PDC钻头设计课件.ppt

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1、PDC钻头设计理念介绍理解钻头剖面结构剖面结构对钻头性能的影响后倒角特点力平衡设计切削结构特点新的设计软件的应用-IDEAS内容钻头剖面钻头剖面直接影响到以下性能:钻头稳定性钻头导向性布齿密度钻头寿命ROP清洗和冷却效果注：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:顶点锥形面鼻部肩部外径弧面保径部分顶点锥形面鼻部保径部分外径弧面肩部锥面角顶点–钻头的几何中心点锥面–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：较高的稳定性中心区域的金刚石覆盖率大不足之处：导向性不好；清洗效果不好；攻击能力低。浅锥面特点

2、：优点：导向性强；清洗效果好；攻击性强。不足之处：稳定性差；金刚石覆盖率低。鼻部位置定义鼻部定义LR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.Rr鼻部与中心距离的关系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LL肩部，外径曲面和保径肩部从鼻部外缘线到过渡面的曲面部分。外径曲面“外径曲面”保

3、持肩部和保径部分之间光滑的曲面。保径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。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应用：硬且中等研磨性地层(Ej.:Calcareoussandstone,limestone,cherts)典型的定向作业短抛面钻头冠面的类型应用:中硬到硬且研磨性强的地层(i.e.:Sandstone,limestone,hardshales)转盘或是马达钻井作业中抛面钻头冠面的类型应用

4、：软且研磨性地层(i.e.:硅质shales,siliciousclays)适合转盘钻进长抛面钻头冠面的类型钻头冠面的类型短抛面中抛面平抛面长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。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，比如ROP和寿命。B.RB.R10°30°后倒角攻击性较强，适合于软地层，可取得很高的机械钻速。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°to10°15°20°30°地层硬度特性非常软的粘土和泥岩。高ROP适合所有地层

5、。最好的应用是在软地层中shale)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6blades/16mmcutters12.25”M616VPX,ER20091BackRake30°15°20°25°后倒角的布置钻头冠面特点切削结构多套切削特点单套切削结构-NewIDEAS2力平衡刀翼分布刀翼和保径几何形状Lo-Vibe(可选)特性特殊切削结构(e.g.:ARCS)稳定性特性影响因素介绍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。可见的特征包括：刀翼形状和布置，保径形状，低磨阻块等；不可见特征包括

6、：力平衡，复合片性能和结构等。加强稳定性特征切削结构定义: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。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。切削结构钻头的性能和钻井效率直接受切削齿的布置类型影响。多种布齿特点可能达到理想的性能和寿命的目的。重点切削结构主要有两种类型:单一模式每一条曲面轨迹只对应一颗PDC齿多元模式每一条曲面轨迹对应着一颗以上的PDC齿切削结构的类型最早期的和最常用的切削齿布置模式。切削齿沿着剖面分布，已达到完全的覆盖井底。这种布置结构就是单一模式，是每一颗齿都有独自的运动轨

7、迹。单一模式11111111切削结构SingleSet(NoRedundancy)6bladedbitCLr1123456…..切削结构顺时针旋转逆时针旋转单一模式布置类型顺时针旋转逆时针旋转单一模式布置类型顺时针旋转逆时针旋转.单一模式布置类型顺时针旋转比逆时针旋转类型稳定性要差，很难达到要求的稳定性。攻击性相对较强。逆时针旋转非常好的稳定性。攻击性比顺时针旋转设计要弱。单一模式布置类型稳定性脊高Rh1Rh2Rh1>Rh2=>Rh1更稳定切削结构钻头的性能（稳定性）和钻井效率（ROP）都直接的受切削齿布置得影响。在实际使用中，切削齿的不同的布置方式可能起到

8、钻头性能和寿命的最佳效果。多元化切削齿的布置切削结构