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详解PDC钻头

2015/7/13 22:28:33点击:
PDC钻头提高了钻井效率

     PDC钻头于20世纪70年代投入应用。在过去的30年中,大量的技术进步使PDC钻头在钻头市场上占有重要份额,而且其份额还在不断增长。例如2000年时PDC钻头的钻井进尺约占总进尺的26%,而到2003年PDC钻头的钻井进尺约占总进尺的50%。

     PDC 钻头水马力、切削件和动态稳定性的改进导致PDC钻头的机械钻速和寿命大幅度增长。过去,PDC钻头只限于钻软到中硬地层,不能钻研磨性地层。今天,大量 的发明和技术突破使PDC钻头的钻速更快、钻井质量更好而且钻井深度更深,其应用范围也扩大到硬地层和研磨性地层。Verel 国际公司认为PDC钻头的 具体进步如下:

     1.材料

      与牙轮钻头的不同之处是,PDC钻头没有运动部件。PDC钻头的胎体可用钢和碳化钨两种材料来制造。钢体PDC钻头的主要缺点是抗冲蚀性能不如混合体钻头,钢体钻头一般用于钻软到中等研磨性地层和钻大井眼。

      PDC钻头的技术进步:首先是采用了抗研磨性和抗冲击性更好的人造金刚石材料;其次是聚晶金刚石薄片与碳化钨圆片接触面的几何形状也有了改进;PDC钻头的热稳定极限也由原先的700oC提高到1150o。


     2.切削机理

      PDC钻头的破岩机理是剪切。钻头的剪切作用在破岩时起主要作用。在过去的30年中开发出了很多用于预测PDC钻头作用力的模式。目前在单牙轮钻头模式中通常考虑PDC钻头切削件的特性,以及岩石力学特性。
   
 3.基本结构

     PDC 钻头的结构取决于很多因素,如钻进能力(钻速)、水马力、导向能力和耐磨性等。钻头与地层作用的结构分为3部分:切削结构,主动保径和被动保径。PDC钻 头的钻进能力无疑是影响钻井成本最重要的因素。PDC钻头切削件的特性、后耙角、切削件排布、切削件的数量和尺寸是影响钻头钻进能力的主要参数。通常,减 小切削件的后耙角可以提高钻速,但切削件的抗冲击能力下降。要根据所钻地层和钻井条件选择切削件的数量和尺寸。

     4.稳定性

      PDC钻头的稳定性对钻井效率来说是极其重要的因素。稳定性好的钻头可以提高钻速,延长钻头寿命,提高井眼质量,而且可以减少对井下设备的损坏。抗涡旋和降摩擦保径块等技术的应用使PDC钻头更加稳定。

     5.水力

      喷嘴尺寸的互换性取决于多种因素,主要因素是钻头尺寸和推荐的水马力设计。钻头的水马力有两种功能:首先是用钻井液清洁切削件和防止钻头泥包;其次是通过钻井液冷却切削件并保持切削件的温度低于700oC的临界温度。

      常规喷嘴为圆筒形,并能在岩石表面产生均衡的压力分布。目前已开发出非圆筒形喷嘴。

     6.怎样选择PDC钻头

      今天,专用PDC钻头的设计主要取决于要钻岩层的特性。因此,利用邻井的测井资料研究钻遇岩层的类型是至关重要的。地层的机械和物理性能(抗压强度、研磨性和孔隙压力)是影响选择钻头的主要因素。

      最近开发的软件可以预测岩石强度和评价PDC钻头的性能,可以帮助选择钻头。同时正在研究钻井参数和水力条件对钻头结构的影响以便调整钻头的设计。

      PDC钻头的选择还取决于所钻的油井类型,如定向井、小井眼、水平井等。

      目前,多数钻头制造商拥有旋转导向系统专用PDC钻头的生产线。拥有专门钻软层或页岩的PDC钻头

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