复杂地层PDC钻头研究
PCD及PDC钻头在石油钻井中的应用
PCD及PDC钻头在石油钻井中的应用作者：张文敏来源：《中小企业管理与科技·上中下旬刊》 2017年第7期1 引言PCD 钻头即金刚石聚晶钻头，PDC 钻头即金刚石复合片钻头，两者在硬度上很大，因此目前在石油钻井的硬地层中得到了十分广泛的应用。
在应用PCD 及PDC 钻头对硬地层复杂地质环境的石油钻井时，虽然具备诸多优势，但在一些特殊的地质环境中却并不适用，因此对PCD 及PDC 钻头在石油钻井中的应用展开分析具有十分重要的现实意义。
基于此，文章重点就PCD 及PDC 钻头在石油钻井行业中的应用分四个部分展开了分析，提出了一些可供参考的观点和建议，以下是具体内容。
2 PCD 及PDC 钻头在石油钻井应用的特点PCD 钻头采用的是金刚石聚晶模式，在聚晶过程中采用的是黑色金属线和有色金属线材料，和一般的硬质合金拉丝模相比，其在耐用度上提升了数百倍。
因此，PCD 钻头在使用钻井中应用的主要优势，即在保障硬度的前提下耐用性极高。
目前钴是最为常用的一种PCD 钻头结合剂，其具有强度高、耐磨性好等诸多优势，同时拉丝的成本也很低，十分适用于石油钻井作业中。
PDC 钻头的优点主要集中于钻头结构简单和耐磨性高两点上。
PDC 钻头所采用的人造金刚石，其比硬质合金的耐磨性更高，在钻头构成上，切削齿是其主要部件，在工作中无需钻头自身钻头，因此PDC 钻头也被称作固定式探头。
在PDC 钻头的使用早期，主要是在一些软页岩层中使用，而随着PDC 钻头在性能和结构上的不断优化。
目前PDC 钻头已经可以在长段中硬岩地层和硬夹层中使用。
此外，PDC 钻头还有高针对性的优势，可根据钻进地层的各区块地质特征以及地层的深度采用针对性的钻进工艺，选择更为合理的钻进方案[1]。
3 PCD 及PDC 钻头应用于石油钻井中的适用地质环境PCD 及PDC 钻头在石油钻井作业的使用中，并不是所有的地质环境都可以发挥出最大的使用效果，在具体的使用过程中也需要基于不同的地质环境选择不同的PCD 及PDC 钻头类型。
煤矿复杂硬地层用胎体式PDC钻头的研制
煤矿复杂硬地层用胎体式PDC钻头的研制作者：史阿朋王志红来源：《山东工业技术》2015年第02期摘要：由于煤炭钻探和开采难度不断地增加，从而对破岩工具提出了更高的要求。
胎体式PDC钻头因其优异的综合性能，得到了越来越广泛地应用。
本文针对重庆松藻煤矿复杂硬地层的特点，研制了一种新型的Ф65mm胎体式PDC钻头，并进行了现场试验，试验结果表明：研制的PDC钻头耐磨性好，抗冲击能力强，能够有效地钻进复杂硬地层，其寿命大约是同类型钻头的1.5倍；同时在低钻压下可取得高进尺和高钻速，钻进时效可达25.2m/h，极大地提高了钻进效率，节约了钻进成本。
关键字：胎体式PDC钻头；综合性能；复杂硬地层；钻进0 前言PDC钻头，即聚晶金刚石复合片钻头，是将聚晶金刚石复合片镶焊在钻头体上而制成的一种新型切削型钻头，由于其高效优异的切削性能，广泛地应用于煤田，地质，石油等领域[1]。
按钻头体冠部材料分为胎体式和钢体式两种，相应地钻头也分为胎体式PDC钻头和钢体式PDC钻头[2]。
目前在我国煤炭行业，钢体式PDC钻头使用范围最为广泛，但是随着我国深部探矿工作的不断推进，钻孔钻进过程中遇到的地层条件越来越复杂，岩性种类也越来越多，钢体式PDC钻头的寿命和时效已无法满足钻进要求。
相对于钢体式，胎体式PDC钻头具有耐磨性好、焊接强度高、抗冲击能力强等特点，对复杂硬地层适应性强，能够取得很好的钻进效果。
为此，本文开展了煤矿用胎体式PDC钻头的研究，这对于解决我国煤矿井下复杂硬地层钻进困难、时效低等问题具有重要的指导意义。
1 PDC钻头设计目前煤矿井下PDC钻头结构形式繁多，并对使用地质条件非常敏感，因此需要针对具体使用条件进行钻头设计。
PDC钻头设计主要包括钻头冠部设计、工作角设计等。
1.1 钻头冠部设计PDC钻头冠部设计是 PDC钻头总体设计的一个重要组成部分。
冠部形状决定PDC 钻头的布齿面，因此也影响着 PDC 钻头对特定地层的工作特性。
PDC钻头
