金刚石钻头的分类(PDC钻头TSP钻头孕镶钻头)
TSP聚晶片与PDC复合片耐热性对比
TSP聚晶片 （Thermal Stable Polycrystalline Diamond）
TSP钻头的结构特点：
① TSP齿形：三角聚晶、立方聚晶或圆片聚晶。 ② 冠部形状：B型、RB型、EB型或阶梯型。 ③ 水道结构：高低压水道、辐射状水道。
金刚石钻头的分类
1. PDC钻头 2. TSP钻头 3. 天然金刚石钻头 4. 孕镶金刚石钻头
1. PDC钻头
PDC钻头是30年来发展最迅猛的油气井钻头， 总进尺已经超过牙轮钻头。 PDC钻头技术的发展 和推广应用，直接推动了全世界钻井速度的显著 提升。
1. PDC钻头
PDC钻头的主要优势： • 以切削（剪切）原理工作，破岩能耗低。 • PDC复合片具有超强的硬度、耐磨性和自锐
PDC钻头的结构类型
PDC全面钻进 钻头
PDC双心钻头
PDC取芯钻头
RWD随钻 扩眼工具
2. TSP钻头
TSP钻头的主要优势： ① 热稳定性高，即高温下（1200ºC）仍能保持高硬
度，不发生热磨损。 ② 抗研磨性高，相对于常规PDC齿能钻进更硬、更
具研磨性的地层。 ③ 齿的出露高度大于天然金刚石，因而吃入地层更
用途的钻头上，或同一只钻头的不同部位。
4. 孕镶金刚石钻头
孕镶金刚石钻头的主要优势： • 以微切削原理工作，适用于高研磨性地层、硬
到极硬地层中钻进。 • 微切削刃具有自锐性。 • 能在高转速下工作。
孕镶金刚石钻头的结构特点： • 微切削刃为金刚石粉。 • 基本制造单元为孕镶块。 • 水道结构：西瓜皮型，菠萝头型，轨道型。
2. 金刚石钻头分类方法
金刚石钻头分类（ IADC ）4字符规则
金刚石钻头
2. 金刚石钻头国家标准
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3. 天然金刚石钻头
天然金刚石钻头的主要优势： • 以挤压、研磨原理工作。 • 以优质天然金刚石为切削元件，直接烧结于碳
化钨胎体表面。适用于高研磨性地层、硬到极 硬地层中钻进。 • 金刚石的出露高度低，能在高转速下工作。
天然金刚石钻头上的金刚石
天然金刚石钻头的结构特点
① 冠部形状：B型、RB型、EB型或阶梯型。 ② 布齿方式：格状、脊镶、螺旋型布齿。 ③ 水道结构：高低压水道、辐射状水道。 ④ 不同品质、不同粒度的金刚石分别布置于不同
Pressure 1,000,000 psi = 6.9GPa
PDC复合片的精加工 金刚石表面研磨
圆柱面磨削
PDC复合片的精加工 端面磨削
刃口倒角
PDC钻头的本体材料
① 胎体式PDC钻头 优点：耐冲蚀；制造周期短。 缺点：刀翼韧性不及钢体钻头。 ② 钢体式PDC钻头 优点：刀翼韧性好，易实现深水道设计。 缺点：耐冲蚀能力不及胎体钻头；制造周期较长。
