鉆頭是石油鉆井的重要工具之壹。鉆頭是否適應巖石性質及其質量對鉆井工藝的選擇起著非常重要的作用，特別是在鉆井質量、鉆井速度和鉆井成本方面。PDC鉆頭是當今油氣勘探開發行業廣泛使用的工具，它有效地改進了機械鉆井工具，縮短了鉆井周期。
基本介紹中文名:鉆頭mbth:鉆頭繁體:鉆頭拼音:zuàn tóu Key:合理選材:金屬功能:壹般用於鉆井:PDC鉆頭介紹、分類與選擇、金剛石、牙輪、金剛石復合片、鉆頭發展簡史、鉆井速度影響因素、介紹鉆頭是鉆井設備的主要組成部分，主要作用是破碎巖石、形成鉆孔。旋轉鉆頭是目前石油工業中常用的鉆頭。在機械的帶動下，旋轉鉆頭會旋轉，帶動整個鉆頭向心運動，通過切削和研磨使巖石產生裂紋和破碎，從而起到向下鉆進的作用。鉆頭是主要的鉆井設備之壹。根據工作環境和地域環境的不同，鉆頭的規格和形狀也應不同。鉆石油時，應根據具體需要和具體設計方案，合理、科學地選擇鉆頭。在具體的鉆井工作中科學地選擇鉆頭，合理地確定鉆井液，可以提高石油鉆井的效率和質量，使石油鉆井更好地發揮自身的價值，為石油工業的發展做出壹定的貢獻。石油鉆井的分類和選擇目前石油工業中使用的鉆頭種類很多。根據鉆孔方法的不同，鉆頭可以分為金剛石鉆頭、牙輪鉆頭和刮刀鉆頭，這是最基本的鉆頭。在這三種鉆頭中，牙輪鉆頭是石油鉆井中最常見、應用最廣泛的，應用程度也比較深。比較這三種鉆頭，應用範圍最小的是刮刀鉆頭。本文主要介紹金剛石鉆頭和牙輪鉆頭。刮刀鉆頭金剛石切削刃使用金剛石鉆具，即金剛石鉆頭。金剛石鉆頭的主要優點是能適應研磨性高、地質堅硬的地層，切削性能也很優異。它在高速鉆井中具有非常顯著的優勢。根據適應地層的不同，金剛石鉆頭可分為普通金剛石鉆頭和聚晶金剛石復合片鉆頭。這兩類中，普通金剛石鉆頭適用於研磨性高、地質堅硬、地質復雜的地層；聚晶金剛石復合片鉆頭可廣泛用於硬地層、軟地層和硬度適中的地層，應用範圍非常廣泛。刀片的不同是這兩種金剛石鉆頭的主要區別。聚晶金剛石復合片鉆頭主要由四部分組成，即金剛石復合片、噴嘴、胎體和鉆頭體；常見的金剛石鉆頭主要由金剛石顆粒、噴嘴、胎體和鉆頭體四部分組成。由於金剛石鉆頭切削性能優異，選擇金剛石鉆頭作為石油鉆井工具時，可以高速鉆進，並在壹定程度上擴大鉆井深度。在使用金剛石鉆頭進行石油鉆井的過程中，要非常註意以下幾個方面:首先是聚晶金剛石，金剛石鉆頭的價格比較高，使用時要謹慎，減少傷害；其次，金剛石鉆頭在熱穩定性方面有壹定的缺陷，使用時要保證鉆頭的冷卻性能和清潔條件；再次，其質地較脆，因此金剛石鉆頭的抗沖擊性會較差，應嚴格按照金剛石鉆頭的相關規定進行嚴格規範的操作。基於牙輪鉆頭的結構，牙輪可分為五個部分:水孔、軸承、掌部、牙輪和鉆頭體。如果是密封射流牙輪鉆頭，通常包括儲油補償系統。壹般螺紋會與牙輪鉆頭上部的螺紋連接，鉆柱會與螺紋連接。鉆頭下部會有壹個三條腿的牙輪，牙輪安裝在軸承軸上，軸承安裝在軸承軸和每個牙輪之間。滾錐
會通過自己的切割齒進行巖石破碎工作。鉆井液的通道是鉆頭的水孔。在石油鉆井過程中，通過鉆井過程中的橫向剪切和縱向振動，牙輪鉆頭將達到破碎巖石的目的，從而提高鉆井速度。在選擇牙輪鉆頭作為石油鉆井工具時，需要根據鉆井設備的實際情況、地層的實際情況以及相鄰油井的地質資料和地層資料來選擇牙輪鉆頭。在選擇時，要考慮的主要問題是:首先要考慮鉆井地層中是否存在軟硬交錯；其次，要考慮石油鉆井中是否需要防斜鉆井和曲線作業；再次，要考慮同壹口油井不同鉆井段的實際深度；最後，應考慮鉆井地質、地層的可磨性和硬度。金剛石復合片PDC鉆頭是油氣勘探開發行業廣泛使用的工具，有效地改進了機械鉆井工具，縮短了鉆井周期。