石油钻井设备与工具钻头选型

第二节钻头选型前言1、目的意义钻头种类较多，各有特点;同一种钻头，结构参数不同，适应性不同;同一种型号，厂家不同，钻头性能不同。选择哪一种类型的钻头，同种钻头选择哪一种型号的钻头，同一种型号选择哪一个厂家的钻头，直接关系到钻井成本。因此钻头优选对于提高钻井速度降低钻井成本具有重要意义。2、钻头优选的原则钻头优选的原则是使钻头的每米成本最低。目标函数：单位进尺成本。钻头单位进尺成本:式中Cpm—单位进尺成本，元/每米Cb—钻头成本，元；Cr—钻机作业费，元/每小时；t—钻头钻进时间，tt—起下钻及接单根时间，H—钻头进尺。

例题：

某一型号PDC成本10万元，钻头钻进1500米后报废，此钻头纯钻时间100小时，辅助钻进时间100小时，钻机日费2.4万元，计算该钻头的平均机械钻速和每米成本？解：钻头平均机械钻速：钻头单位进尺成本：一、影响钻头使用效果的因素1、地层因素所钻地层岩石的机械力学特性；地层条件：地层的均质性、地层的完整性，地层造斜特性、井深、地层温度等。2、钻井方式旋转钻井动力钻具复合钻井3、轨迹控制造斜、稳斜4、井眼尺寸5、地质设计要求如岩屑录井、取芯等。二、钻头类型的优选一）各种钻头特性对比各种钻头特点比较钻头特性牙轮钻头PDC钻头TSP钻头单晶金刚石钻头切削齿材料及性能硬质合金齿，强度高、抗冲击，耐磨性较差。聚晶金刚石与硬质合金复合而成，耐磨、能自锐，抗冲击性能较差，热稳定性较差。热稳定性聚晶金刚石，耐磨，抗冲击性能较差，热稳定性较高，形状多样但尺寸较小。单晶金刚石，耐磨，颗粒小，热稳定性较差。破岩方式冲击与剪切剪切犁切微剪切或磨削破岩效率较高高较高低钻头寿命短长较长长地层适应性各类地层软至中硬均质地层较硬至硬均质地层硬至极硬地层钻井参数大钻压，低转速小钻压，中转速小钻压，高转速中钻压，高转速钻井方式适应性转盘，动力钻具转盘，动力钻具及复合钻井复合钻井复合钻井定向性能较好最好好井眼尺寸较大井眼无限制无限制无限制事故率高低低低录井限制无有有有各种种类类型型钻钻头头的的使使用用范范围围123456789101112地层硬度级别牙轮钻头PDC钻头TSP钻头单晶金刚石钻头二））钻钻头头类类型型选选择择方方法法1、、根根据据地地层层条条件件、、钻钻井井方方式式、、井井眼眼轨轨迹迹控控制制要要求求、、井井眼眼尺尺寸寸以以及及地地质质要要求求选选择择合合适适的的钻钻头头类类型型。。2、、在在多多种种类类型型钻钻头头都都适适宜宜的的情情况况下下，，要要选选择择机机械械钻钻速速高高、、寿寿命命长长、、安安全全性性好好的的钻钻头头。。3、、选选用用的的钻钻头头对对所所要要钻钻的的地地层层是是否否适适合合，，要要通通过过实实践践的的检检验验才才能能下下结结论论。。对对于于同同一一地地层层使使用用过过的的几几种种类类型型的的钻钻头头，，在在保保证证井井身身质质量量的的前前提提下下，，一一般般以以““每每米米成成本本””作作为为评评价价钻钻头头选选型型是是否否合合理理的的标标准准结论论：：以以钻钻头头每每米米成成本本最最低低为为原原则则。。举例例：：在软软至至中中硬硬地地层层，，PDC钻钻头头和和牙牙轮轮钻钻头头都都可可选选用用；；如果果地地层层均均质质，，应应尽尽量量选选用用PDC钻钻头头。。因因为为PDC钻钻头头机机械械钻钻速速高高，，安安全全可可靠靠。。但如如果果地地层层破破碎碎，，软软硬硬变变换换频频繁繁夹夹层层多多，，应应选选用用牙牙轮轮钻钻头头。。因因为为在在这这样样的的地地层层，，PDC钻钻头头易易发发生生冲冲击击破破坏坏，，影影响响钻钻头头使使用用效效果果。。三、、牙牙轮轮钻钻头头的的选选型型及及分分类类法法牙轮轮钻钻头头的的设设计计参参数数(包包括括齿齿高高、、齿齿距距、、齿齿宽宽、、移移轴轴距距、、牙牙轮轮布布置置等等等等)，，是是根根据据不不同同地地层层的的需需要要设设计计的的，，因因此此应应根根据据不不同同的的地地层层选选用用不不同同的的钻钻头头。。1、、牙牙轮轮钻钻头头选选型型的的原原则则(1)地地层层的的软软硬硬程程度度和和研研磨磨性性地层层的的岩岩性性和和软软硬硬不不同同，，对对钻钻头头的的要要求求及及破破碎碎机机理理也也不不同同。。软软地地层层应应选选择择兼兼有有移移轴轴、、超超顶顶、、复复锥锥三三种种结结构构，，牙牙轮轮齿齿形形较较大大、、较较尖尖，，齿齿数数较较少少的的铣铣齿齿或或镶镶齿齿钻钻头头，，以以充充分分发发挥挥钻钻头头的的剪剪切切破破岩岩作作用用；；随随着着岩岩石石硬硬度度增增大大，，选选择择钻钻头头的的上上述述三三种种结结构构值值应应相相应应减减小小，，牙牙齿齿也也要要减减短短、、加加密密。。