性。 • PDC钻头属于固定齿钻头，无活动部件，工
作可靠性高。
PDC复合片 （Polycrystalline Diamond Compact）
++
=
用于制造复合片聚晶金刚石层的金刚石微粉Leabharlann PDC复合片的硬质合金基体
WC Grains Co Matrix
PDC复合片的制造设备
2600 Ton Cubic Press. Approximately 9 ft tall and weighs 40 tons.
PDC钻头的特点
PDC钻头的特点
1973年美国开发了聚晶金刚石复合片钻头，国外广泛应用于软-中硬地层。
在中东和北海的深井及海洋钻井中首先获得了高井尺、高钻速，大大缩短了建井周期，降低了钻井成本，受到了钻境界的广泛重视，成为钻井工具的一项重大成就。
国内对PDC钻头也引起了极大
的关注和兴趣，随着钻井技术人员对PDC钻头的认识和实践，它正在逐步取得较好的使用效果。
按钻头材料及切削齿结构划分，PDC钻头有钢体和胎体两大类别(间上图1-2)
胎体钻头用碳化钨粉末烧结而成，用人造聚晶金刚石复合片钎焊在碳化钨胎体上，用天然金刚石保径。
碳化钨胎体耐冲蚀、耐磨、强度高、保径效果好。
钻头水眼水道面积可以根据钻井工艺需要的水力参数来设计，有较大的灵活性。
胎体外形可以根据地层特点设计，变化胎体形状只要改变模具而不需要增加设备。
钢体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，强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。
它比胎体钻头成本低20%左右，但不耐磨且易被冲蚀。
金刚石复合片
金刚石复合片钻头/PDC drill bit
金刚石复合片（PDC）是在高温高压条件下，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，托体采用优质钢材锻压成型，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，可达到更高的性价比，达到节能高效的经济指标。
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（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（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。
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。
IADC钻头分类体系
L - Lug Pads M - Motor Application S - Standard Milled Tooth T - Two-Cone Bit W - Enhanced C/S X - Chisel Tooth Insert Y - Conical Tooth Insert Z - Other Shape Inserts
轴承和保径 (Bearing & Gage)
第三位代码 轴承和保径 七个分类: 1---非密封滾柱轴承 2---气冷滾柱轴承 3---非密封滾柱轴承,保径 4---密封滾柱轴承 5---密封滾柱轴承,保径 6---密封滑动轴承 7---密封滑动轴承,保径
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1. 抗压强度低和可钻性高的软地层 2. 抗压强度高的中到中硬地层 3. 半研磨性硬地层和研磨性地层
4. 抗压强度低和可钻性高的软地层 5. 抗压强度低的软到中软地层 6. 抗压强度高的中硬地层 7. 半研磨性硬地层和研磨性地层 8. 坚硬地层和研磨性地层
地层硬度划分
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IADC 牙轮钻头分类
4 位 设计/使用代码 前三位使用数值 第四位使用字母 135M 或 447X 或 637Y
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IADC 牙轮钻头分类代码
数字代码由下列三位组成: 硬度系列 (Series) 第一位 类型 (Type) 第二位 轴承和保径 (Bearing & Gage) 第三位 字母代码: 第四位
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IADC 特征