PDC(聚晶金剛石復合片)是以金剛石粉和硬質合金基體為原料，經超高壓高溫燒結而成的壹種復合超硬材料。它既有金剛石的硬度和耐磨性，又有硬質合金的強度和沖擊韌性。它是壹種優良的切削工具和耐磨工具材料，已廣泛應用於金屬和非金屬切削工具、木材加工工具、油氣鉆頭等諸多領域。PDC研發及其在石油天然氣鉆頭中應用的歷史已經過去了35年，在這漫長的征程中，許多科研人員為此做出了卓越的貢獻。在PDC研發方面，GE公司在1970年宣布並於1972 ~ 1973年正式商用的Compax具有劃時代的意義，公司在1976年推出了專門用於石油天然氣的PDC系列產品——PDC for——strata Pax鉆頭，為鉆頭研發提供了良好的基礎。此後，許多PDC制造公司也在技術創新方面取得了很大進步，其中美國Synthetic制造的金剛石層更厚、抗沖擊性更好的PDC在90年代中期進入鉆井市場，顯著提高了PDC鉆頭的鉆井效果。從65438到0997，公司成為市場龍頭。硬質合金PDC於1987年由中國鄭州三磨研制成功，並逐步進入鉆井市場。雖然產品性能並不完美，但卻以極低的價格贏得了中國初生的鉆頭制造業的青睞。1992後，鄭州新亞復合超硬材料有限公司建成投產，PDC制造技術不斷完善，PDC性能大幅提升。石油和天然氣用PDC鉆頭的發展和應用也可以追溯到30多年前。塔爾薩大學鉆井研究中心和GE公司在1973進行的最初的平面PDC鉆頭設計和在美國幾個主要油田進行的多次現場鉆井試驗具有開創性和裏程碑式的意義。此後，鉆頭制造商在鉆頭的設計、制造和使用方面進行了不懈的努力和不斷的改進，使PDC鉆頭在油氣鉆井中得到廣泛的推廣，並為PDC及其鉆頭制造業和油氣勘探業帶來了豐厚的經濟回報。油田1985中國四川石油管理局與美國克裏斯滕森公司合資成立石川-克裏斯滕森金剛石鉆頭公司。65438-0994年，新疆石油管理局與哈裏伯頓公司secarity DBS公司合資成立了新疆壹迪愛思鉆頭工具公司，兩家公司都利用了國外成熟的PDC鉆頭制造技術，有力地推動了我國PDC鉆頭制造和應用技術的進步，促進了PDC鉆頭在我國各大油田的推廣和普及。鉆頭發展簡史:在PDC鉆頭的生產技術還沒有成熟之前，或者說就在PDC鉆頭開發出來之前，有廠家用不含硬質合金基體的聚晶人造金剛石代替天然大顆粒金剛石制造表面貼裝鉆頭。多晶體有圓柱形、三角塊形、圓盤形、矩形和壹端圓錐形的塊形等多種形狀，如GE公司的Geoset和Fomset，德比爾斯公司的Syndax3，鄭州三軋的TSP等。它們的* * *特點是熱穩定性高，即耐1000℃ ~ 1100。碳化鎢粉不是1969 ~ 1975。鄭州三磨生產了幾種不同直徑的JR20SN-2多晶體，先用於制造保徑孕鑲鉆頭和鉸刀，後用於制造7級以下礦山的石油刮刀鉆頭。實驗在勝利油田進行。以鉆同壹口井深2400米為例，對聚晶刮刀鉆頭和硬質合金刮刀鉆頭進行了對比。與牙輪鉆頭相比，聚晶刮刀鉆頭節約成本50%以上，鉆井時間縮短5 ~ 8天。此外，地質取心鉆頭、鉸刀和由1.8×5mm多晶體制成的2.5×5mm多晶體用於冶金、煤田、地質孕鑲鉆頭的護徑，其效果與天然金剛石相似。在20世紀80年代初我國自主研發的PDC沒有成功之前，6×6mm聚晶被廣泛應用於油氣鉆井的取心鉆頭和西瓜皮全能鉆頭。三角形塊體多晶體也已廣泛用於制造中硬至硬地層(如石灰石和白雲石)和輕微磨損地層的取芯鉆頭或全能鉆頭。90年代國產PDC大規模生產後，聚晶人造金剛石逐漸退出鉆井市場，被PDC完全取代。金剛石石油和天然氣鉆井用PDC鉆頭的發展和應用經歷了很長時間。