PDC钻头一、产品特点金刚石复合片（PDC）是在高温条件下，由人造金刚石与硬质合金一次性合成的特殊超硬材料，它不但具有金刚石硬度高、耐磨等优点，同时还具备了硬质合金抗冲击性强、出刃大等特点，用它做钻头的刀翼可大大提高钻头的工作效率，是钻进中硬岩层和坚硬岩层的理想钻头。
本系列金刚石PDC钻头，托体采用优质钢材煅压成型，经过真空全自动热处理设备进行增加机械性能处理。
普通型采用国内优质复合片做刀翼，超强型采用美国GE公司生产的刀片，根据地质条件的不同选用相应的质量等级，可达到更高的产品性价比，达到节能高效的经济指标。
高强型金刚石钻头刀翼采用最新研制的球型金刚石刀片，特点是钻进速度快，抗冲击能力强。
当钻头钻进时，唇边用于正常均匀地层岩石的刮削，突出部分可以抑制钻头钻进过程中遇到缝隙时瞬间大幅度进尺，大大降低了钻头的意外损坏，提高了应对复杂岩层的钻进水平。
本公司生产的金刚石钻头遍布全国煤田、石油钻探、地质勘探、水利水电、铁路公路、隧道建设等行业。
两翼PDC锚杆钻头（半片标准型）适应岩层八级以下，在同等岩层条件下钻进寿命是普通合金钻头的10-30倍，效率至少提高60%以上，不需修磨，大大降低工人的劳动强度，节约工时。
两翼PDC锚杆钻头（半片加强型）刀翼关键原材料由美国GE公司生产，其金刚石含量是普通钻头的1.5倍，耐磨性极好，效率显著提高，综合成本降低，适应12级以下中硬岩层。
二、产品参数最佳适应岩层参数表：行号类型适应岩层1 普通PDC钻头F<10的软—中硬岩2 加强PDC钻头F=10－12的中硬岩3 高强PDC钻头F<18的硬岩金刚石复合片（PDC）钻头钻进规程建议参数表：行号规格mm 钻进规程参数钻压（Kg）转速（rpm）泵量（1╱min）1 Ф28 300—700 300—350 150—2002 Ф30 300—700 300—350 150—2003 Φ32 300—700 300—350 150—2004 Φ48 300—700 300—350 120—1605 Φ56 320—800 250—350 130—1806 Φ75 480—1200 200—300 150—2007 Φ94 640—1600 150—250 200—2508 Φ110 880—2200 120—200 200—3009 Φ152 1500—3000 100—200 500—85010 Φ190 1800—4000 100—200 600—120011 Φ230 2200—4500 100—200 750—140012 Φ270 2400－5000 100—200 1000－1500三、产品说明1、正常作业时，严禁突然反转改变运行方向，以防止复合片钻头脱落。
PDC钻头胎体性能研究
随着ＰＤＣ钻头结构的变化以及质量的提高，ＰＤＣ钻头对地层的适用范围也在不断扩大，在石油勘探开发中发挥了新的优势，已成为不可替代的重要钻井工具之一。
尤其是焊片式胎体ＰＤＣ钻头，它通过模具可以一次成型，制造出结构形状复杂的钻头，不受齿柱式布齿受限的影响，具有钻头基体耐冲蚀、抗高压、使用寿命长的特点，因此受到了用户的认可。
为了发挥胎体ＰＤＣ钻头的特长，必须保证钻头胎体有足够的强度和冲击韧性，防止正常使用中受到破坏，保证使用安全，所以针对钻头结构特点，开展了钻头胎体性能方面的试验研究。
胎体ＰＤＣ钻头从结构上分主要有两种：一种是西瓜皮型的齿柱式，一种是刀翼型的焊片式ＰＤＣ钻头。
目前，市场上主要以刀翼型的胎体ＰＤＣ钻头为主，因为刀翼型有较大的排屑空间能及时排屑，防止钻进中重复破碎，对提高钻速起到了明显作用。
国内外的ＰＤＣ钻头生产厂家也基本是刀翼形式，因此刀翼型的ＰＤＣ钻头具有结构简单、钻速快等特点，所以被广泛采用。
刀翼型ＰＤＣ钻头在钻进过程中施加的钻压集中在几个刀翼上，刀翼的受力与金刚石胎体表镶或孕镶钻头、齿柱式西瓜皮钻头有很大的区别，主要表现在钻头结构整体受力和刀翼的局部受力分布上。
在钻压和扭转力的联合作用下，保证刀翼不会断裂，胎体和钢体结合牢固，除机械加强外，要求胎体具有较高的综合强度才能满足这种刀翼结构。
根据多年的经验和现场验证，胎体ＰＤＣ钻头结构不同、刀翼的长短不同，对胎体性能要求也有所不同。
对胎体钻头而言，钻头设计不仅是结构设计，还应包括胎体性能及工艺方面的设计。
