优选PDC钻头提高钻井速度的浅析.doc

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1、浅谈优选PDC钻头提高钻井速度［引言］提高机械钻速是一个复杂的综合性课题，它不仅受地质条件的影响，还要受地面设备、钻具、钻头选型、钻井液密度和钻井参数等多种因索的影响。近年来，由于PDC钻头在设计技术和操作方而的较大改进使得人们也越来越喜欢使用PDC钻头。在2000年，PDC钻头的钻井进尺仅占总钻井进尺的26%,2003年增加为50%，而2006年PDC钻头的钻井进尺已经占到总钻井进尺的60%。本文针对PDC钻头特性分析，仔细分析其在胜利油田适宜和不适宜钻进的地层岩性，给出了钻头选型及钻井参数选择原则

2、，并对应用效果进行了浅析。希望对以后类似地层井段钻头选型具有一定指导意义。1.PDC钻头的特征分析PDC钻头是用人造聚晶金刚石切削齿（复合片齿柱）钎焊于钻头胎体（或银嵌丁钻头钢体）上而成的一种新型切削型钻头。由于它在钻井过程中具有独特的自锐-剪切破岩机理，能量消耗少，无活动件，耐冲蚀性能强，对压差墩感小，适应各种钻井液等特点，在低钻圧下不仅可获得高钻速和高进尺，而且工作平稳，使用寿命长，成为快速钻井中高效、经济、安全的优良钻井工具。为此，在钻井现场使用PDC钻头前要作好其特征分析，为优选作好准备。1.

3、1布齿特征刮刀式布齿方式是将切削齿沿着从钻头屮心附近到保径部位的直线和螺旋线布置在胎体刮刀上，在适当的位置布置喷嘴或水眼，每个喷嘴或水眼起到冷却或清洗一个或两个刮刀片上的切削齿的作用。采用这种布齿方式的PDC钻头具有整体强度高、抗冲击能力强、易于清洗和冷却、排屑好、抗泥包能力强的特点。单齿式布齿方式是将切削齿单独布置在钻头丁•作而上，在适当的地方布置喷嘴或水眼，泥浆从喷嘴流出后，切削齿受到清洗和冷却，同时也起到阻流与分配液流的作用。这种结构的布齿区域大、布齿密度高，可以提高钻头的使用寿命，但水力控制能

4、力低，容易在粘性地层泥包。组合式切削齿的布置方式采用直线刮刀式和成组式相结合的方式，在适当的地方布置喷嘴或水眼。这种布齿方式具有较好的清洗、冷却和排屑能力，布齿密度较高，一般用于中等硬度地层。1.2结构特征1）刀翼式宽深排屑槽结构，有利于岩屑及时排并离开钻头主要工作面。2）采用轴向中心喷嘴、侧向大刹一喷嘴和多喷嘴技术的结合，达到定向清洗和冷却PDC切削齿，减少因清洗不良而引起的切削齿和钻头整体的泥包趋势。3）采用抗回旋PDC钻头设计技术，使钻头所有单齿因切削所产生的力的矢量应为指向最人光滑保径面，以减

5、少钻头瞬间不规则运动所引起的切削齿旱期失效。4）双排切削齿结构或螺旋刀翼结构，在提高钻头稳定性的同时，可加密布齿以延长钻头寿命，并拓宽PDC钻头适应地层的范围。1.3技术特征1）采用抛光型PDC切削齿，可减少与地层或岩屑Z间的摩擦，进一步降低切削齿泥包的可能性；同时可提高钻头切削效率，降低PDC钻头切削扭矩。2）采用“金”系列技术，在钻头中心部位（承受轴向载荷为主）布置抗冲击切削齿，在钻头外锥部位（承受径向剪切载荷为主）布置抗剪切型切削齿，从延长单个PDC切削齿寿命着手，来增加钻头钻遇硬或中等研磨性夹

6、层的能力。3）采用硬质合金为支撑边缘齿，减少金刚石层碎裂。4）采用应力处理齿，提高金刚石的自锐能力。1.4适应性特征1）光滑保径，长度可根抑钻头的用途进行特殊处理，以适应定向井作业需要;安装PDC保径面可以提高规径能力。2）选用PDC切削齿后倾角在10-30°Z间变化，可适应不同地层钻进的要求。3）打定向井使用PDC钻头磨损节，可限制PDC切削齿吃入地层深度，减少钻头扭知波动幅度。4）选用PDC钻头的短和中等抛物线及B型冠部形状，可适应不同地层和钻进的要求。2.PDC钻头的破岩机理PDC钻头的破岩机理

7、和牙轮钻头有很大的不同，牙轮钻头主耍是在旋转钻井条件下，除了牙轮钻头在井底旋转运动以外，还有轴向纵振和牙轮的滑动，构成复合运动所产生的冲击、压碎作用和滑动刮挤作用，使岩石破碎，而PDC钻头主要以切削方式破碎岩石。切削刃在钻压作用下吃入地层，刃前岩石在旋转力作用下发生剪切破坏。切削塑性岩石和脆性岩石的过程类似于刮刀钻头。由丁多个切削齿同时工作，井底岩石自由面多，因此破岩效率高。金刚石切削刃耐磨性高，钻头寿命长，单只钻头进尺高。3.适合PDC钻头的岩石特性分析屮深井钻井应用PDC钻头的关键，就是确定适合应

8、用PDC钻头钻进的井段，选择合适的PDC钻头类型及相应的钻具组合。岩石的力学特性很复杂，岩石存在塑性、硬度、抗剪切强度、研磨性、岩石可钻性等力学特性。岩石力学特性主要与岩石碎屑粒径、岩石碎屑和胶结物的强度和塑性、岩石孔隙度有关。纯梁、高青地区的地层以沉积岩为主，沉积岩对PDC钻头影响最大的是岩石粒径、塑性、硬度特性，有关的关系如下:DPDC钻头以切削破岩为主，岩石粒径越大，钻头磨损越厉害。特别是胶结强度高的粗砂岩和砾岩会使PDC钻头在短时间内损坏。对松软