PDC钻头讲稿分析.ppt

第一部分  PDC钻头基本情况 PDC钻头的发展 20世纪的后半个世纪，钻探工业的发展与金刚石钻头的发展密切相关。60年代初，人造金刚石的应用大大推动了金刚石钻探技术的发展，使钻探成本大幅度降低，70年代，PDC钻头的兴起大大提高了钻进效率，并在软-中硬地层中得到广泛应用，随后热稳定PDC钻头的发展，使之硬地层中的应用成为可能， PDC钻头的发展 西方国家把PDC钻头的使用与螺杆马达、随钻测量并成为90年代具有远大前景的三大钻探技术。 进入21世纪PDC钻头又有了飞跃的发展，目前，世界范围内的石油天然气钻井广泛使用着PDC钻头。而且已经扩大到固体矿床勘探和其他钻探工程上，并取得了较好的应用效果 PDC钻头的特点 在地层条件相同的情况下，PDC钻头与牙轮钻头相比，机械钻速（ROP）可以提高33%-200%，成本降低30%-50%，单只钻头进尺可以增加3-4倍。 有专家对不同岩石进行的硬质合金钻头、PDC钻头和金刚石钻头的机械钻速测试从图中可以看出PDC钻头在4-8.5级地层中比硬质合金钻头和金刚石钻头具有更高的机械钻速。 PDC钻头的特点 PDC钻头在钻井作业中的应用 PDC钻头常规直井外，特别适于以下几种用途 用于易斜地区的直井：由于PDC钻头在低钻压下能获得高钻速，PDC钻头配合合适的底部钻具在易斜地区低钻压钻进，往往能够取得快速优质的效果。 用于定向钻井和水平钻井。PDC钻头无轴承，能承受高转速，适合与井下动力钻具配合使用。通过对PDC钻头剖面形状和保径长度的合理设计能够成功的用于定向井和水平井的造（降）斜和稳斜钻进，尤其配合导向钻井系统使用比牙轮钻头显示出更大的优越性。 PDC钻头在钻井作业中的应用 用于钻进易缩径地层：使用双心或偏心PDC钻头钻出的井眼直径大于钻头通径，从而克服因井眼缩径带来的复杂问题。 用于小井眼钻井：钻小井眼是牙轮钻头的一个弱项，而PDC钻头钻小井眼能获得较高的经济效益，根据统计在小井眼中PDC钻头的寿命和钻速比牙轮钻头高两倍。 PDC钻头使用背景 PDC钻头在全球已成为钻井工程的通用产品，而牙轮钻头成为特用钻头。美国能源部已将PDC钻头确定为提高机械钻速的主要手段。各油田对PDC钻头的使用都高度重视，深井、超深井PDC钻头作为提高钻井速度的主要途径。 PDC钻头使用背景 在2004年度长庆钻井技术座谈会上，把PDC钻头试验和推广列为天然气井提高钻井速度的突破性技术课题，组织有关技术专家对以往PDC钻头试验进行了认真分析，认为其不能提高速度的主要原因是PDC钻头与所钻地层不相适应，上部延安、延长组砾石地层、地层的软硬交错对其寿命影响很大，造成PDC钻头的早期损坏。 PDC钻头使用背景 通过调整思路，改变对地层的认识，从原来的软地层转向硬地层试验，从上部地层转向下部地层试验，即从坁坊组中下部或和尚沟组开始下PDC，这是PDC能够取得成功的前提。 经过不断地摸索、改进，目前已经成功地在天然气井中使用。 PDC钻头的工作原理 硬质合金刮刀钻头以剪切作用为主来破碎岩石，对于较软的塑性岩石钻进效果较好，对于脆性岩石，由于硬质合金的硬度不够和钻压的限制，无法有效地切入岩石。 硬质合金球齿主要依靠压碎作用碎岩，为有效的钻进，必须有较大的钻压（WOB）。 表镶金刚石以犁入方式破碎岩石，对硬脆地层比较适用。 孕镶金刚石钻头依靠研磨作用破碎岩石，要到达有效的碎岩，必须有较高的转速。 PDC钻头的工作原理 PDC钻头的碎岩作用有很大的特点，它同时依靠剪切作用和犁入作用破碎岩石，也就是说具有硬质合金刮刀钻头和表镶金刚石钻头两者的破碎方式，对塑性和硬脆地层均有较好的适应能力。 第二部分PDC钻头结构简介 PDC钻头分类 PDC钻头的结构 PDC钻头的保径结构 PDC钻头的冠部剖面形状 PDC钻头轮廓结构 PDC切削结构 PDC复合片磨损机理 PDC钻头受力、稳定性分析 特殊PDC钻头 PDC钻头冠部轮廓设计是在单锥、浅锥、双锥三种基本轮廓上进行的。单锥轮廓钻头主要使用于软地层,它常常镶嵌大切削齿,这种轮廓的钻头容易发挥水力作用,在较软地层中能产生高机械钻速。适合于低到中等密度布齿,适用于钻进极软到中软地层。浅锥轮廓钻头加强了切削齿的抗载荷能力而具有较长的寿命,适合于低到高密度布齿,适用于钻进软到中硬地层。 双锥轮廓钻头具有尖的鼻部和深的内锥,适合于中到高密度布齿,适用于钻进中到中硬地层。适合钻进多夹层地层的钻头冠部轮廓形状,浅锥、双圆弧冠部轮廓,外锥长度适中。这种双圆弧形轮廓剖面具有的特点：一是使得钻头表面尽可能有效地布置切削齿；