因此，设计再好的钻头结构必须由胎体材料性能来保证，二者是相辅相成的，单一的要求都是偏面的。
所以，开展对钻头胎体配方、性能方面的试验研究是实施钻头设计思想、保证钻头质量的关键。
胎体是由骨架料和浸渍合金经烧结而形成的统一体。
骨架料是由不同粒度的粉末冶金组成，而浸渍合金也是由不同的铜基焊料成份所组成。
胎体的性能取决于骨架料和浸渍合金的选择。
同样的骨架料，使用不同的浸渍合金会得到不同的胎体性能，反之同样的浸渍合金、不同的骨架料也会得到不同的胎体性能。
适用于复杂岩性地层的PDC钻头个性化设计与应用
2441 吐哈油田复杂岩性地层钻井简介吐哈油田主要含复杂岩性地层的区块有照壁山、柯克亚、鲁克沁等，自上而下钻遇的地层有：第四系西域组、第三系鄯善群；中生界白垩系吐谷鲁群，侏罗系上统齐古组，侏罗系中统七克台组、三间房组、西山窑组，侏罗系下统三工河组、八道湾组，三叠系上统克拉玛依组、三叠系上统。
其中照壁山区块中下部地层（2500-4300m）为致密砂泥岩互层，地层可钻性较差、研磨性极强。
由于钻头在这种复杂岩性地层中钻进时受力不均引起的交变应力对切削齿造成的恶劣冲击是导致钻头切削齿破坏失效的主因。
主要表现有：金刚石复合片先期损坏，单只钻头行程短、使用寿命短、机械钻速低等。
因此，在前期钻井施工中大多采用牙轮钻头钻进的方式穿越复杂岩性地层，在此条件下施工的钻头破岩效率低、钻压较大井身质量难以控制、起下钻频繁，造成钻井周期延长和钻井费用增加，那以满足油田目前勘探开发形式下高效钻井的要求。
2 PDC钻头个性化设计研究2.1 地层可钻性研究通过在室内开展岩石力学参数实验，对岩石动力学参数和声学参数进行测定，采集照壁山、柯克亚、鲁克沁等多个复杂岩性地层发育区块的岩芯，对岩芯可钻性、研磨性实验结果和声波时差测井资料进行对比分析，建立了地层可钻性、研磨性的科学计算模型，最终形成了复杂岩性区块的PDC钻头地层可钻性、研磨性分析剖面。
2.2 钻头优化设计研究3 现场试验情况及结果分析为验证吐哈复杂岩性地层中新型PDC钻头的适应性，在照壁山、柯克亚、鲁克沁等典型复杂岩性地层区块开展了多口井的现场试验。
实践证明，新型PDC 钻头对复杂岩性地层适应性良好，机械钻速、使用寿命和单只行程有了明显的提高，使钻井周期大幅缩短、钻井运行效率显著提高。
下面例举新型钻头在照壁山区块的两口试验井中的现场应用情况及效果。
3.1 试验1井试验情况及结果分析试验1井位于红旗坎构造带照壁山区块，处于山前逆掩带，中部地层泥岩与砂砾岩互层发育，下部地层致密细砂岩与泥岩发育，夹黑色煤、泥质粉砂岩，属非均质性极强的高研磨强冲击性地层。
个性化PDC钻头钻井技术的研究及应用
个性化 PDC钻头钻井技术的研究及应用摘要：青海油田采气三厂尖北区块为裂缝型基岩气藏，基底为典型的花岗岩和花岗岩片麻岩，钻探井属于深井、超深井范围，在开发钻井过程中面临可钻性差，钻头磨损严重等诸多困难，影响工程进度。
基于此，制定了适应性较好的基岩气藏提速方案，通过优化钻头实现个性化PDC钻头钻井技术，切实提高了钻井速度，降低开发成本，加快产能建设进度。
关键字：基岩；钻头；个性钻头；钻井速度；Abstract: Abstract: The Jianbei block of No.3 Gas Production Plant in Qinghai Oilfield is a fractured bedrock gas reservoir with typical granite and granite gneiss basement. The drilling wells are deep wells and ultra-deep wells, and face poor drillability during developmentand drilling. Many difficulties such as serious drill bit wear affect the progress of the project. Based on this, a well-adapted speed-upplan for bedrock gas reservoirs was formulated, and