钻头的认识与使用 PPT课件

1 河南钻井 钻头的认识与使用 生产技术科钻井28队田逢智2017年1月 2 二 三牙轮钻头 一 钻头简介 2011年井控工作汇报 汇报提纲 三 PDC钻头 3 一 钻头简介 目前石油钻井中使用的钻头分为刮刀钻头 牙轮钻头 金刚石钻头三大类型 河南钻井所使用的钻进钻头主要是牙轮钻头和金刚石钻头 PDC钻头 刮刀钻头已淘汰不用 4 一 钻头简介 刮刀钻头 刮刀钻头有双翼刮刀 三翼刮刀 四翼刮刀之分 最常见的为三翼刮刀钻头 5 一 钻头简介 牙轮钻头 牙轮钻头按牙轮数目分有单牙轮钻头 双牙轮钻头 三牙轮钻头 多牙轮钻头 最常见的为三牙轮钻头 6 一 钻头简介 金刚石钻头 金刚石钻头按金刚石来源分为天然金刚石钻头 人造金刚石钻头两大类 7 二 三牙轮钻头 一 钻头简介 2011年井控工作汇报 汇报提纲 三 PDC钻头 8 二 三牙轮钻头 一 牙轮钻头的结构 牙轮钻头主要有巴掌 牙掌 轴承 牙轮 水眼 储油系统等部分组成 9 二 三牙轮钻头 一 牙轮钻头的结构 牙掌是牙轮钻头的主要零件 一只三牙轮钻头由三片牙掌组装焊接在一起 它上部有连接螺纹 与钻具连接 下部有一定倾角的轴颈 与牙轮内孔组成轴承副 牙掌上有水孔流道 还安装有储油压力补偿装置 轴颈承受载荷 需要较高的耐磨性及硬度 同时基体内部又需要有足够的强度及耐冲击韧性 1 牙掌 10 二 三牙轮钻头 一 牙轮钻头的结构 钻头轴承有三种 滚动轴承 滑动轴承 卡簧滑动轴承 卡簧滑动轴承是主要为国外厂家产品 国内牙轮钻头的轴承绝大多数只有滚动轴承和滑动轴承二种 2 轴承结构 11 二 三牙轮钻头 一 牙轮钻头的结构 2 轴承结构 12 二 三牙轮钻头 一 牙轮钻头的结构 3 切削结构 牙轮与牙齿 牙轮是一个锥体 分为单锥和复锥两种 单锥由主锥和背组成 单锥牙轮在井底的运动为纯滚动 适应于硬地层钻井 复锥由主锥 副锥和背锥三部分组成 这种牙轮在井底工作除了滚动外 还产生滑动 适应于较软地层钻井 13 二 三牙轮钻头 一 牙轮钻头的结构 3 切削结构 牙轮与牙齿 a 单锥b c 复锥1 主锥2 副锥3 背锥 14 二 三牙轮钻头 一 牙轮钻头的结构 3 切削结构 牙轮与牙齿 牙轮上的牙齿分镶齿与钢齿 铣齿 两种 镶齿是在牙轮外锥面的齿圈上钻孔 镶上大小 形状不同的硬质合金齿 钢齿则直接从牙轮锥体上铣出 三牙轮钻头的各排齿互相齿合 有效而不重复地全面破碎井底地层岩石 并防止齿槽泥包 15 二 三牙轮钻头 一 牙轮钻头的结构 3 切削结构 牙轮与牙齿 硬质合金齿有10多种 如球形 锥形 锲形 勺形 锥勺形 偏顶勺形 平头形 圆锥锲形等 不同地层 不同岩性其破岩机理不同 钻头牙齿形状也不同 一种型号钻头上往往不全是一种齿形 16 二 三牙轮钻头 一 牙轮钻头的结构 3 切削结构 牙轮与牙齿 钢齿形状多为锲形 为了加强钻头保径 外排齿往往设计成 T L 为了克服钻头在破碎地层时易磨损的缺点 需要在牙齿工作面及背锥面上敷焊耐磨材料 17 二 三牙轮钻头 一 牙轮钻头的结构 3 切削结构 牙轮与牙齿 牙齿的形状 大小 数量 长短取决于地层的硬度 地层越软 则牙齿越大 越尖 越少 反之 地层越硬 牙齿越小 越短 数量越多 18 二 三牙轮钻头 一 牙轮钻头的结构 4 储油压力补偿系统 该装置由轴承密封圈 储油囊 保护杯 压盖 丝堵 挡圈等零件组成 其作用是平衡牙轮钻头工作时轴承腔内外的压力差 使轴承密封圈在较小压差下长时间正常工作 防止钻井液进入轴承腔内和避免润滑脂的漏失 并储存足够的润滑脂向轴承腔内不断补充 使钻头在密封状态和润滑条件下良好工作 19 二 三牙轮钻头 一 牙轮钻头的结构 4 储油压力补偿系统 20 二 