作要点：

(1)钻头人井前要严格检查外观，测量钻头外径。连接螺纹应符合API标准，无损伤，牙齿和密封件好，牙轮不互碰，焊缝无裂纹，气孔、喷嘴尺寸选择合适，安装正确。检查结果要做好记录，发现有问题的钻头不能下井使用。

(2)安装喷嘴时应保证喷嘴和壳体清洁，严禁用锤子敲打，以免损坏喷嘴和密封圈。

(3)钻头上扣时要使用合适的装卸器，以免损坏喷嘴和钻头体。

(4)下钻前应校正指重表。下钻操作要平稳，特别在使用镶齿钻头时，应适当控制下钻速度。在硬地层井段，井斜大和井径不规则井段要特别小心，以免钻头碰击井壁，引起镶齿折断和掌尖损坏，导致密封早期失效。

(5)钻头下钻接近井底，或接单根后下放钻具时，速度不应过快，更不允许突然刹车，以免井下钻具由于惯性作用冲击井底，损坏合金齿或牙轮。