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。     

爪式齿金刚石钻头研制成功

1997年5月5日，钻头厂金刚石工具分厂成功地生产出一只爪式齿金刚石钻头。钻头所用的切削齿是由该厂自行研制，具有世界先进水平的爪式聚晶金刚石复合片，与普通复合片相比，该复合片具有更强的耐磨性、抗冲击性和热稳定性，可明显提高金刚石钻头的使用寿命和切削效率，这种钻头能广泛用于软-中等硬度地层，特别具备穿越硬夹层砾石层的能力，爪式齿金刚石钻头的研制成功，对扩大金刚石钻头的使用范围具有重要意义。5月7日，该钻头被运往克拉玛依油田试用。     

Halliburton公司的能量平衡牙轮钻头

Ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ公司的能量平衡系列牙轮钻头采用了动态平衡、牙轮定位和防钻头齿痕设计等 3项专利技术。通过专用软件优化设计牙轮钻头来提高钻井性能 ,减小牙轮钻头齿及齿面与岩层接触时的振动。平衡技术是用来提高聚晶金刚石复合片 (ＰＤＣ)钻头的可靠性和工作性能的 ,这项技术使 3个牙轮具有接近平衡的工况 ,即每个牙轮切削的岩层量相近 ,施加在每个牙轮上的力近似相等。钻头通过一个牙轮定位系统优化定位牙轮来提高钻井速度 ,减少钻头齿及齿面的损坏。安全的ＤＢＳ计算机钻井模拟系统可确定牙轮切削岩层的方向 ,操作者可通过牙…     

特种孕镶块加强PDC钻头的研制与试验

为提高PDC钻头在研磨性硬地层中的机械钻速、延长钻头寿命,研制了特种孕镶块加强PDC钻头.该钻头以PDC切削齿为主切削元件,天然金刚石孕镶块为副切削元件,既具有常规PDC钻头破岩效率较高的特点,又具有孕镶金刚石钻头在研磨性硬地层寿命长的特点.在钻头开始工作时,主要为PDC切削齿"犁切"式破岩,当PDC切削齿磨损到一定程度后,天然金刚石开始磨削岩石,形成"犁沟",有助于 PDC切削齿吃入并切削岩石.该钻头在东北金山气田金古 1-1HF 水平井基底花岗岩硬地层进行了现场试验,平均机械钻速达到4.46 m/h,是同井同地层常规PDC钻头机械钻速的1.5倍,是2口邻井同井段牙轮钻头和常规PDC钻头机械钻速的2倍以上,其使用寿命也达到2口邻井同井段牙轮钻头和常规PDC钻头的2倍以上,取得了良好的现场应用效果.特种孕镶块加强PDC钻头的成功研制,为钻进强研磨性硬地层提供了一种新的高效破岩工具.      

金刚石钻头与牙轮钻头钻井特点对比分析

金刚石钻头与牙轮钻头在钻井中各自有着重要作用,两种钻头由于结构不同,其破岩机理、钻进特点、使用条件均不同。牙轮钻头主要靠敲击、压碎破岩、辅以剪切破岩;金刚石钻头主要靠剪切、切削破岩、辅以压碎破岩。金刚石钻头的钻压小、转速高、排量小,有利于纠斜防斜,可在高密度钻井液条件下使用,但它不能有效地钻进含燧石、黄铁矿和硅质的不均质坚硬地层。所以,在钻井中,应根据两种钻头各自的特点,采用“衔接使用法”将两种钻头配合使用,使其发挥最佳破岩效果。     

长寿命PDC钻头

美国Smith公司用一个Geo Diamond 216m的M62EPX PDC钻头钻了2口水平井和3口侧钻井，共钻进了7607m。该钻头是最新一代可变稳定曲率半径（ARCS）系列聚晶金刚石复合片（PDC）钻头。它通过重新确定和优化机械钻速（ROC）稳定性和耐久性间的关系，提高PDC钻头的性能。该种钻头，采用多尺寸钻头齿类精确几何条件和相互关系控制的最佳牙轮结构。其切削齿的曲率差异可形成精确扇形井底形状，以保证钻头的稳定性。     