personalized PDCbit drilling technology was realized by optimizing drill bits, which effectively increased drilling speed, reduced development costs, and accelerated the progress of production capacity construction.Key words: bedrock; bit; Personality drill bit; Drilling speed;1前言：青海油田采气三厂东坪区块、尖北区块、昆特依区块均为裂缝型基岩气藏，基底发育典型的花岗岩和花岗岩片麻岩，钻探井属于深井、超深井范围。
ＰＤＣ_钻头复合冲击钻进动力学研究
２０２３年第５２卷第５期第１２页石油矿场机械犗犐犔 犉犐犈犔犇 犈犙犝犐犘犕犈犖犜２０２３，５２（５）：１２ ２０文章编号：１００１ ３４８２（２０２３）０５ ００１２ ０９犘犇犆钻头复合冲击钻进动力学研究邓银江１，郭正伟１，魏秦文１，程泽正１，向荣洵２（１．重庆科技学院，重庆４０１３３１；２．重庆青山工业有限责任公司，重庆４０２７７６）摘要：深部地层的环境温度高，岩石硬度大、研磨性强。
采用ＰＤＣ钻头常规钻井方式，钻头的破岩效率低、机械钻速慢。
介绍了１种轴扭复合冲击破岩工具的结构和工作原理。
建立ＰＤＣ钻头破岩理论模型和数值分析模型，并进行对比分析，得出了常规钻进和轴扭复合冲击钻进过程中ＰＤＣ钻头的运动轨迹和岩石破碎过程应力变化规律。
分析发现，复合冲击作用下岩石裂纹发生快，更容易产生体积破碎，岩石表面能够形成连续均匀的破碎坑，相比常规钻进能够提速３０％左右。
该研究为轴扭复合冲击破岩提供了理论依据，对深井油气田开发具有重要意义。
关键词：ＰＤＣ钻头；复合冲击工具；动力学中图分类号：ＴＥ９２１．１０７ 文献标识码：Ａ 犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ３４８２．２０２３．０５．００２犛狋狌犱狔狅狀犘犇犆犅犻狋犆狅犿狆狅狌狀犱犐犿狆犪犮狋犇狉犻犾犾犻狀犵犇狔狀犪犿犻犮狊ＤＥＮＧＹｉｎｊｉａｎｇ，ＧＵＯＺｈｅｎｇｗｅｉ，ＷＥＩＱｉｎｗｅｎ，ＣＨＥＮＧＺｅｚｈｅｎｇ，ＸＩＡＮＧＲｏｎｇｘｕｎ（１．犆犺狅狀犵狇犻狀犵犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犆犺狅狀犵狇犻狀犵４０１３３１，犆犺犻狀犪；２．犆犺狅狀犵狇犻狀犵犜狊犻狀犵狊犺犪狀犐狀犱狌狊狋狉犻犪犾犆狅．，犔狋犱．，犆犺狅狀犵狇犻狀犵４０２７７６，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＴｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｄｅｅｐｐｕｍｐｉｎｇｗｅｌｌｓｉｎＳｈｅｎｇｌｉＯｉｌｆｉｅｌｄｈａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄａｎｎｕａｌｌｙ，ａｎｄｔｈｅａｖｅｒａｇｅｐｕｍｐｗｏｒｋｏｖｅｒｐｅｒｉｏｄｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｓｈｏｒｔ．Ｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｒｅａｓｏｎｓｉｓｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｏｆｔｈｅｐｕｍｐ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｄｅｅｐｓｕｃｋｅｒｒｏｄｐｕｍｐ，ｔｈｅｌｅａｋａｇｅｏｆｔｈｅａｍｂｉ ｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｔｈｅｄｅｅｐｅｒｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｉｓｈｉｇｈａｎｄｔｈｅｒｏｃｋｉｓｈａｒｄａｎｄａｂｒａｓｉｖｅ．