三牙轮钻头 一 牙轮钻头的结构 5 钻头喷嘴 为了解决岩屑及时冲离井底 避免重复切削 达到保持井底干净 甚至用高速射流直接破碎岩石的目的 人们设计了并安装了喷嘴 钻头喷嘴由硬质合金加工而成 常用喷嘴主要有三种型号 标准型 保护盖型 和微长喷嘴 其它还脉冲喷嘴 斜喷嘴 加长喷嘴等 21 二 三牙轮钻头 一 牙轮钻头的结构 5 钻头喷嘴 S 标准型P 保护盖型M 微长喷嘴 22 二 三牙轮钻头 二 牙轮钻头的工作原理 1 牙齿的公转与自转 牙轮钻头工作时 固定在牙轮上的牙齿随钻头轴线作顺时针方向的旋转运动 公转 公转速度就是转盘或井下动力钻具的旋转速度 钻头工作时 牙齿绕牙轮轴线作逆时针方向的旋转 自转 自转速度与公转速度以及牙齿对井底的作用有关 23 二 三牙轮钻头 二 牙轮钻头的工作原理 2 钻头的冲击破岩 牙轮滚动 牙齿单齿 双齿交错接触井底 产生钻头的纵向振动 这是牙轮钻头破岩的主要方式 钻头在井底纵向振动通过钻头牙齿转化为对地层的冲击作用 冲击作用与静压入力一起形成了钻头对地层岩石的冲击 压碎作用 24 二 三牙轮钻头 二 牙轮钻头的工作原理 2 钻头的冲击破岩 优点 有利于破碎岩石 提高钻井速度 缺点 钻头轴承早期损坏 硬质合金齿崩碎 钻柱疲劳损坏 25 二 三牙轮钻头 二 牙轮钻头的工作原理 3 剪切作用 剪切作用是由牙轮在井底滚动的同时还产生牙齿对井底的滑动实现的 产生滑动的原因是由牙轮钻头的超顶 复锥和移轴三种结构特点引起的 26 二 三牙轮钻头 二 牙轮钻头的工作原理 3 剪切作用 牙齿的滑动虽然可以剪切井底岩石以提高破碎效率 但也相应地使牙齿磨损加剧 极软 中硬地层 移轴 超顶和复锥结构中硬 硬地层 超顶和复锥结构极硬 研磨性很强的地层 单锥 不超顶 也不移轴 27 二 三牙轮钻头 三 牙轮钻头的使用 1 钻头的分类及型号编码 牙轮钻头分为 镶齿钻头和钢齿钻头两大类 牙轮钻头型号由四部分组成 钻头直径代号 钻头系列代号 钻头分类号 钻头附加结构特征代号 实例 8 1 2 HJT517G 钻头直径代号 钻头系列代号 钻头分类号 钻头附加结构特征代号 英寸符号为 1 25 4mm 28 二 三牙轮钻头 三 牙轮钻头的使用 1 钻头的分类及型号编码 系列代号编码表 29 二 三牙轮钻头 三 牙轮钻头的使用 1 钻头的分类及型号编码 系列代号编码表 30 二 三牙轮钻头 三 牙轮钻头的使用 1 钻头的分类及型号编码 31 二 三牙轮钻头 三 牙轮钻头的使用 1 钻头的分类及型号编码 钻头分类号 实例 8 1 2 HJT517G 钻头分类号 表示IADC编码 采用SPE IADC23937的规定 由三位数字组成 首位数为切削结构类别及地层系列号 第二位为地层分级号 末位数为钻头结构特征代号 32 二 三牙轮钻头 三 牙轮钻头的使用 1 钻头的分类及型号编码 首位数 为切削结构类别及地层系列号 由数字1 8表示八个系列 33 二 三牙轮钻头 三 牙轮钻头的使用 1 钻头的分类及型号编码 第二位为地层分级号 用数字1 4分别表示在第一位数字表示的钻头所适用的地层中再依次从软到硬分为四个级别 钻头分类号 由软到硬 例如 第一位数字为6 对应地层为中硬地层 34 二 三牙轮钻头 三 牙轮钻头的使用 1 钻头的分类及型号编码 末位数为钻头结构特征代号 用数字1 9表示 其中1 7表示轴承及保径特征 8 9留代未来的新结构特征钻头用 1 表示非密封滚动轴承2 空气冷却滚动轴承3 滚动轴承 保径4 密封滚动轴承5 密封滚动轴承 保径6 密封滑动轴承7 密封滑动轴承 保径 钻头分类号 35 二 三牙轮钻头 三 牙轮钻头的使用 1 钻头的分类及型号编码 钻头附加结构特征代号 实例中 