一种可钻硬地层的PDC钻头

美国Hughes Christensen Genesis公司研制成功的ZX聚晶金刚石复合片（PDC）钻头，是为极端钻井而设计的，适用于硬质岩层和磨蚀性岩层。该钻头牙轮可抗磨蚀，其水力学设计可使牙轮有效地偏离钻头运动。此外，其高稳定性可适用于交互层钻井。副牙轮元件的设计使牙轮密度达到最大。顶部牙轮采用层状金刚石技术，以提高抗磨蚀和韧性为目的。在该钻头的切削面积上．有高密度的牙轮和副牙轮组合。副牙轮元件位于牙轮下方，当牙轮磨损或磨蚀后，副牙轮新的锐利切削机构就开始磨削地层。该公司的切削深度控制技术可平衡钻头的工作载荷，平稳的切削技术无须限制切削面积，就可减少钻头磨损。该钻头的水力结构依靠流体动态计算程序来实现液流平衡、牙轮冷却和抗冲蚀等的优化。     

能量平衡牙轮钻头的钻井特性

一种新一代的能量平衡牙轮钻头业已研制推出 ,这种新型能量平衡牙轮钻头的设计与制造采用了 3种专利技术 ,即钻头齿面结构动态平衡技术、钻齿方位优化技术和抗弧形轨迹技术。现场试验结果表明 ,新型能量平衡牙轮钻头可提高钻井作业的机械钻速与钻井进尺 ,提高钻头齿面结构的耐久性和密封 /轴承组件的可靠性     

牙轮钻头的侧切机理及井壁模式

通过分析牙轮钻头外排齿在井底的运动和对井壁岩石的刮切，认识牙轮钻头的侧向切削机理，提出井壁模式的概念和分析井壁模式的方法。井壁模式分析说明，牙轮钻头的侧向切削过程不仅与齿面结构有关，而且与岩石性质、钻井参数有关。     

牙轮外区牙齿与井壁相互作用的仿真研究

牙轮钻头的外区牙齿(包括背锥齿、修边齿和外圈齿)在石油钻井破碎岩石过程中起着重要作用,能提高机械钻速和提高井壁质量.在现代牙轮钻头几何学基础上研究建立了牙轮钻头的空间模型,井壁过渡区的空间模型,外区牙齿的离散模型,外区牙齿与井壁相互作用的仿真模型.根据上述模型,我们开发出了相应的仿真软件.通过该仿真软件可以分析和评价外区牙齿切削井壁的能力,在微机上可以清楚地观察到外区牙齿与岩石相互作用的过程.同时能得到牙齿的切削功、摩擦功、切削岩石的体积等数据信息.该软件使用方便,对钻头设计者正确有效地布齿和提高钻头的整体性能有重要的指导意义.     

单牙轮钻头的发展前景研究

分析单牙轮钻头的优越性，解决目前钻业面临的问题，方法研究了单牙轮钻头的侧切削特性，单牙轮钻头和弹塑性地层的相互作用及单牙轮钻头的热应力分布，分析了钻头结构，地层岩石特性及钻井工艺参数等因素对单牙轮钻头性能的影响。     

一种新型能量平衡牙轮钻头

为了提高牙轮钻头的耐磨性和钻井效率，减少钻头切削结构的早期损坏，延长钻头使用寿命，哈里伯顿公司研制了一种新型能量平衡牙轮钻头。     

Kymera~(TM) FSR定向钻井复合钻头

<正>贝克休斯公司研发的KymeraTMFSR定向混合钻头,可在复杂的碳酸盐岩地层定向钻进时保持快速、平滑、稳定的性能。KymeraTMFSR钻头具有更高的钻速、更长的进尺和更高的定向钻进精度,从而可以钻进更多产油层。牙轮钻头通常以较慢的转速和较低的扭矩钻进,PDC钻头通常以大扭矩高转速钻进。KymeraTM FSR钻头通过独特的混合设计,很好地结合了PDC钻头和三牙轮钻头技术特点,在碳酸盐岩地层中的钻进性能优于以上2种钻头。该钻头牙轮上的钻齿更尖锐、攻击性更强,可轻松破碎地层;PDC切削齿可清除岩屑,     