Ｔｈｅｃｏｎｖｅｎ ｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｕｓｉｎｇＰＤＣｂｉｔｈａｓｌｏｗｒｏｃｋ ｂｒｅａｋｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄａｓｌｏｗｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｒｉｌｌ ｉｎｇｒａｔｅ．Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆａｎａｘｉａｌｔｏｒｓｉｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｍｐａｃｔｔｏｏｌｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＴｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒＰＤＣｂｉｔｂｒｅａｋｉｎｇｒｏｃｋｗｅｒｅｅｓｔａｂ ｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄａｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｏｆＰＤＣｂｉｔａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｖａｒｉａｔｉｏｎｌａｗｏｆｔｈｅｒｏｃｋ ｂｒｅａｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｄｕｒｉｎｇｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄａｘｉａｌｔｏｒｓｉｏｎａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｍｐａｃｔｄｒｉｌｌｉｎｇ．Ｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｕｎｄｅｒｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｍｐａｃｔ，ｒｏｃｋｃｒａｃｋｉｎｇｏｃｃｕｒｓｑｕｉｃｋｌｙａｎｄｖｏｌｕｍｅｃｒｕｓｈｉｎｇｉｓｍｏｒｅｌｉｋｅｌｙｔｏｏｃｃｕｒ，ａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓａｎｄｕｎｉｆｏｒｍｃｒａｔｅｒｓｃａｎｂｅｆｏｒｍｅｄｏｎｔｈｅｒｏｃｋｓｕｒｆａｃｅ，ｗｈｉｃｈｃａｎｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｓｐｅｅｄｂｙａｂｏｕｔ３０％ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇ．Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｐｒｏｖｉｄｅｓａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒａｘｉａｌ ｔｏｒｓｉｏｎａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｍｐａｃｔｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｄｅｅｐ ｗｅｌｌｏｉｌａｎｄｇａｓｆｉｅｌｄｓ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ＰＤＣｂｉｔ；ａｘｉａｌｔｏｒｓｉｏｎａｌｉｍｐａｃｔｔｏｏｌ；ｄｙｎａｍｉｃｓ 收稿日期：２０２３ ０３ １６ 基金项目：重庆市自然科学基金项目“异形单牙轮钻头破岩机理研究”（ＣＳＴＣ２０２０ＪＣＹＪ ＭＳＸＭＸ０１６９）；重庆市自然科学基金项目“气体钻井钻具传动主轴动力学建模与安全控制研究”（ＣＳＴＣ２０２０ＪＣＹＪ ＭＳＸＭＸ０４１２）；重庆市教委科学技术研究项目“深井硬岩地层异形单牙轮钻头结构与性能关系研究”（ＫＪＱＮ２０２１０１５０４）。
