【7A文】石油钻头技术现状及未来发展方向.pptx

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1、石油钻头技术现状及未来发展方向石油钻头的分类1.牙轮钻头2.金刚石钻头一、牙轮钻头的分类（1）按牙齿的固定方式分为：镶齿和铣齿（2）按轴承类型分为：滚动轴承和滑动轴承（3）按密封类型分为：橡胶密封和金属密封（4）按牙轮数量分为：单牙轮钻头、双牙轮钻头和三牙轮钻头铣齿牙轮钻头和镶齿牙轮钻头钻头轴承轴承牙轮钻头、双牙轮钻头、三牙轮钻头钻头二、牙轮钻头的新技术牙齿技术轴承技术轴承密封技术牙齿技术1、美国犹他州立大学为Smith公司开发出了蜂窝状金刚石牙齿材料，其耐磨性与聚晶金刚石相当，但其

2、韧性和耐冲击性显著提高2、二次烧结硬质合金牙齿技术。二次烧结硬质合金材料由具有较高硬度和研磨性的微粒和具有较高韧性的基体材料共同组成。微粒是由更小的硬质合金粉末和粘接剂烧结而成，基体材料一般是钴合金粘接剂，其中加入了碳化物、氮化物、硼化物等以提高基体材料的耐磨性；硬质微粒和基体材料在一定的压力和温度下烧结后形成的新材料在保持原有耐磨性的基础上韧性大大提高，因此二次烧结硬质合金牙齿可用于高研磨性、高硬度地层的钻头。3、金刚石加强牙齿技术。金刚石加强牙齿就是与PDC钻头复合片类似的聚晶金刚石复合牙齿，这种牙齿耐磨性非

3、常好，但成本也非常高，一般用于保径结构，但最近也出现了全部使用金刚石加强牙齿的钻头，主要用于研磨性极高的地层。轴承新技术滚滑轴承技术。此技术采用了滚动、滑动两种摩擦副相复合的结构，在保持滑动轴承高承载能力的同时，显著提高了轴承适应高转速的能力。使用该轴承的钻头能适应高达400rpm的高转速。轴承密封技术1、Hughes公司于1988年取得牙轮钻头金属密封专利，通过不断改进，近年，在单金属密封的基础上进行了金属表面特殊强化处理，改进密封系统的结构，开发出了新一代单金属密封，明显提高了密封效率以及整个轴承系统

4、的可靠性，延长了钻头寿命。2.HAR橡胶密封技术是Hughes公司近年在橡胶密封的基础上不断改进的新型橡胶密封结构。这种密封结构的优点在于其形状特殊的密封圈实现较高的压缩比，因而能更有效地补偿密封面的磨损，为轴承提供更稳定的密封性能。3.Gemini双密封技术是Smith公司的一项特色技术，密封系统包括两道密封圈——主密封和保护主密封的次密封，该密封系统在高压、高温、腐蚀性井底环境中能保持良好的持久性和可靠性。三、金刚石钻头的分类（1）PDC钻头（2）TSP钻头（3）天然金刚石钻头PDC钻头PDC钻头是近

5、年来发展最迅猛的油气井钻头，总进尺已经超过牙轮钻头。PDC钻头技术的发展和推广应用，直接推动了全世界钻井速度的显著提高。PDC钻头的主要优势1、以切削（剪切）原理工作，破岩能耗低。2、PDC复合片具有超强的硬度、耐磨性和自锐性3、PDC钻头属固定齿钻头，没有活动件，工作可靠性高复合片复合片PDC钻头的分类胎体PDC钻头优点：耐冲蚀，制造周期短缺点：刀翼韧性不及钢体钻头钢体PDC钻头优点：刀翼韧性好，易实现深水道设计缺点：耐冲蚀能力不及胎体钻头，制造周期较长。胎体PDC钻头和钢体PDC钻头钻头

6、PDC钻头的类型钻头TSP钻头主要优点：1.热稳定性高，在高温下（1200℃）仍能保持高硬度，不发生热磨损。2.抗研磨性高，相对于常规PDC齿能钻进更硬，更具研磨性的地层。3.齿的出露高度大于天然金刚石，因而吃入地层更深，钻速更快。4.能在高速下工作。TSP聚晶片聚晶TSP钻头钻头天然金刚石钻头天然金刚石钻头的主要优势：以挤压、研磨原理工作以天然金刚石为切削元件，直接烧结于碳化钨胎体表面。适用于高研磨性地层，硬到极硬地层钻进。能在高速下工作。天然金刚石颗粒天然金刚石钻头钻头四、PDC钻

7、头的设计1．钻头冠部轮廓的设计2．切削齿选择、切削结构布置、力平衡设计3水力设计4保径的设计钻头冠部轮廓的设计PDC钻头冠部轮廓设计是在单锥、浅锥、双锥三种基本轮廓上进行的从设计上讲，无论采用何种冠部剖面形状，最终都是为了满足“易于布齿，便于加工，保证质量，提高效率”的原则。针对不同油田地层的特点，采用等磨损原则和等切削原则相结合进行冠部轮廓设计，在三种基本轮廓理论曲线方程进行拟合的基础上，结合钻头设计经验和使用钻头类比，确定出适合钻进该地层的钻头冠部轮廓形状。双圆弧形轮廓剖面具有的特点使得钻头表

8、面尽可能有效地布置切削齿，而且使钻头从鼻部切削齿到保径切削齿能够圆滑地过渡。浅内锥可以较好的保证钻头的导向性能，短外锥可以减小钻头与井壁的接触面积，从而减小了钻头的与井壁之间的摩擦力。而且短外锥对侧向位移不很敏感。外形较短而且呈浅锥式圆形设计提高了钻头定向反应灵敏度。切削齿选择、切削结构布置、力平衡设计切削齿选择及切削结构设计①②③④切削齿的大小尺寸切削角度布齿密度布齿