单牙轮钻头井底展开轨迹图

鉴于用井底平面轨迹图不能直观反映球形单牙轮钻头牙齿的运动轨迹，从井底展开角度提出了应用井底展开轨迹图描绘球形单牙轮钻头牙齿在井底运动轨迹的新方法，使单牙轮钻头牙齿的运动轨迹完全展开在一平面上，从而能直现、清楚地看出球形单牙轮钻头牙齿对井底岩石的切削分布和切削均匀倩况。     

新型多重复合切削钻头的研制

为提高钻头在研磨性硬地层中的机械钻速,延长钻头寿命,研制了新型多重复合切削钻头。该钻头采用"PDC复合片+锥形PDC齿+金刚石孕镶块"3级切削结构,以PDC复合片作为1级切削元件、以锥形PDC齿作为2级切削元件,以金刚石孕镶块作为3级切削元件。多重复合切削钻头具有PDC钻头、牙轮钻头和孕镶金刚石钻头的优点,使钻头既具有较高的机械钻速,又能保持较长的寿命。在青海东坪地区基底花岗岩地层的现场试验中,新型多重复合切削钻头进尺137 m,纯钻时间114.9 h,机械钻速1.19 m/h,比同井段HJ537G牙轮钻头进尺提高128.3%,机械钻速提高40%。多重复合切削钻头为强研磨性硬地层钻井提速提供了一种新型高效的破岩工具。     

专用优质PDC钻头

美国Hughes Christensen公司研制成功的专用优质PDC钻头，采用新型的高冲击和耐磨牙轮与特殊钻头结构设计，可适用于特殊井况。目前该公司已开发出一组具有高耐磨性、适用于恶劣环境的牙轮。该钻头在极端磨损条件下使用时，可极大地延长牙轮使用期限并保证切削刃的完整性，从而延长钻头的使用寿命。     

混合切削结构PDC钻头简论

介绍了混合切削结构PDC钻头的切削结构、切削原理及其特点。金刚石孕镶柱与PDC切削齿组成了主辅切削结构，提高了钻头的稳定性，改善了钻头的工作性能，使其在钻软、硬地层时都有较高的机械钻速和长的寿命。     

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。     

使用金刚石钻头的原因、地点与方法

一、影响金刚石钻头性能的一些主要因素金刚石钻头在切削井眼的力学方面与牙轮钻头不同。金刚石钻头是一种整体钻具,没有运动机件。钻井时,全部切削面接触地层,以切削或犁切作用移除岩石。     

休斯·克里斯坦森公司的新型PDC钻头及牙轮钻头

美国休斯·克里斯坦森公司新近推出一种称为Gerlesis XT的新型PDC钻头,能够用于钻进硬度和研磨性更大的地层。Genesis XT型PDC钻头采用了该公司的新一代切削齿和已获专利的切削深度控制技术,以便能在恶劣的钻井环境中提高钻头的稳定性和耐用性。其新一代切削齿称之为OdysseyTM系列齿,工程技术人员对齿上碳化钨基体与人造金刚石层之间的界面进行了优化,从而使这种齿的韧性大为改善。由于采用了EZSteerTM切削深度控制技术,该钻头在钻进一般性地层时更为平滑和稳定,而在钻进有夹层的地层时,其SmoothCutTM(平滑切削)技术则又能使钻头获得良好的钻进效果。另外,该新型钻头因采用了多层式金刚石层技术而具有优良的耐磨性能。这些技术的综合运用延长了钻头寿命、提高了钻井效率。     

一种切削-研磨型孕镶金刚石钻头的研制及应用

准噶尔盆地火成岩地层钻进过程中机械钻速低,钻井周期长,严重影响了石炭系目的层的勘探开发进程。为此,采用高强度、超耐磨的PDC型金刚石孕镶块作为主要破岩元件,研制了一种新型切削-研磨型孕镶金刚石钻头。该钻头综合了孕镶钻头和PDC钻头的技术优势,增强了钻头对地层的适应性。现场试验结果表明,新型钻头的平均机械钻速0.71 m/h,单只钻头进尺86.5 m,与高效牙轮钻头相比,平均机械钻速提高约20%,单只钻头进尺增加约302%。该钻头为今后准噶尔盆地火成岩地层的优质快速钻井提供了一种有效的技术手段。     