8 1 2 HJT517G 不同厂家附加结构特征代号含义不同 以江汉钻头为例 36 二 三牙轮钻头 三 牙轮钻头的使用 1 钻头的分类及型号编码 实例 8 1 2 HJT517GL表示含义 81 2 钻头直径为8 5英寸 即215 9mm HJT 滑动轴承金属密封特别保径517 低抗压强度 软到中地层镶硬质合金齿G 掌背加强L 掌背扶正块 37 二 三牙轮钻头 三 牙轮钻头的使用 2 钻头尺寸与扣型 不同钻头尺寸 钻头扣型也尽相同 所需的上扣扭矩也不同 38 二 三牙轮钻头 三 牙轮钻头的使用 3 钻头尺寸与喷嘴 1 喷嘴型号表示 喷嘴型号如何表示 不同的厂家表示方法也不尽相同 以江汉厂喷嘴为例 S4 16 喷嘴类型代号S 标准型P 保护盖型M 长喷嘴型 喷嘴尺寸代号 喷嘴出口直径单位 mm 39 二 三牙轮钻头 三 牙轮钻头的使用 3 钻头尺寸与喷嘴 2 喷嘴的安装 先用卡簧钳去掉卡簧 再拨出钻头上的塑料保护套 检查胶圈 检查卡簧槽是有油漆或其它异物堵塞 若有异物 用细钢丝清除干净 在喷嘴上涂少量黄油 将喷嘴放入钻头水眼内 使用木块垫在水眼上 用小榔头轻轻敲击 水眼到位 安装卡簧 检查卡簧是否完全到位 40 二 三牙轮钻头 三 牙轮钻头的使用 3 钻头尺寸与喷嘴 3 安装喷嘴注意事项 钻头喷嘴安装需用专用工具卡簧钳 安装时必须注意卡簧的正反面 并安放到位 防止使用中途喷嘴落入井内 喷嘴材料为硬质合金 易碎易断 安装喷嘴时禁止使用金属物直接敲击喷嘴 安装钻头紧扣时注意防止碰断喷嘴 钻头紧扣后上提钻头 再次确认喷嘴是否完整 41 二 三牙轮钻头 三 牙轮钻头的使用 3 钻头尺寸与喷嘴 4 喷嘴选用原则 三等径不如三组合 三组合不如双组合 42 二 三牙轮钻头 四 钻头选型原则 1 地层的软硬程度和研磨性 软地层选择牙齿长的钻头 硬地层选择齿短 齿密的钻头 2 钻进井段的深浅 井浅时 选用机械钻速高的钻头 井深时 选用总进尺多的钻头 3 易斜地层 不移轴量小的钻头 有利于防斜 4 软硬交错地层 选用适合硬地层使用的钻头 就高不就低 43 二 三牙轮钻头 四 钻头选型原则 东部牙轮钻头使用优选方案 2 定向应选择适合高速的钻头 如 HJ系列钻头 MD系列钻头 3 若上只钻头外径磨损严重 则考虑选择保径钻头 如 掌背强化钻头 掌背扶正块钻头 1 由铣齿到镶齿 牙齿由长到短 44 二 三牙轮钻头 四 钻头选型原则 东部牙轮钻头使用优选方案 4 塑形地层选择宽牙齿钻头 硬脆性地层则选择牙齿尖的钻头 如 HJT537GK 宽齿 HJT547GY 圆锥形齿5 根据实际情况灵活运用 依据地层情况 上只钻头使用情况 井斜大小 下步施工井段的长短及临井钻头使用资料等方面综合判断 45 二 三牙轮钻头 五 现场使用要求 1 钻头入井前要严格检查外观 测量钻头外径 2 严格按扭矩上扣 防止钻头落井 或损坏丝扣 3 下钻控制速度 遇阻不得硬冲硬压 4 钻头接触井底前 提前开泵开转盘 5 下钻到底 轻压慢转 10 20KN 60r min 跑合牙轮30分钟 然后逐步加压至设计钻压 总时间控制在2小时左右 6 合理选择钻头 减少钻头二次入井 避免三次入井 46 二 三牙轮钻头 五 现场使用要求 7 送钻均匀 防止顿钻 溜钻 8 防止井下落物 井底不干净时 禁止钻头入井 9 钻时升高 扭矩变大 都应及时分析判断 防止掉牙轮 10 跳压严重地层 应考虑使用减震器 11 旧钻头起出后 必须测量外径并分析钻头 为下只钻头选型和关键技术措施提供依据 12 带螺杆的牙轮钻头纯钻时间40小时 47 二 三牙轮钻头 六 牙轮钻头失效分析 1 选型不适合地层 断齿失效由于钻头选型不适合所钻地层 或地层岩性突变 造成牙轮提前断齿失效 