山前构造砾石层大尺寸钻头优化设计及现场试验

塔里木盆地天山南探区为山前构造,钻井地质环境复杂,3 000 m以浅地层含有大段砾石层,可钻性差。为此,在深入分析砾石层物性特征的基础上,有针对性地设计了适合于砾石层的660.4和444.5 mm牙轮钻头和适合于微砾石层的444.5 mmPDC钻头。设计牙轮钻头时,通过优化钻头齿高、齿长及齿顶宽,调整布齿密度,及采用螺旋式双稳定掌背、滚滑复合轴承、中心喷嘴和中长喷嘴等方式,以增强钻头的攻击性,提高钻进效率和工作的稳定性;设计PDC钻头为7个喷嘴,采用耐磨性和抗冲击性较好的19.0 mm复合片和中低布齿密度、肩部双排齿结构、加强保径,以期在较低钻压下提高钻头的破岩效率。设计的3种钻头在天山南探区库2井一开、二开井段进行了现场试验,结果表明:与邻井实钻数据相比,660.4 mm牙轮钻头钻速和单只钻头进尺分别提高84.62%和445.04%,444.5 mm牙轮钻头和PDC钻头的钻速分别提高46.15%和128.85%。在大北、克深两地区3口井的推广试验结果也表明,660.4 mm牙轮钻头可大幅提高机械钻速、节约钻时。综合分析各试验井数据认为,设计的3种钻头适合于在山前构造探区砾石层钻井,且提速提效明显。      

复合齿形牙轮钻头及其破岩机理研究

针对现有牙轮（钢齿、镶齿）钻头已难以对一些复杂地层进行有效钻进这一现状，根据对牙轮钻头破岩机理的新认识，研制了一种新型复合齿形牙轮钻头。该新型钻头是一种具有新型齿面结构的牙轮钻头，其牙轮上的牙齿由齿形齿和盘式齿复合而构成，并且各牙轮上齿形齿和盘式齿的布置方式可根据硬地层等复杂地层的特性和钻井要求进行调整。两种齿对岩石的破碎作用将会互相影响，使得破碎岩石更加容易。为此，概述了国内外在复合齿形牙轮钻头方面所做的研究工作，并详细分析了这种新型钻头的结构特点和破岩机理，指出要研制出具有良好性能的复合齿形牙轮钻头，主要应从破岩机理、布齿方法与齿面结构、齿面强化工艺、钻头整体性能台架试验及复合齿形牙轮钻头结构设计等方面进行深入研究。     

牙轮钻头侧向切削的计算机仿真

系统地分析了牙轮钻头与井壁相互作用过程,建立了牙轮钻头运动仿真模型。对钻头的横向运动,井壁模式的形成和发展过程进行了详细的分析;探讨了牙轮钻头侧向切削机理;建立了描述牙轮钻头侧向切削过程的仿真模型和计算机仿真程序。 采用该程序可以对不同结构的钻头在不同钻井条件下,钻头的侧向切削能力、井眼偏移程度和井眼轨迹作出相应比较和判定。     

单牙轮钻头的应用前景

单牙轮钻头的应用前景喻开安，杨世良，邓嵘（西南石油学院）现代钻井工艺对钻头的要求为加速我国油气资源的开发，特别是深部、海洋和复杂油气藏的勘探和开发，需要采用新的钻井工艺和钻井工具。除了应提高钻头性能和可靠性、延长钻头工作寿命外，新的勘探任务和钻井技术...     

国产PDC+牙轮复合钻头问世

2013年7月17日,由中国石油集团钻井提速提效新技术基础研究项目资助,西南石油大学、川庆钻探钻采工程技术研究院联合研发,宝石机械成都装备制造分公司制造的PDC+牙轮复合钻头在四川麻002-H1井成功下井试验。PDC+牙轮复合钻头是针对PDC、牙轮钻头各自的优缺点而开发的,通过牙轮切削齿形成不连续的齿坑,对岩石产生预破碎,PDC再切削剩余的不连续岩石,从而形成完整的破碎带。对高研磨性、不均质地层钻井的适应能力     

用于小井眼的单牙轮钻头正在研制中

单牙轮钻头用于小井眼钻井有很多优点,如能在石灰石和硬砂层进行过平衡和欠平衡钻井,可利用大直径轴颈轴承马达钻头的技术,密封件及轴承使用寿命比三牙轮钻头长,大而坚硬的切削齿在硬地层和高载荷下工作,寿命也较长,另外其钻井转矩也比常规钻头小。因此,单牙轮钻头完全能取代三牙轮钻头和ＰＤＣ钻头,其性能更高,成本也较低。据美刊ＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒ报道,美国ＲＢＩ－Ｇｅａｒｈａｒｔ公司旱期研制的第一种单牙轮钻头是４ｉｎＤ５型,设有大喷嘴柱,上有两个喷嘴,可直喷井底,但易偏离牙轮中心旋转。设计的…     