新型自调节式PDC钻头

正自从几十年前被首次引入到石油天然气钻井工业界以来,聚晶金刚石(PDC)钻头在发展过程中经历了无数次的技术改进,比如切削齿技术的飞速发展和抗回旋技术的成功应用等,但最近所出现的一种新型PDC钻头技术则是切削深度(DOC)控制技术。这种切削深度控制技术是于2000年以后被应用于PDC钻头上的,其目的是通过管理钻头的切削攻击能力从而有效降低井下扭转振动。然而,当     

金刚石钻头岩屑录井效果分析及录井方法探讨

分析了金刚石钻头类型及其破岩机理，对各类钻头所钻岩屑的形状、颗粒大小进行了观察统计，并与使用三牙轮钻头时的岩屑录井效果进行了对比。总结出各类金刚石钻头对岩屑录井的影响程度，摸索出可行的提高金刚石钻头岩屑录井质量的方法。文中指出，改变岩屑捞取地点，清洗岩屑时避免剧烈搅动及采用混样氯仿浸泡定级，等粒级观察描述是提高岩屑录井质量的有效方法，这样既保证了岩屑录井质量又充分发挥了金刚石钻头的作用。     

金刚石钻头分类命名法扩展的探讨

金刚石钻头已发展成为油气勘探最主要的钻井工具之一,因此有必要对其分类法加以扩展和完善,
增强其可识别性和易用性。分析了现有金刚石钻头分类法在切削齿密度、冠部轮廓等方面的应用现状及局限性,
结合金刚石钻头的技术进步和发展趋势,提出了切削齿密度与地层岩性的对应关系,以及切削齿密度、冠部轮廓与
钻头直径的换算方法,细化了ＰＤＣ复合片分级,定义了附加特征代号,建立起了金刚石钻头扩展分类法。进一步提
出了基于切削结构的金刚石钻头命名法,可形成具有我国石油行业特色的金刚石钻头分类命名体系。     

脊形金刚石元件钻头技术研究与应用

针对圆柱形PDC切削齿易热磨损、撞击损坏、形成泥包及锥形切削齿需要较大钻压的问题,研究了脊形金刚石元件钻头技术。该技术将Axe*脊形金刚石元件集成到PDC钻头上,当Axe*脊形金刚石元件与岩石接触时,脊形金刚石层施加集中载荷在尖端周围,其产生的应力远大于传统PDC切削齿产生的应力,不仅剪切而且压碎岩石,脊形金刚石层周围的钻井液易于接近并冷却切削齿,从而延长切削齿寿命。现场应用结果表明:与传统PDC切削齿钻头相比,AxeBlade*钻头的使用寿命大大延长,可提高单只钻头的钻进进尺和机械钻速,减少起下钻更换钻头次数,缩短钻机运行时间,显著提高钻井效率。最后提出以下发展建议:充分利用脊形金刚石元件的超耐磨性、岩屑分散性和散热性,研发适合某一特定地层岩石的个性化钻头;开展脊形金刚石元件PDC钻头的研发,以适应超硬和超研磨性地层。研究结果可为深水钻井、超深井钻井和干热岩钻井奠定一定的技术基础。     

混合型金刚石烧结体取心钻头的研制及应用

针对三角形金刚石烧结体取心钻头在中—中硬非均质地层钻进时切削齿易碎断的问题，采用以三角形金刚石烧结体和圆锥形金刚石烧结体表镶而成的混合切削结构取心钻头，可减少或避免上述弊端。在胜利、吉林、四川、新疆等油田的现场应用表明，该钻头有较大的适用范围。     

钢齿牙轮钻头齿面强化材料及强化工艺进展

综述了国内外钢齿牙轮钻头齿面强化材料以及强化工艺的研究现状。简要分析了各发展阶段齿面强化材料以及强化工艺的主要特点和存在的主要问题 ,国内外多以金刚石作为牙轮钻头强化材料 ,比较成熟的技术是制造金刚石的PDC复合片 ,采用钎焊或机械装配的方法实现钻头的齿面强化。目前研究较多的是应用电镀或化学镀工艺在钢齿牙轮钻头齿面镀覆一层金刚石 ,以其高耐磨性达到钻头的齿面强化。