表现形式 开始钻速较快 但很快变慢 钻时升高 扭矩减小或不变 钻头主力齿断齿严重 外排齿和内排齿完好 轴承完好 1 牙轮钻头失效形式与原因 48 二 三牙轮钻头 六 牙轮钻头失效分析 1 牙轮钻头失效形式与原因 49 二 三牙轮钻头 六 牙轮钻头失效分析 2 井下落物 井底不干净 造成断齿失效表现形式 钻速时快时慢 扭矩波动大 牙轮上有明显划痕 断齿无规律 严重时 造成牙轮旷动 甚至引发掉牙轮故障 1 牙轮钻头失效形式与原因 50 二 三牙轮钻头 六 牙轮钻头失效分析 3 掌尖磨损 导致轴承失效井斜较大 或地层研磨性极强 导致掌尖磨损 螺杆钻进时表现较为突出 表现形式 钻速不受影响 突然蹩钻或泵压升高 螺杆 带有扶正器时 后期蹩钻严重 无进尺 扶正器 钻头外排齿磨损严重 中排齿和内排齿完好 掌背和掌尖磨损严重 1 牙轮钻头失效形式与原因 51 二 三牙轮钻头 六 牙轮钻头失效分析 1 牙轮钻头失效形式与原因 52 二 三牙轮钻头 六 牙轮钻头失效分析 4 牙轮卡死钻压过大 顿溜钻 井底不干净 二次入井牙轮钻头 导致牙轮卡死 表现形式 钻速极慢 或无进尺 扭矩偏大 钻头牙轮磨平 整个牙轮磨掉 1 牙轮钻头失效形式与原因 53 二 三牙轮钻头 六 牙轮钻头失效分析 1 牙轮钻头失效形式与原因 54 二 三牙轮钻头 六 牙轮钻头失效分析 5 保径齿 外排齿磨损失效当钻遇火成岩 变质岩 黄铁矿 花岗岩等研磨性极强地层时 往往造成钻头外排齿或保径齿提前磨损失效 表现形式 钻速由快变慢 或无进尺 转盘扭矩极大 甚至蹩停转盘 上提循环正常 钻头牙轮外排齿和保径齿磨损严重 钻头外径麿小 1 牙轮钻头失效形式与原因 55 二 三牙轮钻头 六 牙轮钻头失效分析 1 牙轮钻头失效形式与原因 56 二 三牙轮钻头 六 牙轮钻头失效分析 1 牙轮钻头失效形式与原因 57 二 三牙轮钻头 六 牙轮钻头失效分析 6 其它形式失效顿钻剪断牙轮 选型不适合齿圈磨损等 1 牙轮钻头失效形式与原因 58 二 三牙轮钻头 六 牙轮钻头失效判断 1 钻时判断 牙齿断齿严重 钻时升高 牙齿磨损严重 钻时升高 井下落物 钻时升高 牙轮卡死 钻时升高 牙轮旷动 钻时升高 因此 可以从钻时方面进行判断钻头使用情况 及时起钻 预防牙轮落井故障 59 二 三牙轮钻头 六 牙轮钻头失效判断 1 钻时判断 钻时影响因素 1 钻压参数调整 影响判断 2 地层岩性变化 影响判断 3 钻井方式改变 影响判断 由于有影响因素的存在 因此 完全从钻时判断不能保证每次判断都完全正确 60 二 三牙轮钻头 六 牙轮钻头失效判断 2 使用时间判断 每种钻头在正常情况下 都存在钻头工作寿命 技术员在自己的长期工作中 逐渐熟知并掌握 因此 在正常情况下 多数技术员对每一型号的钻头都形成了自己的钻头使用寿命标准 由于钻头使用寿命受地层岩性 钻头质量 钻井参数等方面的影响 因此也不能完全判断准确 61 二 三牙轮钻头 六 牙轮钻头失效判断 3 泵压和工具面判断 这种判断方法是建立在使用螺杆钻具的基础上 使用螺杆钻具钻进时 在钻头出现旷动 卡死时对泵压和工具面影响很大 因此 在定向钻进时 常从泵压和工具面变化两方面入手 但是这种判断往往比较滞后 一旦发现任何一方面出现异常情况 必须立即起钻检查 稍有不慎 就可能发生掉牙轮故障 螺杆钻具 牙轮钻头通常纯钻时间不超40小时 62 二 三牙轮钻头 六 牙轮钻头失效判断 4 综合运用分析判断 是技术员必须具备的素质 每一种判断方法都不能做到完全准确 因此 技术员必须综合分析地层岩性变化 钻时 扭矩 钻头寿命 邻井钻头使用情况 钻井参数 纯钻时间等因素 进行综合判断 在判断不准的情况下 要果断处理 