前期PDC鉆頭抗沖擊性不高，存在脫層現象。此外，鉆頭設計和制造也存在問題，石油和天然氣鉆探風險很大。占據鉆井市場很大份額的牙輪鉆頭生產廠家並不那麽活躍，因此PDC鉆頭的發展和應用遇到了很大的困難和阻力。1973 ~ 1975期間，美國使用GE公司生產的PDC(Compax)，8.38×2.8mm，金剛石層0.5mm厚，焊接硬質合金齒柱，然後安裝在鋼鉆頭上。大量原始試驗數據表明，PDC可以代替天然金剛石用於鉆最硬和高研磨性巖石的地面安裝鉆頭。然而，考慮到PDC的結構和性能特點，以及油氣層多為軟-中硬地層，鉆頭制造商將PDC的應用重點放在了市場前景巨大的石油鉆井市場上。塔爾薩大學鉆井研究中心參與了平面PDC鉆頭的初步設計，並對PDc本身進行了關鍵試驗。在此期間，GE公司在南德克薩斯、科羅拉多、猶他和上密歇根進行了四次PDC鉆頭試驗，暴露了PDC柱齒和鉆頭設計制造中的壹些問題。在解決了取心鉆頭初試存在的問題後，6月1976+2月65438，GE公司推出了鉆頭專用PDC系列產品Stratapax，性能有所提升，更耐沖擊，更有利於固定在鉆頭體上。同時，Diamant B0art公司也在波斯灣和北海的鹽巖以及北海的East.man Christensen公司進行了壹些成功的PDC鉆頭試驗。經過上述初步的探索性試驗，從80年代末至今，PDC廠家對PDC進行了壹系列的改進和創新，大大提高了PDC的性能。隨著能源市場的繁榮和原油價格的不斷創新，各大鉆頭公司與石油公司壹起積極開發了壹系列新型PDC鉆頭，提高了使用效果，擴大了應用領域。20世紀90年代以來，從鉆頭水力學角度出發，通過改進鉆井泥漿，成功控制了泥頁巖中的鉆頭泥包，在解決鉆遇泥頁巖夾層存在的問題上取得了突破。PDC鉆頭最大的發展是Amoco公司發現鉆頭損壞的主要原因是鉆頭旋轉偏斜(回轉)，進而開發出防止鉆頭偏斜的設計技術。從鉆頭設計的角度來看，各鉆頭生產廠家對布齒結構、刀翼結構和鉆頭斷面形狀采取了壹系列防止鉆頭偏斜的設計技術，以盡量減小旋轉偏斜的程度。此外，伊士曼·克裏斯滕森公司將阿莫科公司的防斜產品商業化，采用穩定的鉆頭工作裝置，以減少鉆井過程中導致PDC損壞的嚴重偏斜載荷，並正式推出防旋轉防斜鉆頭，在多層(非均質夾層)巖石鉆井中更具優勢。此外，鉆頭的冠部形狀也從平面形狀變成了3 ~ 8片甚至更多片(螺旋)的西瓜皮形狀。原油PDC鉆頭不斷改進和創新的另壹個原因是更現代和更復雜的計算機數據模型系統(CAD/CAM)的開發和應用，它與實驗室驗證相結合，從而增加了鉆頭成功應用的保證。我國由於受PDC國產化的影響，PDC鉆頭的發展比美國晚了約15年。80年代中期，江漢鉆頭廠、大港通用機械廠鉆井研究所和北京石油大學開始研制PDC鉆頭。1985石川-克裏斯滕森金剛石鉆頭公司和1990新疆依迪比愛思鉆頭工具公司成立後，分別引進了國外成熟的PDC鉆頭技術和後續新技術，采用了GE、DeBeers、USS公司生產的質量穩定可靠的PDC鉆頭。他們制造的鉆頭在鉆井中均表現良好，為我國PDC鉆頭的快速發展和應用鋪平了道路，展示了PDC鉆頭在石油和天然氣中的應用。但由於鉆頭成本高、價格貴，其應用主要在新疆油田和海上油田鉆井中推廣。從65438到0988，鄭州三磨自主研發的低價位PDC投放市場，加快了我國PDC鉆頭國產化的步伐。江漢鉆頭廠鉆井研究所、大港石油通用機器廠、勝利油田鉆井院、大慶石油管理局鉆頭廠等壹批PDC鉆頭生產企業相繼出現，全國產化PDC鉆頭在大慶油田、中原油田、大港油田、勝利油田、遼河油田、吉林油田得到推廣和普及。