《石油工业概论》教案-钻头的选型

知行结合崇尚实践知行结合崇尚实践授课章节第二章授课方式理论课√实践课□习题课□其他□授课时间周节授课内容6、钻头的选型计划课时2教学目标与要求知识目标：掌握牙轮钻头、金刚石钻头的合理选型。能力目标能根据不同地层、工程条件合理选择钻头。素质目标具备钻井技术员掌握钻头使用等相关技能的基本素质。教学重点与难点重点：牙轮钻头的合理选型难点：金刚石钻头的合理选型处理方法：通过教学挂图、助学课件、网络教学资源等学习掌握相关内容教学资源教学挂图、助学课件、网络教学资源等教学过程主题/任务/活动教学方法/教具时间分配1、课前考勤、课程导入讲述法10min2、牙轮钻头的选型讲述法、举例法、分组讨论20min3、金刚石材料钻头的选型讲述法、举例法20min4、金刚石材料钻头的使用特点讲述法、举例法、分组讨论、案列教学法40min5、本节小结、思考题及答疑板书10min作业/技能训练牙轮钻头的选型注意事项？金刚石材料钻头的选型注意事项？金刚石材料钻头的使用特点有哪些？教学评估内容较多，与现场钻井生产结合紧密教学设计检查学生课前预习情况，查阅资料情况，确定本节课程授课方法和难易程度通过启发式教学、案列教学引入本次课程内容介绍本节课程的教学内容、重点和难点内容组织同学课堂分析讨论牙轮钻头选型、金刚石材料钻头问题教师引导学生思考，并派学生代表发言，陈述自己对于钻头选型的理解教师对学生发言进行点评对钻头选型方法详细讲解小结，布置作业，并安排下次上课的任务一、课前考勤、课程导入考勤，对上节课的内容进行回顾，掌握学生对前面内容的掌握情况。二、牙轮钻头的选型牙轮钻头的选型及分类法牙轮钻头是应用范围最广的钻头，主要原因是改变不同的钻头设计参数，包括齿高、齿距、齿宽、移轴距、牙轮布置等等，可以适应不同地层的需要。牙轮钻头选型的原则及应考虑的问题主要有四个方面：地层的软硬程度和研磨性。地层的岩性和软硬不同，对钻头的要求及破碎机理也不同，软地层应选择兼有移轴、超顶、复锥三种结构，牙轮齿形较大、较尖，齿数较少的铣齿或镶齿钻头，以充分发挥钻头的剪切破岩作用，随着岩石硬度增大，选择钻头的上述三种结构值应相应减小，牙齿也要减短、加密，牙齿齿形对地层的适应性问题已在上文作了详细叙述。研磨性地层会使牙齿过快磨损，机械钻速迅速降低，钻头进尺少，特别容易磨损钻头的保径齿、背锥以及牙掌的掌尖，使钻头直径磨小，更严重的是会使轴承外露、轴承密封失效，加速钻头损坏，因此，钻研磨性地层，应该选用有保径齿的镶齿钻头。钻进井段的深浅。浅井段岩石一般较软，同时起下钻所需时间较短，应选用能获得较高机械钻速的钻头。深井段地层一般较硬，起下钻时间较长，应选用有较高总进尺的钻头。易斜地层，在易斜地层钻进时，地层因素是造成井斜的客观因素，而下部钻柱的弯曲以及钻头的选型不当则是造成井斜的技术因素，在易斜地层钻进，应选用不移轴或移轴量小的钻头，同时，在保证移轴小的前提下，所选的钻头适应的地层应比所钻地层稍软一些，这样可以在较低的钻压下提高机械钻速。软硬交错地层，在软硬交错地层钻进时，一般应按其中较硬的岩石选择钻头类型，这样既在软地层中有较高的机械钻速，也能顺利地钻穿硬地层，在钻进过程中钻井参数要及时调整，在软地层钻进时，可适当降低钻压并提高转速在硬地层钻进时可适当提高钻压并降低转速。选用的钻头对所要钻的地层是否适合，要通过实践的检验才能下结论，对于同一地层使用过的几种类型的钻头，在保证井身质量的前提下，一般以每米成本-作为评价钻头选型是否合理的标准。金刚石材料钻头的选型金刚石材料钻头的用量远低于牙轮钻头，主要因为金刚石材料钻头对地层的适应性较差，但地层及其他条件适合于金刚石材料钻头时，可以取得高的使用效益，反之，则不行"因此金刚石材料钻头的选型特别重要。与牙轮钻头相比，金刚石材料钻头具有以下特点：金刚石材料钻头是一体性钻头，它没有牙轮钻头那样的活动部件，也无结构薄弱环节，因而它可以使用高的转速，适合于和高转速的井下动力钻具一起使用，取得高的效益，在定向钻井过程中，它可以承受较大的侧向载荷而不发生井下事故，适合于定向钻井。金刚石材料钻头使用正确时，耐磨且寿命长，适合于深井及研磨性地层使用，在地温较高的情况下，牙轮钻头的轴承密封易失效，使用金刚石材料钻头则不会出现此问题。在小于6寸半的井眼钻井中，牙轮钻头的轴承由于空间尺寸的限制，强度受到影响，性能不能保证，而金刚石材料钻头则不会出现问题，因而小井眼钻井宜使用金刚石材料钻头。金刚石材料钻头的钻压低于牙轮钻头，因而在钻压受到限制情况下应使用金刚石材料钻头。金刚石材料钻头结构设计、制造比较灵活，生产设备简单，因而能满足非标准的异形尺寸井眼的钻井需要。金刚石材料钻头中的PDC钻头是一种切削型钻头,切削齿具有自锐优点,破碎岩石时无牙轮钻头的压持作用,切削齿切削时的切削面积较大,是一种高效钻头,实践表明,这种钻头适应地层时可以取得很高的效益。金刚石材料钻头由于热稳定性的限制，工作时必须保证充分的清洗与冷却。金刚石材料钻头抗冲击性载荷性能较差，使用时必须遵照严格的规程。金刚石材料钻头价格较高。金刚石材料钻头适应什么样的地层呢？天然金刚石钻头的切削结构选用不同粒度的金刚石，采用不同的布齿密度和布齿方式，能满足在中至坚硬地层钻井的需要。TSP钻头适合于在具有研磨性的中等至硬地层钻井。PDC钻头适用于软到中等硬度地层,但是PDC钻头钻进