防止牙轮落井故障发生 63 二 三牙轮钻头 七 牙轮打捞处理 牙轮故障最新处理工具 半剖式强磁打捞器 水眼 磁铁 64 二 三牙轮钻头 七 牙轮打捞处理 牙轮故障最新处理工具 半剖式强磁打捞器 优点 1 维护简单 2 操作方便 缺点 1 水眼较小 泵压高 2 半剖形状 强度降底 3 一次打捞三只牙轮的概率较低 65 二 三牙轮钻头 七 牙轮打捞处理 牙轮故障最新处理工具 半剖式强磁打捞器 注意事项和操作要求 1 由于打捞器下部强度降低 必须保证井眼畅通 2 下钻控制速度 遇阻不得硬压硬冲 3 下钻必须中途顶泵 防止下钻到底开泵困难或憋泵 4 下钻到底以上提下放 循环 轻拔为主 严禁强转硬压 防止损坏打捞工具 最大下压吨位不得超过2吨 66 二 三牙轮钻头 七 牙轮打捞处理 牙轮故障最新处理工具 半剖式强磁打捞器 打捞案例 双H6 708井钻进至2098m时泵压突然由12Mpa升高至16Mpa 随即起钻 23日3 00起钻完发现三个牙轮落井 使用多功能牙轮打捞器进行打捞未成功 下入半剖式强磁打捞器 循环泵压18MPa 循环活动30分钟后 经过多次下放 轻拔 循环后 起钻 67 二 三牙轮钻头 七 牙轮打捞处理 牙轮故障最新处理工具 半剖式强磁打捞器 打捞情况 68 二 三牙轮钻头 七 牙轮打捞处理 牙轮故障最新处理工具 半剖式强磁打捞器 从第一次打捞情况分析井下还有一只牙轮 第二次下入半剖式强磁打捞器 又打捞出一块完整的牙轮 至此 三只牙轮全部打捞成功 69 二 三牙轮钻头 一 钻头简介 2011年井控工作汇报 汇报提纲 三 PDC钻头 70 三 PDC钻头 金刚石材料钻头以其机械钻速高 井下情况容易判断 钻头上无旋转部分 使用安全 PDC钻头是金刚石材料钻头中的一种 PDC PolycrystallineDiamondCompact 全称聚晶金刚石复合片 为人造金刚石材料 PDC钻头是用聚晶金刚石 薄圆片状 做成小型切削块镶装或烧结到钻头体上而形成的 适用于软到中硬地层 随着材料技术以及钻头设计 制造技术的不断进步 其应用范围也逐渐向硬地层 高研磨性地层以及含砾 软硬交替等不均质地层扩展 近些年 PDC钻头应用越来越广泛 71 三 PDC钻头 保径 卸扣槽 倒划眼齿 切削齿 喷嘴 PDC钻头为一整体式钻头 整个钻头没有活动零部件 结构比较简单 大致由钻头基体 钻头切削齿 喷嘴及排屑槽等几部分组成 钻头体 一 PDC钻头的结构 72 三 PDC钻头 一 PDC钻头的结构 排屑槽 副切削齿 73 三 PDC钻头 一 PDC钻头的结构 PDC钻头可分为钢体PDC钻头和碳化钨胎体PDC钻头 钢体 M 式PDC钻头是用镍 铬 钼合金机械加工成形 经过热处理后在钻头体上钻孔 将人造聚晶金刚石复合片压入 紧配合 钻头体内 用柱状碳化钨保径 特点 复合片的钎焊强度高 使用后易于修复 生产工艺流程短 生产效率高 生产成本低 但表面不耐冲蚀 规径易于磨小 胎体 S 式钻头钻头基体用碳化钨粉末烧结而成 烧结时在钻头工作面上留下窝槽 再将复合片直接焊接在窝槽上 特点 碳化钨合金耐冲蚀 耐磨损 允许使用较高的钻头压力降 较高钻井液含砂量 易于进行优化水力设计 具有较大的设计灵活性 1 钻头基体 74 三 PDC钻头 一 PDC钻头的结构 1 钻头基体 钢体PDC钻头 胎体PDC钻头 75 三 PDC钻头 一 PDC钻头的结构 1 钻头基体 钢体PDC钻头 胎体PDC钻头 76 三 PDC钻头 一 PDC钻头的结构 1 内锥内锥的主要作用是抵抗钻头横向力 防止钻头横移 维持钻头稳定旋转 一般软地层 内锥深一些 硬地层 内锥浅一些 2 冠顶冠顶是钻头最先吃入地层的部位 而且总是最先接触地层的变化 一般地 软地层 