PDC钻头设计基础

10° 30°
攻击性较弱，适合于 较硬地层，机械钻速 低。
典型使用的后倒角
后倒角
• 5° to 10°
地层硬度特性
• 非常软的粘土和泥岩。 • 高 ROP
• 15°
• 适合所有地层。 • 最好的应用是在软地层中shale)
• 20°
• 适合所有地层 • 切削片寿命长 • 最好是用在研磨性的砂岩地层 • 比较硬的地层 • 典型的应用在保径部位
鼻部
肩部
锥面角
顶点 –钻头的几何中心点
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切削结构
•
•
加强稳定性特征
震动可能是由于钻头的特征产生的。
有些特征是可见的，而有些是不可见的。
和结构等。
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平抛面常用在较硬且研磨性弱的地层；而长抛 面常用在较软而且研磨性很强的地层。
钻头冠面的类型
平抛面
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锥面 – 通常用角度来表示特点：
• 深锥面 (~90°) • 浅锥面 (~150°)
深锥面特点
优点：
不足之处：
• 较高的稳定性 • 中心区域的金刚石覆盖率大
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R
鼻部曲面特点
大曲面 (R)：通过大的 表面面积来达到很好 的抗冲击能力，适合 在硬且夹层多的地层 中使用。
小或称尖曲面 (r)：可 在切削片上形成较高 的点式冲击，适合于 软且均质性好的地层。 得到较高的ROP.
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径形状，低磨阻块等；
不可见特征包括：力平衡，复合片性能
可见的特征包括：刀翼形状和布置，保
切削结构
定义: 通过独特的设计，来布置PDC 复合片从 而达到预期的性能和寿命。
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钻头冠面的类型
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短抛面 平抛面
应用： •硬，非研磨性地层 •(Ej.: L石灰岩，白云岩) • 强力定向作业
钻头冠面的类型
短抛面
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• 30°
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后倒角的布置
15°
• 有助于钻头稳定和保持井眼尺寸。
钻头冠面的类型
4 种常规类型：
• • • •
平抛面 短抛面 中抛面 长抛面
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注：钻头的剖面设计必须与钻井环境 需要相匹配
钻头剖面结构组成
钻头剖面包括:
• • • • • •
肩部 鼻部 顶点
锥形面
保径部分
顶点
锥形面
外径弧面
保径部分 外径弧面
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PDC钻头设计理念介绍
内容
• 后倒角特点
• 力平衡设计
• 切削结构特点
• 理解钻头剖面结构
• 新的设计软件的应用 - IDEAS
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• 导向性不好； • 清洗效果不好； • 攻击能力低。
优点：
浅锥面特点：
不足之处：
• 导向性强； • 清洗效果好； • 攻击性强。
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长抛面 中抛面
后倒角
这个角度的大小决定了PDC切削片攻击地层 的能力。
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目标: 通过独特的井底覆盖模式来满足不同的 需求（硬度，研磨性，潜在的震动等） ， 达到用户满意。
r
R
鼻部与中心距离的关系
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鼻部与保径部位距离近可 给钻头冠部提供更大冠面 面积 从而得到更好的冲击 能力， 适合比较硬的地层
应用： • 硬且中等研磨性地层 (Ej.: Calcareous sandstone, limestone, cherts) • 典型的定向作业
钻头冠面的类型
中抛面
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20°
25 °
Back Rake
•
•
力平衡
多套切削特点
切削结构
刀翼分布
钻头冠面特点
பைடு நூலகம்
Lo-Vibe (可选)特性
单套切削结构 - New IDEAS2
刀翼和保径几何形状
稳定性特性影响因素介绍
特殊切削结构 (e.g.: ARCS)
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应用: •中硬到硬且研磨性强的地层 (i.e.: Sandstone, limestone, hard shales) • 转盘或是马达钻井作业
钻头冠面的类型
长抛面
应用： • 软且研磨性地层 (i.e.: 硅质 shales, silicious clays) • 适合转盘钻进
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鼻部与中心距离小可提供 给肩部更大的表面面积和 布齿密度， • 适合软但是研磨性强 的地层
L
L
肩部，外径曲面和保径
保径
• 从鼻部外缘线到过渡面的曲面部分。
• “外径曲面” 保持肩部和保径部分之间光滑的 曲面。
肩部
外径曲面
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• 大后倒角可以提高抗冲击能力和研磨能力。 • 小后倒角可以提高机械钻速。 整个钻头上使用的后倒率是不一样的， 这样可以得到不同的目的， B.R 比如ROP 和寿命。
B.R
后倒角
攻击性较强，适合于 软地层，可取得很高 的机械钻速。
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6 blades / 16mm cutters 12.25” M616VPX, ER20091
30°
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• 稳定性差； • 金刚石覆盖率低。
鼻部位置定义
鼻部定义
L
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• 剖面结构对钻头性能的影响
钻头剖面
钻头剖面直接影响到以下性能:
• • • • • •
ROP 钻头寿命 布齿密度 钻头稳定性
钻头导向性
清洗和冷却效果
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