A - Air Application B - Special Bearing/Seal C - Center Jet D - Deviation Control E - Extended Nozzles G - Gage/Body Protection H - Horizontal Application J - Jet Deflection
pdc钻头分析
PDC钻头英文：Polycrystalline Diamond Compact聚晶金刚石复合片钻头的简称。
是石油钻井行业常用的一种钻井工具。
PDC产品性能不断改进。
在过去的几年间，PDC切削齿的质量和类型都发生了巨大的变化。
如果将２０世纪８０年代的齿与当今的齿进行比较的话，差异是相当大的。
由于混合工艺与制造工艺的变化，当今的切削齿的质量性能要好得多，使钻头的抗冲蚀以及抗冲击能力都大为提高。
工程师们还对碳化钨基片与人造金刚石之间的界面进行了优化，以提高切削齿的韧性。
层状金刚石工艺方面的革新也被用于提高产品的抗磨蚀性和热稳定性。
除了材料和制造工艺方面的发展以外，PDC产品在齿的设计技术和布齿方面也实现了重大的突破。
现在，PDC产品已可被用于以前所不能应用的地区，如更硬、磨蚀性更强和多变的地层。
这种向新领域中的扩展，对金刚石（固定切削齿）钻头和牙轮钻头之间的平衡发生了很大的影响。
8-1/2TD164A 4刀翼PDC钻头2TD194B 4刀翼PDC钻头8-1/2TD165A 5刀翼PDC钻头8-1/2TD196A 6刀翼PDC钻头9TD195A5刀翼PDC钻头9-1/2TD166A 6刀翼PDC钻头最初，PDC 钻头只能被用于软页岩地层中，原因是硬的夹层会损坏钻头。
但由于新技术的出现以及结构的变化，目前PDC 钻头已能够用于钻硬夹层和长段的硬岩地层了。
PDC 钻头正越来越多地为人们所选用，特别是随着PDC 齿质量的不断提高，这种情况越发凸显。
由于钻头设计和齿的改进，PDC 钻头的可定向性也随之提高，这进一步削弱了过去在马达钻井中牙轮钻头的优势。
目前，PDC 钻头每天都在许多地层的钻井应用中排挤掉牙轮钻头的市场。
PDC 钻头厚层砾岩钻进技术探索与实践:为了降低海上钻井作业成本、提高作业效率,开发了PDC 钻头厚层砾岩钻进技术.在保持普通PDC 钻头快速切削性能的基础上,通过优选新型高强度PDC 切削 齿、改进钻头切削结构提高钻头的整体强度,通过采用后倾角渐变、力平衡设计、加强切削齿保护等方法提高钻头的稳定性,并且在使用中通过优化钻具组合、采用 合理的钻井参数和"中低排量-中低转速-中高钻压"的平稳钻进模式预防PDC 钻头在砾岩段的先期破坏,有效延长了钻头在砾岩钻进中的寿命.应用该技术实现 了用PDC 钻头在辽东湾一次性钻穿馆陶组和东营组上部疏松地层中垂厚近80 m 的砾岩段,有的井钻穿砾岩段后又直接钻下部中硬地层至完钻井深.采用PDC 钻头厚层砾岩钻进技术,可以大量节省海上钻井作业时间,显著降低钻井费用.PDC 钻头工程技术措施石油钻井装备:1）、首先做好PDC 钻头的选型工作，钻头水眼、流道设计应利于排屑；2）、下入PDC 钻头之前，应充分循环泥浆，清洗井眼，防止起钻后滞留在井眼内的钻屑继续水化分散；3)、下钻时钻头不断刮削井壁，井壁上的泥饼或滞留于井内的钻屑会在钻头下堆积，到一定程度便会压实在钻头上，那么下钻中途进行循环，将钻头 冲洗干净也是有其必要的；4）、下钻过程中还应适当控制速度，防止钻头突然冲入砂桥，钻进一堆烂泥中；另外如果速度恰当，PDC 钻头会顺着上一只钻头所钻的螺旋形井眼轨道行 进，而不是在井壁上划拉下大量泥饼。
pdc钻头工作原理
pdc钻头工作原理
PDC钻头（聚晶金刚石钻头）是一种用于钻井穿越地层的工具。
它由金刚石颗粒和金属结合剂制成。
PDC钻头的工作原理如下：
1. 切削地层：PDC钻头的主要工作部分是刀翼。
刀翼上镶嵌有大量的金刚石颗粒。
当钻杆旋转时，刀翼会与地层接触并切削地层。
2. 破碎地层：金刚石颗粒具有非常高的硬度和耐磨性。
当刀翼与地层接触时，金刚石颗粒会磨擦和破碎地层，将地层断裂成小块。
3. 清除碎屑：钻井时，钻泥会通过钻杆注入到钻孔中。
在切削地层的过程中，钻泥会冲刷碎屑并把它们带上地面。
4. 冷却和润滑：钻头的钻杆内部和外部都有润滑液循环系统。
润滑液冷却钻头，防止过热，并减少钻头与地层的摩擦。
5. 控制钻向：钻头的设计和使用可以控制钻井的方向。
通过改变刀翼的角度和形状，可以调整钻头的钻向，使其按照预定的路径前进。
综上所述，PDC钻头通过切削、破碎、清除碎屑等方式，实现了穿越地层的目标。
它的高硬度和耐磨性使得PDC钻头具有更长的使用寿命和更高的效率，被广泛应用于石油勘探和钻井行业。
金刚石钻头参考资料