冠顶半径小一些 以提高钻头吃入地层的能力 而硬地层或软硬交错地层 冠顶半径大一些 以使切削齿受力较均匀 避免单齿受力过大而先期损坏 钻头工作面形状一般分为内锥 冠顶 外锥 肩部及保径五个基本要素 2 PDC钻头剖面形状 77 三 PDC钻头 一 PDC钻头的结构 2 PDC钻头剖面形状 3 外锥或侧翼分直线和曲线两种 较硬地层 需要较多切削齿 外锥应长一些 较软地层 外锥可短一些 4 肩部肩部是从侧翼向保径过渡的部位 它是钻头冠部旋转半径最大的部位 磨损也就最严重 受冲击载荷最大 5 保径60 100mm 金刚石 PDC保径部分保证钻头的外径 钻头的稳定性起到很大作用 增长保径的可提高井斜的控制能力 3 外锥或侧翼分直线和曲线两种 较硬地层 需要较多切削齿 外锥应长一些 较软地层 外锥可短一些 4 肩部肩部是从侧翼向保径过渡的部位 它是钻头冠部旋转半径最大的部位 磨损也就最严重 受冲击载荷最大 5 保径 60 100mm 金刚石 PDC保径部分保证钻头的外径 钻头的稳定性起到很大作用 增长保径的可提高井斜的控制能力 78 三 PDC钻头 一 PDC钻头的结构 2 PDC钻头剖面形状 特点钻头表面积较小 水力集中 清洗效果好 载荷分布较均匀 用于钻石灰岩 白云岩等较硬地层 特点侧向推力指向钻头中心 有利于防斜 钻头外部表面积大 可布置较多切削齿 利于提高寿命 用于软地层 特点冠顶较宽且较平缓 载荷分布较均匀 外侧采用圆弧 布齿面积较大 用于硬地层 双锥形 特点内外锥有利于钻头稳定 外锥较长 可多布齿 使磨损均匀 钻硬夹层 冠部齿易早期损坏 适合中等均质地层 双锥形 浅锥形 抛物线形 B形 PDC钻头基体四种基本冠部外形 79 三 PDC钻头 一 PDC钻头的结构 3 PDC钻头切削齿 PDC钻头切削齿 聚晶金刚石复合片是经过特殊工艺将金刚石微粒粘结在一起形成的复合材料 复合片上部为聚晶金刚石薄层 其厚度为0 500 0 635mm 是切削齿锋利的刃口 硬度及耐磨性极高 但抗冲击性较差 复合片下部为碳化钨基片 聚晶金刚石片与碳化钨基片之间的有机结合 使得PDC齿既具有金刚石的硬度和耐磨性 又具有碳化钨的结构强度的抗冲击能力 聚晶金刚石薄层 碳化钨基片 80 三 PDC钻头 一 PDC钻头的结构 3 PDC钻头切削齿 1 复合片结构及尺寸 81 三 PDC钻头 一 PDC钻头的结构 3 PDC钻头切削齿 2 物理机械性质 1 极高的硬度 钢的9 14倍 硬质合金的3 5倍 2 较高的抗压强度 钢的3 4倍 3 良好的自锐性 碳化钨基体比聚晶层磨损速度快 4 抗冲击韧性比天然金刚石好 比硬质合金差 聚晶层经受冲击载荷作用易碎裂 尤其是新复合片刚开始接触岩石 锋锐边刃很容易碎裂 5 对温度较敏感 350 左右 磨损速度显著加快 700 左右 强度失效 82 三 PDC钻头 一 PDC钻头的结构 3 PDC钻头切削齿 3 步齿方式 刮刀式在软地层中 吃入性能好 排屑能力强 清洗冷却效果好 不易泥包 单齿式 散布式 布齿区域大 布齿密度高 但排屑能力较差 容易泥包 适合于较硬地层 组合式 混合式 清洗 冷却和排屑能力较好 布齿密度较高 吃入性能较好 适合于中到中硬地层 83 三 PDC钻头 二 PDC钻头的结构 4 PDC钻头破岩机理 PDC钻头主要以切削方式破碎岩石 1 软的塑性地层破碎过程 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 连续切削 类似车刀切削金属的过程 2 硬的脆性地层破碎过程 碰撞 压碎及小剪切 大剪切 在切削脆性岩石中 在钻压和扭矩的作用下所产生的应力使岩石表现出脆性破碎 在这种情况下 破岩效率较高 