研磨磨性性地地层层会会使使牙牙齿齿过过快快磨磨损损，，机机械械钻钻速速迅迅速速降降低低，，钻钻头头进进尺尺少少，，特特别别容容易易磨磨损损钻钻头头的的保保径径齿齿、、背背锥锥以以及及牙牙掌掌的的掌掌尖尖，，使使钻钻头头直直径径磨磨小小，，更更严严重重的的是是会会使使轴轴承承外外露露、、轴轴承承密密封封失失效效，，加加速速钻钻头头损损坏坏。。因因此此，，钻钻研研磨磨性性地地层层，，应应该该选选用用有有保保径径齿齿的的镶镶齿齿钻钻头头。。(2)井井深浅井段岩岩石一般般较软，，同时起起下钻所所需时间间较短，，应选用用能获得得较高机机械钻速速的钻头头；深井井段地层层一般较较硬，起起下钻时时间较长长，应选选用有较较高总进进尺的钻钻头。(3)地地层的自自然造斜斜性能在易斜地地层钻进进时，地地层因素素是造成成井斜的的客观因因素，而而下部钻钻柱的弯弯曲以及及钻头的的选型不不当则是是造成井井斜的技技术因素素。在易易斜地层层钻进，，应选用用不移轴轴或移轴轴量小的的钻头；；同时，，在保证证移轴小小的前提提下，所所选的钻钻头适应应的地层层应比所所钻地层层稍软一一些，这这样可以以在较低低的钻压压下提高高机械钻钻速。(4)地地层的均均质性在软硬交交错地层层钻进时时，一般般应按其其中较硬硬的岩石石选择钻钻头，这这样既在在软地层层中有较较高的机机械钻速速，也能能顺利地地钻穿硬硬地层。。在钻进进过程中中钻井参参数要及及时调整整，在软软地层钻钻进时，，可适当当降低钻钻压并提提高转速速；在硬硬地层钻钻进时可可适当提提高钻压压并降低低转速。。2、牙轮钻头头国内分分类方法法及型号号代码例：用于于中硬地地层、直直径为81/2″(215．9mm)的镶齿齿滑动密密封轴承承喷射式式三牙轮轮钻头的的型号为为：81/2×HP5或215．．9×HP5。。3、IADC牙牙轮钻头头分类方方法及编编号全世界牙牙轮钻头头的生产产厂家众众多，类类型和结结构繁杂杂，为厂厂便于牙牙轮钻头头的选择择和使用用，国际际钻井承承包商协协会(IADC——InternationalAssociationOfDrillingContractors)于1972年制订订了全世世界第一一个牙轮轮钻头的的分类标标准，各各钻头厂厂家生产产的钻头头虽有自自己的代代号，但但都标注注了相应应的IADC编编号。1987年IADC将将原有分分类方法法及编号号进行了了修改和和完善，，形成厂厂现在的的分类及及编号方方法。岩性级别别代号，，在第一一位数码码表示的的钻头所所适用的的地层中中再依次次从软到到硬分为为四个等等级。钻头牙齿特征及所适用的地层钻头结构特征代号钻头附加结构特征代号IADC规定，，每一类类钻头用用四位字字码进行行分类及及编号，，各字码码的意义义如下：：第一位字字码为系系列代号号，用数数字1～～8分别别表示八八个系列列，表示示钻头牙牙齿特征征及所适适用的地地层：1—铣齿齿，低抗抗压强度度高可钻钻性的软软地层；；2一铣齿齿，高抗抗压强度度的中到到中硬地地层；3一铣齿齿，中等等研磨性性或研磨磨性的硬硬地层；；4一镶齿齿，低抗抗压强度度高可钻钻性的软软地层；；5一镶齿齿，低抗抗压强度度的软到到中硬地地层；6一镶齿齿，高抗抗压强度度的中硬硬地层；；7一镶齿齿，中等等研磨性性或研磨磨性的硬硬地层；；8一镶齿齿，高研研磨性的的极硬地地层。第二位字字码为岩岩性级别别代号，，用数字字1—4分别表表示在第第一位数数码表示示的钻头头所适用用的地层层中再依依次从软软到硬分分为四个个等级。。第三位字字码为钻钻头结构构特征代代号，用用数字1～9计计九个数数字表示示，其中中1～7表示钻钻头轴承承及保径径特征，，8与9留待未未来的新新结构特特征钻头头用。表表示的意意义如下下：1—非密密封滚动动轴承；；2—空气气清洗、、冷却，，滚动轴轴承；3—滚动轴承承，保径；4一滚动、密密封轴承；5一滚动、密密封轴承，保保径；6—滑动、密密封轴承；7一滑动、密密封轴承，保保径。第四位字码为为钻头附加结结构特征代号号，用以表示示前面位数字字无法表达的的恃征，用英英文字母表示示，目前，IADC已定定义了11个个特征，用下下列字母表示示:A—空气冷却却;C—中心喷嘴嘴;D—定间钻井井;E—加长喷嘴嘴;G—附加保径径/钻头体保保径;J—喷嘴偏射射;R—加强焊缝缝：S—标准铣齿齿;X—楔形镶齿齿;R—圆锥形镶镶齿；Z—其他形状状镶齿。四、金刚石钻钻头的优选1、金刚石钻钻头分类方法法影响金刚石钻钻头结构的因因素主要是地地层条件，因因此其结构参参数主要是根根据地层特点点确定。因此此其分类方法法主要依据结结构参数。2、IADCPDC钻钻头分类方法法IADC于1987年制制定了一个适适于用金刚石石钻头的“固固定切削齿钻钻头分类标准准”,并于1992年年进行了修订订。这个标准准主要根据钻钻头的结构特特点进行分类类，并没有像像牙轮钻头那那样考虑钻头头适用的地层层。但