由于热压烧结一般没有保护气氛，胎体 在烧结过程中容易氧化，影响胎体的致密化 及烧结强度。因此，在胎体材料中通常要加 入某些活泼金属元素，使其在烧结过程中起 到脱氧作用，例如锰和钛等。这样，在烧结 过程中，残存于胎体孔隙之中未及排除的氧 就会优先与这些活泼金属反应，生成氧化物， 从而促进其他粉末的烧结。大家知道，铜及 其合金容易浸润各种金属及其合金或化合物， 同样也容易浸润在烧结过程中所形成的活泼 金属的氧化物，活泼金属的氧化物对于胎体 的整体性能不仅无害，而且这些细小的氧化 物颗粒还可在胎体中起到弥散强化的作用。 其化学反应式为：
事实上胎体中的其他粉末由于已经存放了某些时间以及环境的影响其表面一点也不被氧化和在表面上一点吸附气体也没有是不可能的所添加的活泼金属除了有一部分与空隙中的氧发生反应外还有一部分将与粉末表面的这些氧化物或所吸附的气体发生反应其反应这些置换反应均为放热反应对于表面活化了的粘结金属以及中间相的烧结无疑是具有重要作用的
第三节 孕镶钻头
第三节 孕镶钻头
孕镶钻头是将金刚石与胎体粉末拌 合在一起所制成的钻头(图6-6)，胎体将 金刚石全部包镶在里面，在钻头工作时， 金刚石随胎体的磨损以接力的形式不断 出露、工作、脱落、再出露。这种钻头 是为弥补大颗粒天然金刚石稀缺和昂贵 的不足而出现的。实践证明，孕镶金刚 石钻头具有优异的钻进性能和耐用性能。
.mm
• 石墨的线膨胀系数： 石 5.4 106 / C
• 钢体的线膨胀系数: 钢 15106 / C
中频炉
前已述及，对于孕镶钻头，其金刚石将随着
工作层胎体的磨损而逐渐出露，形成切削刃，胎 体工作面表层上切削刃的数量和出刃高度与金刚 石的浓度、粒度、品级以及胎体的耐磨性、对金 刚石的粘结性能密切相关。由于孕镶于胎体中的 金刚石是随机而又相对均匀地分布着，每粒金刚 石都经过初磨→初露→出刃工作→碎裂或脱落的 全过程。整个钻头胎体中的金刚石是以接力的形 式而进行工作的，如图6-7所示。与表镶钻头相比， 孕镶钻头对胎体性能有更复杂的要求。
钻头的知识ppt课件
钻头尺寸 (Inch) 9 1/2
排量 (L/S) 28-50
喷嘴 数量/型号 5N
转速 (rpm) 60-200
保径长度(mm)
API 接头
65
6-5/8" REG
钻压 (KN)
20-120
8
9 1/2 MD3642 (M433)
• 碳化钨胎体钻头 • 标准PDC 齿（Φ19.05 mm） • 圆柱聚晶金刚石保径 • 中等密度布齿，拱肋状排列，深宽水槽 • 适用于软至中等硬度地层 • 可与转盘和井下马达相匹配 • 推荐使用高比水马力
KN
000lbs
45~90 10~20
17
DQ 取芯钻头
碳化钨胎体钻头 聚晶金刚石削齿 圆弧形冠部轮廓 聚晶TSP保径 面泄式水道设置 适用于极硬和高研磨性地层的取芯 推荐使用高比水马力
钻头型号
8440DQ50 6
钻头尺寸 inch 8 1/2×4
mm
215.9×10 2
钻头产品目录
类型
尺寸 (Inch)
联接接头
PDC钻头
4 1/2～17 1/4 2 3/8～7 5/8 REG 6～8 ½（取芯） 250P、川8－3、川6－3
TSP钻头
4～12 1/4 6～8 1/2
2 3/8～6 5/8 REG 250P、川8－3、川6－3
天然金刚石钻头 6～8 1/2
250P、川8－3、川6－3
钻头参数 钻头尺寸
领眼尺寸
扩眼尺寸
喷嘴数量 接头
inch
mm
inch
mm
inch
mm
4 5/8 117.5 3 5/8
92.1 5 1/8
金刚石钻头基本知识
第一章金刚石钻头基本知识第一节概述金刚石钻头的发展历史金刚石钻头是不同于牙轮钻头的另一类钻井破岩工具，其使用可以追溯到19世纪60年代。
最初人们以天然金刚石为切削元件制作打炮眼和挖掘隧道的工具，后来出现了用于石油钻井的钢体鱼尾式天然金刚石全面钻进钻头和取心钻头。
早期的金刚石钻头是将天然金刚石冷镶在低碳钢上的。
由于天然金刚石来源有限，价格昂贵，加之本身尺寸、性能方面的原因以及当时落后的制造工艺，大大限制了金刚石钻头在石油钻井工业中的应用。
随着粉末冶金技术的发展，出现了采用烧结碳化钨作为钻头体的胎体式金刚石钻头。
这种技术的出现使金刚石钻头的制造水平大大提高。
胎体式金刚石钻头具有耐冲蚀、耐磨损的特点，具有良好的使用性能，其制造工艺也不复杂，因此一经出现就迅速推广开来。
人造聚晶金刚石的研制成功，对金刚石钻头技术的发展起了巨大的推动作用。
人造聚晶金刚石复合片钻头（PDC钻头）的出现一度被称为20世纪80年代钻井工业技术的一大突破，这种新技术对石油钻井业的发展产生了巨大的影响。
现场使用证明，软到中等硬度地层钻井用PDC钻头具有机械钻速高、进尺多、寿命长、工作平稳、井下事故少、井身质量好等优点，并能与井下动力钻具配合用于高速钻井。