84 三 PDC钻头 三 PDC钻头牙齿磨损情况介绍 85 三 PDC钻头 1 粘结层脱落 原因 选型不合理 钻压过大 硬夹层 井底造型不得当 冲击载荷过大 操作不当 钻头跳动 措施 选硬型号钻头 合理钻压 使用减震器 小钻压 低转速 英寸 合理钻井操作 调整钻井参数 三 PDC钻头牙齿磨损情况介绍 86 三 PDC钻头 2 断齿 原因 选型不合理 钻头偏软 钻压过大 转速过高 硬夹层 井底造型不得当 冲击载荷过大 操作不当 钻头跳动 措施 选硬型号钻头 耐冲击齿 合理钻压和转速 使用减震器 小钻压 低转速 英寸 合理钻井操作 调整钻井参数 三 PDC钻头牙齿磨损情况介绍 87 三 PDC钻头 3 泥包 原因 粘性地层 水解性粘土等 水力参数不合理 喷嘴组合不合理 操作不当 钻压大 井眼清洗 钻头选型不合理 泥浆性能不佳 措施 针对粘性地层的钻井措施 优化水力参数 高比水马力 合理钻井操作 合理钻头选型 抑制性泥浆 三 PDC钻头牙齿磨损情况介绍 88 三 PDC钻头 4 磨芯 三 PDC钻头牙齿磨损情况介绍 原因 1 井底造型不得当 2 落物损坏 冲蚀 钻压过大 3 选型不合理 钻头偏软 4 操作不当 使用时间过长 5 钻头跳动 措施 1 小钻压 低转速 英寸 2 合理选择钻压 使用减震器 3 硬型号钻头 耐研磨抗冲击齿 4 合理钻井操作 5 调整钻井参数 89 三 PDC钻头 5 齿缺损 三 PDC钻头牙齿磨损情况介绍 原因 1 选型不合理 钻头偏软 2 钻压过大 硬夹层 3 井底造型不得当 4 冲击载荷过大 操作不当 5 钻头跳动 热龟裂 措施 1 选硬型号钻头 抗冲击齿 2 合理选择钻压 使用减震器 3 小钻压 低转速 英寸 4 合理钻井操作 5 调整钻井参数 90 三 PDC钻头 6 聚晶层脱落 三 PDC钻头牙齿磨损情况介绍 原因 1 选型不合理 钻头偏软 2 钻压过大 硬夹层 3 井底造型不得当 4 冲击载荷过大 操作不当 5 钻头跳动 热龟裂 措施 1 选硬型号钻头 抗冲击齿 2 合理选择钻压 使用减震器 3 小钻压 低转速 英寸 4 合理钻井操作 5 调整钻井参数 91 三 PDC钻头 7 冲蚀 三 PDC钻头牙齿磨损情况介绍 原因 1 水力不足 重复切削岩屑 2 高速射流产生涡流 3 喷嘴组合不合理 4 研磨性地层 5 泥浆固相含量过高 措施 1 改善水力清洗 2 优化水力参数 3 增加喷嘴数量 提高水力分布 4 对钻头采取耐冲蚀措施 5 降低固相含量 92 三 PDC钻头 8 热龟裂 三 PDC钻头牙齿磨损情况介绍 原因 1 水力不足 冷却差 2 欠尺寸井段高转速划眼 3 高转速钻进 4 在灰岩或研磨性地层中钻进 措施 1 优化水力参数 改善水力冷却 2 欠尺寸井段小钻压 低转速划眼 3 合理转速钻进 4 研磨性好的钻头和切削齿 93 三 PDC钻头 9 落物损坏 三 PDC钻头牙齿磨损情况介绍 措施 1 磁性打捞器等 2 磨鞋等 3 随钻打捞杯等 4 磨鞋等 5 铣锥 磨鞋等 原因 1 地面落物 如钳牙 小工具等 2 钻具上的落物 如稳定器翼 3 上一只钻头的掉齿 本只钻头的落物 4 套管附件等 5 斜向器以及套管窗口等 94 三 PDC钻头 10 胎体脱落损坏 三 PDC钻头牙齿磨损情况介绍 原因 1 钻压过大 2 冲击载荷过大 钻井操作不当 3 断齿 掉齿 热龟裂等 4 硫化氢 冲蚀 硬夹层等 5 水力不充分 钻头震动 措施 1 合理选择钻压 2 钻井操作要得当 降低转速 3 钻井操作要得当 4 增加排量 调整钻井参数 5 调整钻井参数 95 三 PDC钻头 11 掉喷嘴 三 PDC钻头牙齿磨损情况介绍 原因 1 装喷嘴程序不当 2 喷嘴型号不合适 