复杂地质环境下钻探施工技术
复杂地质环境下钻探施工技术的探讨[摘要]：本文总结了煤田复杂地质环境特性下的钻探施工方法，再根据具体案例用来说明钻探施工技术的可行性，并取得了钻孔施工较好的钻探效率和经济益。
[关键词]：钻探技术：复杂煤岩；施工技术；地质钻探；冲洗液；引言近年来，复杂地质钻探技术虽然有所发展。
但仍处于起步和摸索阶段，随着钻探工艺的完善，将会使复杂地层煤田钻探水平有更大的提高。
1、复杂地质环境分类根据钻探施工特点及地质情况，把复杂煤岩地层分为以下几类：（1）松散破碎地层：主要包括松散破碎和硬、脆、碎破碎地层。
较为典型的有胶结性很差的砂石和石灰岩组成的二叠纪地层，这种地层含有大量的砂岩，部分地区存在泥岩、砂岩和砾岩以及部分卵石。
受钻具振动碰撞和泥浆冲蚀作用，钻探钻孔易发生坍塌、漏失、超径等事故。
（2）水敏性地层：主要包括水化松散、水化剥落、水化膨胀和水化溶蚀煤系地层。
（3）漏、涌水地层：这类地层钻探施工护孔堵漏难度极大，漏失分大、中、小漏；涌水地层一般涌水量为10 m3/h～ 50 m3/h。
煤系地层硅质胶结，灰岩多破碎，且研磨性大，构造裂隙较发育，稳定性较差，透水性强，地下水丰富，承压水力大，钻孔缩径或涌水时有发生。
2、钻探钻孔根据地层特点和地质钻探对孔径的要求，首先进行了钻孔结构优化，尽量简化钻孔结构。
即先用d133mm的普通型pdc复合片钻头开孔。
穿过第四系松散破碎地层，下人d127mm双层岩芯套管；然后抉用d113mm普通型和加强型pdc复合片钻头钻进，穿过复杂煤岩地层，下人技术套管，以保护孔壁，导正钻孔；最后煤系地层用d108mm半合管取煤钻进。
3、冲洗液的选择3.1冲洗液根据矿田的地层特点采用清水加乳化剂做冲洗液是适宜的。
不用泥浆钻进的主要原因是：①影响钻进效率：②易烧钻；③一旦钻遇坍塌严重地层时，用水泥封孔时还需冲孔、沈孔、置换泥浆工作，否则水泥与孔壁之间不能凝固在一起，形成两层皮，达不到封孔的预期目的。
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针对 上述 复杂 地 层 的 钻 进 ，重 新 对 Ｐ Ｃ钻 头 Ｄ
机 械钻 速低 ，钻进 困难 ，难 以 满 足高 效 钻 井 要 求 。
这 都使 复杂 地层 的钻 井周 期延 长 、钻井 费 用增 加 。 鄂 尔多 斯盆 地苏 里格 气 田的地 层 比较古 老 ，且
无规 律含砾 、地层 更叠 频繁 、软 硬交 错等 ，使 钻 头
在变 化地层 中钻进 时受 力不 均导 致个 别切 削齿 先期 损 坏 ，钻井 质量 和钻 进 效率处 于 低水 平状 态 ；有些 复杂地 层可 钻性 差 、研磨 性 强 ，导致 常规 钻头 平均
片边 缘 ，钻 进 软 地 层 的反 作 用 力 全 部 在 切 削 齿 面 上 ，即使 采用 同样 的钻井 参数 ，钻进 硬地 层 比钻进
石 油
机
械
２０ ０ ８年
第３ ６卷
第１ ２期
ＣＨＩ ＥＴ ＮＡ Ｐ Ｒ０ＬＥＵＭ ＭＡＣＨＩ ＮＥＲＹ
● 专题 研 究
复 杂 地 层 Ｐ Ｃ钻 头 研 究 Ｄ
黄继庆 魏 向辉 周 东 孙 德 宇 左 惠 明
陈洪 涛 张 松 峰 李 长 权 王 永 黄 斌
冀东 油 田的馆 陶地 层含 有 的玄 武岩 较厚 ，玄 武
岩 的强度 非常 高 ，研磨 性较 强 ，对 钻探 工具 冲击性 较 大 ，遇 水 容 易 膨 胀 ，且 部 分 地 层 存 在 裂 缝 和 夹 层 ，表 现 出很 强 的非 均 质性 等钻 井难 点 。钻进 过程 中经 常 出 现 掉 块 、垮 塌 、 大 段 划 眼 等 复 杂 情 况 。 Ｐ Ｃ钻 头钻 进 硬 地 层 所 受 的 反 作 用 力 集 中在 复 合 Ｄ
时 ，由于 Ｐ Ｃ钻 头 冠 部 轮廓 的关 系 使 得 沿 头 型 分 Ｄ
布 的切 削齿接 触地 层 的硬度 不 同 ，造成 切 削齿切 削
个 性 化 设 计