合理使用金刚石钻头可以大大缩短建井周期，降低钻井成本，提高钻井经济效益。
金刚石钻头的发展前景经过近二十多年的发展，金刚石钻头已经成为继牙轮钻头之后的又一重要破岩工具。
时至今日，PDC钻头在石油钻头市场所占的份额越来越大，几乎每年以30%的速度侵吞牙轮钻头市场。
随着新的设计理论、设计方法和材料等技术的发展，PDC钻头的适用范围也在不断扩展，以前被认为不适用于PDC钻头的地层现在也广泛使用，比如我国中原油田的文留区块的沙二至沙三地层由于地质情况复杂、夹层多，可钻性差，以前一直被认为是PDC钻头的禁区，在这里钻的井除了取心之外用的都是牙轮钻头。
可是从2000年开始，PDC钻头在这个区块的使用量逐渐增多，效果也很好，而2001年底我公司的一只8 1/2 BK542-4型PDC钻头更在该区块的文－133井创下了1600米（东营组）入井，打到3390米（沙三上）完井，纯钻时间小时，进尺1790米，平均机械钻速米的好指标。
第三章金刚石钻进
第三章金刚石钻进金刚石又称“钻石”，是大自然中最坚硬的宝石。
英文中钻石一词，源自希腊文“adnmas”，是“无法征服”的意思。
长期以来，人类就利用金刚石特有的坚硬性来钻凿岩石或切割瓷器等。
但金刚石以切削具的形式用于钻探工作，则是近百年来的事情。
世界上第一台金刚石手摇钻机，出现于1862年，当时用于隧道工程掘进中的爆破孔。
此后，金刚石钻进逐渐在一些发达国家中获得应用；由于当时所用金刚石都是大颗粒的高级品，价值十分昂贵，所以它的发展受到了限制，后来随着粉末冶金技术的发展，廉价的细粒金刚石被应用于钻孔技术；从此，金刚石钻进才得到较大的发展。
近年来随着人造金刚石和金刚石复合超硬材料的应用，更展示了金刚石钻进技术具有广阔的发展前景，目前，金刚石钻进是矿山勘探中的主要钻进、探矿方法。
我国金刚石钻进技术的研究工作，开始于1957年，1963年制成了表镶天然金刚石钻头。
与此同时，人造金刚石在我国也已开始制造；1972年制成了人造金刚石钻头并试用于生产实践中；此后，金刚石钻进技术在我国迅速发展起来，人造金刚石厂和钻头制造车间大量兴起，产品成倍增加，质量不断提高，品种亦不断增多，制造钻头的新方法也相继研究成功。
在钻探设备方面还研制出多种适用于小口径金刚石钻进的新型钻机；小口径管材和工具亦形成系列；此外，还研制出各种适用的冲洗液及孔内、地表用的各种仪表。
现今。
金刚石钻进技术已推广到全国各行业的矿山勘探中。
金刚石钻进的常用钻具由钻头1、扩孔器2、岩心管3、异径接头4和钻杆5等所组成，如图3-1所示。
钻头1镶有作为切削具的金刚石以破碎岩石；扩孔器2上也镶有金刚石以修整孔壁；岩心管3以容纳所钻岩心，有单层与双层之分。
双层岩心管应用较为广泛。
单层岩心管如图3-2(a)所示；卡簧2装在钻头1上方的扩孔器3内，提钻时，卡簧可把岩心卡住并随钻具提出孔外。
单管钻具只用于钻进完整地层。
双层岩心管如图3-2(b)所示；内管7是静止不转的，可容纳岩心使之不受扰动。
高研磨地层提速推荐方案—涡轮钻具+孕镶金刚石钻头
C
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
W
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ4.26
4
1.90 1.90 1.50 1.00 0.80 0.90 0.40
Пробуренный интервал (м) ROP
1.34 0.90 0.60
0
0.90
12
January 2010
el lK 70
5 3 2 1
M K
EB
January 2010
高效长寿钻头——长保径优势
川
30
January 2010
高效长寿钻头
孕镶金刚石钻头由井下动力钻具（涡轮）驱
动，可有效地避免金刚石过热失效问题。
井下动力钻具钻井液驱动，如果钻井液排量
不足，井下动力钻具的钻速就降低，钻头所产生
的热量就减小。 钻头寿命会更长。
另外：
能确保钻压的顺畅传递 降低扭矩，减小阻力 有助于大大降低钻柱的卡钻事故 容易下入测井工具 提供较好的测井质量数据（使用贴井壁工具时） 容易下入套管/衬管/取芯筒 容易下入完井设备
基本上在全过程钻井中提供了较高的效率
16 January 2010
MK1是恒压降型,不管驱动轴的转速有多快,叶片产生的压降不变,这是三种 叶片中效率最高的,主要应用在直井钻井中 MK2是压降变化型,地面压力随着驱动轴转速的降低而减小,它的工作效率 比MK1稍低,但是给司钻的提供了更多的钻头运转状况的反馈信息,主要应 用在定向井钻井中 MK3和MK2同属于压降变化型,但是比MK2结构性能加强了,从而可以用 在高压、大排量的环境中