3 固相含量高引起水眼冲蚀 4 钻头工作时间过长 5 钻头泥包致使在喷嘴锁定松动 措施 1 按规定程序装喷嘴 2 喷嘴型号与水眼要一致 3 降低固相含量 4 把握好钻头工作时间 5 防钻头泥包 96 三 PDC钻头 12 齿脱落 三 PDC钻头牙齿磨损情况介绍 原因 1 钻压过大 超过齿焊接承受力 2 冲蚀 胎体脱落 3 氢脆裂纹 腐蚀 4 钻头震动 操作不当 5 齿焊接缺陷 工作时间过长 措施 1 合理使用钻压 2 优化水力 调整钻井参数 3 改变钻井环境 4 合理钻井操作 5 提高焊接质量 选择长寿命钻头 97 三 PDC钻头 13 磨环 三 PDC钻头牙齿磨损情况介绍 原因 1 选型不合理 钻头偏软 2 钻压过大 落物损坏 3 井底造型不得当 4 工作时间过长 冲蚀 5 钻头跳动 措施 1 选硬型号钻头 耐磨损齿 2 合理选择钻压 使用减震器 3 小钻压 低转速 英寸 4 选择长寿命钻头 防冲蚀 5 调整钻井参数 98 三 PDC钻头 14 齿磨损 三 PDC钻头牙齿磨损情况介绍 原因 1 选型不合理 钻头偏软 2 转速过高 加速磨损 3 钻头工作时间过长 4 水力清洗不好 措施 1 选硬型号钻头 耐磨损齿 2 合理选择转速 3 缩短工作时间 或选长寿命钻头 4 增加水力能量 改善水力清洗 99 三 PDC钻头 四 金刚石钻头IADC分类法 IADC于1987年制定了一个适用于金刚石钻头的 固定切削齿钻头分类标准 标准采用四位字码描述各种型号的固定切削齿钻头的切削齿种类 钻头体材料 钻头冠部形状 水眼类型 液流分布方式 切削齿的大小 切削齿部齿密度等七个方面的结构特征 PDC钻头是金刚石钻头中的一种 所以此分类方法适用PDC钻头 100 三 PDC钻头 四 金刚石钻头IADC分类法 第一位字码 第二位字码 第三位字码 第四位字码 切削齿种类和钻头体材料 钻头的冠部形状 水力结构特点 切削齿大小和切削齿密度 1 9 1 9 R X O 1 9 D 天然金刚石齿M 胎体 PDC齿 S 钢体 PDC齿 T 胎体 TSP齿 101 三 PDC钻头 四 金刚石钻头IADC分类法 江汉产KS1942SGR钻头的IADC代号 S223 意义 KS1942SGR K 江汉钻头 S 钢体 M 胎体 19 复合片直径 4 4刀翼 SGR 附加特征代码 S 螺旋刀翼 IADC代号 S223 S 钢体 M 胎体 2 高外锥 中内锥 2 刀翼式 不可换喷嘴 3 大切削齿 高布齿密度 102 三 PDC钻头 四 金刚石钻头IADC分类法 河北锐石产M1655FC钻头的IADC代号 M312 意义 产品型号 M1655FC M 胎体 S 钢体 16 复合片直径mm 5 五刀翼 5 FC附加特征 IADC代号 M312 M 胎体 S 钢体 3 高外锥 低内锥 1 刀翼式 可换喷嘴 2 大切削齿 低部齿密度 103 三 PDC钻头 四 金刚石钻头IADC分类法 江西产FLM1953GLF钻头的IADC代号 M323 意义 产品型号 FLM1953GLF FL 江西飞龙厂家代号 M 胎体 S 钢体 19 复合片直径mm 5 五刀翼 3 钻头设计代号 GLF附加特征 IADC代号 M323 M 胎体 S 钢体 3 高外锥 低内锥 1 刀翼式 可换喷嘴 2 大切削齿 低部齿密度 注 1 钻头设计代号用PDC钻头轮廓高度代码表示 PDC钻头冠部轮廓高度代码 1 鱼尾形 2 短 114mm 2 附加特征 G 采用国产PDC复合片 H 采用混合PDC复合片 J 采用进口PDC复合片 F 副切削齿 L 螺旋刀翼和螺旋保径 N 带耐磨节 104 三 PDC钻头 四 金刚石钻头IADC分类法 黄河旋风产HF434AW