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对于设计合理的新钻头,总是以牙轮最外排齿的齿顶边刃来切削修刮井壁的。该边刃绕牙轮轴线的自转运动轨迹是圆,由于牙轮轴在空间的倾斜角,该圆在水平面上的投影是椭圆。该椭圆的长半轴等于牙轮切削修刮井壁点的半径,短半轴即为该半径在井底上的水平投影长。所谓“求牙轮钻头的直径”,就是求钻头中心与该椭圆上最远点间的距离问题。     

牙轮钻头的发展历史与展望

综观牙轮钻头在各个时期的发展情况可知,牙轮钻头齿和轴承的不断改进,使钻头的使用寿命、单只进尺和钻速不断提高。实践表明,硬质合金镶齿、密封润滑、滑动轴承和高速喷射组合的“四合一”钻头,在目前的牙轮钻头中占主导地位。作者指出:今后牙轮钻头研究工作的重点是提高钻头的钻速。为此,应优化牙轮齿形和布齿方案,挖掘水力系统的潜力,改进轴承结构和提高钻头零件的机械设计技术。     

单牙轮钻头——钻井技术的新选择

单牙轮钻头以切削方式破岩，形成具有网状切削轨迹的井底模式。在这种独特的切削方式中，牙齿和岩石有足够的接触时间，比冲击方式传递的能量更充分，破岩效率更高；同时单牙轮钻头接触井底的牙齿数多，牙齿受力均匀，有利于切削结构的工作，延长轴承系统的寿命；单牙轮钻头只有一个牙轮，结构简单，轴承空间大，便于进行结构改进，也使钻头尺寸容易小型化；单牙轮钻头牙轮的转速比钻头的转速低，使之能满足井下动力钻具对钻头提出的高转速的要求。介绍了单牙轮钻头工作原理，分析比较了单牙轮钻头，三牙轮钻头和PDC钻头的工作特点，认为单牙轮钻头是深头，小井眼和井下动力钻井技术中一种可选的新型钻头。     

为牙轮钻头安上“金钟罩”

为满足用户的具体需求，美国瓦瑞尔国际公司在其牙轮钻头系列产品上应用了金刚石保护技术。 这种技术是在钻头制造过程中将齿顶敷有金刚石层的钻头镶齿布置到牙轮钻头的背锥和外齿排中以及牙掌尖的前导边缘，以加强在研磨性地层中钻进时对钻头的保护。这种钻头推荐用于井下马达钻井、定向钻井以及旋转可导向钻井作业中，特别是在诸如砂岩、粉砂岩、花岗岩和石灰岩等研磨性地层中使用这种钻头可获得良好的钻井效果。     

金刚石增强复合齿提高了牙轮钻头的性能

通过大量的试验数据介绍了ＤＥＩ金刚石增强复合齿的性能、特点和优越性。ＤＥＩ楔形齿一改传统保径齿的被动保径状态，通过优化金刚石的成分，增强齿的强度和韧性，修改现有碳化钨齿的几何形状，从而产生了新一代的进攻金刚石增强保径合金齿，提高了钻头的保持井径的能力，更可靠地保持了钻头的切削结构，延长了钻头的保持机械钻速的时间，使钻头的使用寿命更长，完井时间更短。     

单牙轮钻头布齿方案的综合评价

在给出单牙轮钻头对井底的切削均匀性和覆盖率定义的基础上，以切削均匀性和覆盖率为衡量单牙轮钻头切削效果的依据，探讨了不同布齿方案的优劣。为此建立了综合评价不同布齿方案的欧氏距离评价原则，并按这一原则对直径为２１６ｍｍ、共设置３０枚楔形齿的单牙轮钻头的四种不同布齿方案作了综合评价。按所作的分析和综合评价结果可得出如下结论：（１）单牙轮钻头对井底的切削均匀性和覆盖率是检验牙齿分布设计是否合理的两个重要指标；（２）可用欧氏距离评价原则对牙齿分布进行优化设计；（３）圈状螺旋布齿方案显著优于两种困状辐射布齿方案，也优于螺旋状布齿方案。     

单牙轮钻头齿面结构设计探讨

在地层、钻井参数和钻头新度相同的情况下，钻头机械钻速的快慢主要取决于钻头齿面结构是否合理。欲设计合理的齿面结构必须研究齿面的几何形状、运动状态、受力状态和岩石破碎过程。从研究单牙轮钻头几何学、运动学入手，着重探讨单牙轮钻头齿面结构设计方法。