PDC钻头选型

PDC钻头主要用于泥岩、砂岩、以泥质胶结为主且胶结松散的小粒径砾岩、膏岩和灰岩等地层。试验统计及现场应用情况表明：对于砂、泥岩互层，当地层抗压强度低于10,000psi，泥岩成份占岩石总量的40%以上时，PDC钻头的使用效果最好。火成岩一般不适合使用PDC钻头。

根据岩石抗压强度，确定合理的PDC布齿密度

不同冠形PDC钻头的攻击性依次为：长抛物线型>中等抛物线型>短抛物线型；按照岩石硬度分类，推荐的钻头冠型如下：

岩石硬度抗压强度(psi) 冠部形状

很低硬度0 ~ 8,000 长抛物线形

中等硬度8,000 ~16,000 中等抛物线型

高硬度16,000 ~32,000 短抛物线形

普通PDC齿为了保证一定寿命，负前角一般为20°、25°、30°，钻头吃入能力差，攻击性不强。采用新型切削齿后，根据地层硬度适时调整切削齿负前角，使钻头能获得较高的机械钻速和寿命。推荐的负前角如下：

根据岩石抗压强度，选择合理的切削齿尺寸

针对山前高陡构造地层倾角大，井斜控制难的特点，选用相对较短的保径，减小钻头因与井壁接触而产生的扭矩，同时降低了保径表面积、增加了钻头保径表面的接触力，使钻头的侧向力切削能力增强，有利于井斜控制。

钻头尺寸标准保径长度短保径长度

121/4”2.5”1.5”

81/2”2”1.5”

金刚石钻头保径长度控制技术

随着金刚石钻头的广泛使用，应用于金刚石钻头上的各种技术也在不断发展，其中，金刚石钻头保径长度也在不断变化，初期由于受到应用范围的限制，钻头的保径长度一般采用标准设计的长度；但随着这几年金刚石钻头应用范围的不断扩展，如在定向井、分支井、水平井以及防斜等方面的应用，对金刚石钻头保径长度有了新的要求，根据钻头的使用环境，钻头的保径也做了相应的调整，下面就钻头保径的变化作一个比较：

1：保径的设计特点

⏹超耐磨设计

⏹超光滑设计

⏹螺旋度设计

⏹倒划眼设计

2：标准长度保径的应用

⏹直井

⏹地层基本没有倾角

⏹地层倾角小于20度，井斜易于控制

3：短保径的应用

⏹定向造斜段

⏹水平井段

⏹地层倾角大于20度，井斜不易控制

对于PDC钻头的几点认识

一段时间以来，通过我们对中原、玉门、青海等油田的销售以及现场服务工作，使我们深刻体会到，我公司针对各油田所推出的相应钻头在耐冲击、抗研磨、穿夹层能力方面显示出卓越性能，受到各使用单位充分肯定。但在机械钻速方面仍与其他钻头厂家（尤以川石为甚）存在较大差异，尽管我们在钻头选型、布齿角度等方面作了很多工作，可结果却始终不容乐观，致使我们的销售工作一度陷入极为被动的局面。经过我们对各兄弟厂家使用较好钻头的观察和分析，对比我公司产品在钻头形状方面还是存在一定区别，我们认为其中一些好的经验还是值得借鉴的。目前，上述三油田还包括其它一些中小油田都普遍看好川石钻头，原因只有一个，即其ROP指标遥遥领先。下面是对川石钻头仔细观察后得出的两点认识：1．冠部形状：川石使用最为广泛的钻头型号无论是8-1/2GP545、8-1/2GP526还是12-1/4GP536D其冠部形状都呈现出较短的抛物线冠形，基本形状由芯部、鼻部、

肩部三部分组成，从肩部到鼻部再到内锥部分过渡极为平缓，外肩部和鼻部形

成一个较大的园弧形，使整个钻头接触井底面积很大，大部分钻压直接加在钻

头的底面，也就是说第一次切削效率很高，而留给肩部的切削量相对较少，仅

起到修整井壁的作用，我们认为如此设计比较有利于钻压的合理分配，能够使

主切削刃分配到更大的比钻压来吃入地层，从而提高ROP，这种冠形通过在各

油田使用都是万变不离其宗，而只是在后倾角方面做一些小的调整。而我公司

的钻头普遍成锥形，基本形状由芯部、鼻部、外锥、肩部组成，形状太尖，感

觉钻头形成了一个大小头，我们认为留给外锥的切削量较大，钻进时钻压一部

分加在钻头的底部，另一部分加在了钻头的外锥部分，而外锥部分所承受的钻

压不仅沿法向分解去切削地层，而且还将产生一个切向分力迫使钻头沿锥面滑

动，这在较松软的泥岩或砂岩地层钻进时效果也许是明显的，但在抗压强度较

高的地层中钻头很难钻入地层，其结果是边钻边扩修井眼，一次切削效率不高，

还必须进行第二次切削，直接影响到机械钻速的提高。

2．布齿角度：通过观察，川石钻头肩部齿普遍偏小，几乎与芯部齿后倾角相当，我们认为此种设计也许更有利于对井壁的切削作用，而我们的钻头通常采用自

芯部到肩部齿后倾角由小到大的规律。我们的看法是肩部齿倾角太大不利于井

壁切削，而只能起到保径作用，这样，井壁多余的岩屑量将主要以磨削方式来

完成，既浪费功率又阻碍了主切削刃切削效率的发挥。

3．实钻效果：通过我们对各油田多口井的现场服务发现川石钻头在最初入井井底造型阶段即表现出较大的扭距变化，这从另一侧面也反映出其钻头鼻部最高部

位齿以外的切削齿（外鼻及肩部）具备较强的切削能力，而且其钻头在使用过

程中不需要高转速（一般在80RPM左右）即可获得较好的钻进效果。而我们

的钻头工作扭距普遍偏小并随转速变化效果也有较大差别，分析原因，可能是

由于磨削（而不是切削）地层的成分所占比重较大。

综上所述，我们认为还是应该对我们的钻头进行一些必要的调整（尤其是在冠形方面），也许上述认识难免有些片面之处并且可能缺乏理论依据，但毕竟川石钻头在机速方面已经远远走在了我们前头，这是客观事实。