由於上世紀90年代初國產PDC性能不盡如人意，加上壹些鉆頭生產企業的鉆頭設計和制造水平相對較低，鉆井效果並不理想。直到鄭州新亞復合超硬材料有限公司投產，在PDC制造技術上進行了不懈的研究和創新，產品規格與國外產品壹致，提高了產品的質量和可靠性，基本滿足了國內外鉆頭客戶對鉆軟中硬地層的技術要求。目前，公司主要致力於開發適用於硬地層、夾層和硬地層的鉆頭。此外，在鉆頭制造方面，除了石川-克裏斯滕森金剛石鉆頭公司和新疆迪皮愛思鉆頭工具公司之外，還湧現出壹批高質量的鉆頭制造公司，如成都貝斯特金剛石鉆頭公司、武漢億達工具公司、成都迪普金剛石鉆頭公司和四川石川金剛石鉆頭公司。相信在不久的將來，隨著PDC質量的提高和鉆頭設計制造水平的提高，國產PDC鉆頭的使用效果和應用領域將會取得長足的進步。目前，在世界鉆井市場上，大慶油田有四家知名公司，即BakerHughes、DBS(李海伯頓的Secarity DBS)、Smith International和Hycalog Tool—Reed。ROP 1)地層沈積年代長，硬度高，非均質性強，部分井段研磨性強。厚度超過500米的自流井組為泥巖和砂巖互層，砂巖致密，硬度高。徐佳河段為泥巖夾應時砂巖，矽質膠結，巖石硬度達7級；二疊系陽新組巖石可鉆性等級為4.7 ~ 7.5，巖石硬度變化較大。由於圍壓較高，二疊系灰巖硬度比三疊系高3倍以上，中心帶為燧石結核、煤和黃鐵礦。燧石結核2)鉆孔不穩定。川東高陡構造井的上沙溪廟組-珍珠沖組地層(井深0 ~ 2500 m)，巖性主要為砂、泥、頁巖互層。由於巖石的強水敏性和高陡構造地應力的共同作用，鉆孔容易失穩，井壁坍塌嚴重。為了平衡坍塌，鉆井液密度增加，導致機械鉆速顯著下降。如沙溪廟組、自流井組田東26井鉆井液密度提高到1.35 ~ 1.63 g/cm 3，由於液柱壓力高造成的“保壓效應”，機械鉆速降低到0.96 m/h。二疊系龍潭組和梁山組也容易坍塌。鉆孔3)地層傾角大，地層傾角8° ~ 55°。，高達85。，容易出現自然隊形偏差。為了控制井斜，往往采取輕壓舉升的措施，大大降低了鉆井速度。4)地層壓力系統復雜，從負壓到異常高壓交錯，在縱向上具有壓力系統的多樣性，在橫向上具有壓力系統的相對獨立性。碳酸鹽巖氣藏有三種類型的產層:裂縫型、孔隙型和裂縫-孔隙型。孔隙型氣藏壓力規律明確，基本為常壓，可實現平衡鉆井，如川東石炭系和長興礁。然而，裂縫性氣藏的壓力取決於地質運動的強度和巖石本身較差的強度和規則性，難以預測。鉆井時，根據裂縫的存在使用高密度鉆井液。導致過平衡，影響機械鉆速，但使用低密度鉆井液快速強鉆，有很大的突然壓裂井噴風險。陽新組和長興組由於壓力梯度高、巖石硬度大、地層深度深，鉆井液密度通常為1.50 g/cm 3。(雲安6井最高壓力梯度2.45MPa/hm，鉆井液密度2.41g/cm 3)，導致機械鉆速長期徘徊在1.00m/h左右。井噴5)大井眼長度。大於311的井段。川東Imm約占總進尺的1/2 ~ 3/4，由於井斜，WOB無法增加。in頭的WOB壹般只能提高到120 ~ 180 kN，轉速壹般為60r/min。大尺寸鉆孔鉆頭破巖量大，如in鉆頭破巖量是8Min鉆頭的4.24倍，in鉆頭的2.08倍。顯然，井底鉆頭的機械破巖能量嚴重不足，牙齒很難啃進地層。破巖方式主要是研磨，不是體積破碎，導致鉆頭破巖效率低。由於井眼尺寸和深度較大，實際環空返速在0.8m/s以下，水力能量也嚴重不足，導致井底清洗效果差，反復破碎鉆屑。同時，深井鉆井經驗表明，隨著大尺寸井段的加深，牙輪鉆頭的彈跳現象尤為突出，鉆頭在井底的有效鉆進時間不足50%，這也嚴重影響了機械鉆速的提高。碎片