对 于地 层更 叠频 繁 、软 硬交 错 和可钻 性差 、研 磨 性强 的地 层应 采用 不 同的个 性 化设 计方 案 。 １ ．方案设 计
全 井段跨 越层 位较 多 ，地层 软 硬交 错 。地层 中硬 夹
层 较多是 Ｐ Ｃ钻 头复 合 片碎 裂 、掉 片 的 主要 原 因 。 Ｄ 当 Ｐ Ｃ钻 头在 钻 进 过 程 中 ，从 软 地 层 钻 至 硬 夹 层 Ｄ
进 行 了个 性化 设计 ，设 计 重点包 括 钻头 轮廓 、水 力 结 构 、钻 进稳 定性 等方 面 。
Ｐ Ｃ钻 头 的布 齿 方式 、冠部 头 型 、水力 结构 、钻 头稳 定 性 等 方 面进 行 个 性 化设 计。 在 复杂 地 层 应 Ｄ 用 情况表 明，所设 计 的钻 头极 大地 提高 了钻 进 速 度 ，减 少 了起 下钻 次 数 ，缩短 了钻 井周 期 ，有 效 地预 防 了钻 井事 故 的发 生 ，节 约 了钻 井成本 ，经 济效 益显著 。 关键 词 Ｐ Ｃ钻 头 含 砾地 层 可钻 性 力平 衡 设计 个 性化 设计 Ｄ 口井 二开 井段 要用 多 只钻 头 ，少数 井 能够实 现 ２只
式 中 日 ＿
冠 部 轮廓 曲线 某 点在 钻 头 ｒ 的轴 向 处
较深 部位 为受 力磨损 严重 部位 ，可 通过 改变其 布齿 密度 来延 长钻 头使用 寿命 ；对 于磨 损较 小 的齿 ，可 通过 调整其 齿 间距 和切 削角度 来改 变其 切 削量 ，充 分发 挥其潜 在 力 ，以提 高整体 机械 钻速 。为此 ，在 设计 钻头 的 布齿 时 ，笔 者通过 修正 系数 ，精 确地 调
—
口
钻头 完 井 ，钻 头 使 用 后 大 部 分 是 非 正 常 磨 损 ，崩
齿 、碎齿 现象 较 多 。
全 国各大 油 田部分 区块 中存 在 复杂 地层 ，在 这
种地 层 中钻进 一直 是石 油钻 井工 程施 工 中 的一个 技 术难 题 。 由于有 些 复 杂 地 层 岩 石疏 松 、结 构松 散 、
针 对 中上部 疏松 、地 层更 叠 频繁 、软 硬交错 的
地层 ，主要 以快 速钻 井 为 目标 ，减少 钻进 时 间 ，主 要 采用 了如 下个 性化 设计 。
坏 导致 普通 Ｐ Ｃ钻 头 在 该 区块 使 用 效 果 不 好 ，每 Ｄ
￥ 基金项 目：中国石油渤海装备科技开发项 目 （ ２ ０ 科 ０ ７一追 １ ） ５。
（ ） 布齿 方 式 及 切 削 角度 的确 定 通 过 对 钻 ２ 头 三维模 型 的受力 分析 ，可 以找 出工作 时易 损坏 部
步提高机械钻速。式 （ ）为等磨损原则设计的 １
理论 公式 。 Ｈ＝ ｄ ＋Ｃ （ ， ｒ≥ ｒ） （ ） ｏ １
位 。 图 ２为钻 头三维 模 型受力 分析 结果 。图中颜 色
（．中 国 石 油 渤 海 装 备 中成 机 械 制 造 有 限公 司 ２ １ ．中石 化 中原 油 田钻 井 ￣Ｊ 司） －－ ２
摘 要 常规 Ｐ Ｃ钻 头在 岩 石疏松 、结构松 散 、无 规律 含砾 、软 硬 交错 等复 杂地 层 中钻进 时 受 Ｄ 力 不均 ，导 致钻 头平 均机 械钻 速低 ，钻 进 困难 ，难 以满足 高 效 钻 井 要 求。针 对 这 一现 象 ， 重新 对
一
１ ２一
石 油
机
械
２０ ０ ８年
第３ ６卷
第１ ２期
（ ） 冠部 头 型 的 确 定 应 用 等磨 损原 则 初 步 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 确 定冠 部头 型 ，以便在 保证 钻头 使用 寿命 的 同时进
一
不 同地层 的 钻头 冠 部 头 型 方程 ；Ｙ＝ｆ为 保 径 特 征 ， 方 程 ，根 据使 用过 程是 否定 向 ，以及不 同区块 对保 径 磨损 的强 弱 ，ｆ可 以取不 同 的值 。 ，
地层 时受 力不 均 ，使钻 头 出现 蹩钻 、跳 钻现 象 ，作
用在 钻头 上 的载荷 大部 分集 中在 切 削硬 夹层 的几 个 切 削齿上 。蹩 钻 、跳 钻 产生 的 瞬时载 荷 导致这 几 个
切削 齿 因受 力较 大 而碎 裂或 折断 ，特 别是 在切 削 硬
地 层 中某些 硬质 点 时 ，这种情 况 更易 发生 。先 期损