1、石油鉆井設(shè)備和工具-鉆頭選型前言1、目的意義 鉆頭種類較多，各有特點(diǎn); 同一種鉆頭，結(jié)構(gòu)參數(shù)不同，適應(yīng)性不同; 同一種型號(hào)，廠家不同，鉆頭性能不同。 選擇哪一種類型的鉆頭，同種鉆頭選擇哪一種型號(hào)的鉆頭，同一種型號(hào)選擇哪一個(gè)廠家的鉆頭，直接關(guān)系到鉆井本錢。因此鉆頭優(yōu)選對(duì)于提高鉆井速度降低鉆井本錢具有重要意義。2、鉆頭優(yōu)選的原那么 鉆頭優(yōu)選的原那么是使鉆頭的每米本錢最低。目標(biāo)函數(shù)：?jiǎn)挝贿M(jìn)尺本錢。鉆頭單位進(jìn)尺本錢:式中Cpm單位進(jìn)尺本錢，元/每米Cb鉆頭本錢，元；Cr 鉆機(jī)作業(yè)費(fèi)，元/每小時(shí)；t鉆頭鉆進(jìn)時(shí)間，tt起下鉆及接單根時(shí)間，H鉆頭進(jìn)尺。 例題： 某一型號(hào)PDC本錢10萬(wàn)元，鉆頭鉆進(jìn)1500米

2、后報(bào)廢，此鉆頭純鉆時(shí)間100小時(shí)，輔助鉆進(jìn)時(shí)間100小時(shí)，鉆機(jī)日費(fèi)2.4萬(wàn)元，計(jì)算該鉆頭的平均機(jī)械鉆速和每米本錢？解： 鉆頭平均機(jī)械鉆速：鉆頭單位進(jìn)尺本錢：一、影響鉆頭使用效果的因素1、地層因素 所鉆地層巖石的機(jī)械力學(xué)特性； 地層條件：地層的均質(zhì)性、地層的完整性，地層造斜特性、井深、地層溫度等。2、 鉆井方式 旋轉(zhuǎn)鉆井 動(dòng)力鉆具 復(fù)合鉆井3、軌跡控制 造斜、穩(wěn)斜4、井眼尺寸5、地質(zhì)設(shè)計(jì)要求 如巖屑錄井、取芯等。二、鉆頭類型的優(yōu)選一各種鉆頭特性比照各種鉆頭特點(diǎn)比較鉆頭特性牙輪鉆頭PDC鉆頭TSP鉆頭單晶金剛石鉆頭切削齒材料及性能硬質(zhì)合金齒，強(qiáng)度高、抗沖擊，耐磨性較差。聚晶金剛石與硬質(zhì)合金復(fù)合而成

3、，耐磨、能自銳，抗沖擊性能較差，熱穩(wěn)定性較差。熱穩(wěn)定性聚晶金剛石，耐磨，抗沖擊性能較差，熱穩(wěn)定性較高，形狀多樣但尺寸較小。單晶金剛石，耐磨，顆粒小，熱穩(wěn)定性較差。破巖方式?jīng)_擊與剪切剪切犁切微剪切或磨削破巖效率較高高較高低鉆頭壽命短長(zhǎng)較長(zhǎng)長(zhǎng)地層適應(yīng)性各類地層軟至中硬均質(zhì)地層較硬至硬均質(zhì)地層硬至極硬地層鉆井參數(shù)大鉆壓，低轉(zhuǎn)速小鉆壓，中轉(zhuǎn)速小鉆壓，高轉(zhuǎn)速中鉆壓，高轉(zhuǎn)速鉆井方式適應(yīng)性轉(zhuǎn)盤，動(dòng)力鉆具轉(zhuǎn)盤，動(dòng)力鉆具及復(fù)合鉆井復(fù)合鉆井復(fù)合鉆井定向性能較好最好好井眼尺寸較大井眼無(wú)限制無(wú)限制無(wú)限制事故率高低低低錄井限制無(wú)有有有各種類型鉆頭的使用范圍1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12地層硬度級(jí)別

4、牙輪鉆頭PDC鉆頭TSP鉆頭單晶金剛石鉆頭二鉆頭類型選擇方法 1、根據(jù)地層條件、鉆井方式、井眼軌跡控制要求、井眼尺寸以及地質(zhì)要求選擇適宜的鉆頭類型。 2、在多種類型鉆頭都適宜的情況下，要選擇機(jī)械鉆速高、壽命長(zhǎng)、平安性好的鉆頭。 3、選用的鉆頭對(duì)所要鉆的地層是否適合，要通過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)才能下結(jié)論。對(duì)于同一地層使用過(guò)的幾種類型的鉆頭，在保證井身質(zhì)量的前提下，一般以“每米本錢作為評(píng)價(jià)鉆頭選型是否合理的標(biāo)準(zhǔn) 結(jié)論：以鉆頭每米本錢最低為原那么。舉例： 在軟至中硬地層，PDC鉆頭和牙輪鉆頭都可選用； 如果地層均質(zhì)，應(yīng)盡量選用PDC鉆頭。因?yàn)镻DC鉆頭機(jī)械鉆速高，平安可靠。 但如果地層破碎，軟硬變換頻繁夾層多

5、，應(yīng)選用牙輪鉆頭。因?yàn)樵谶@樣的地層，PDC鉆頭易發(fā)生沖擊破壞，影響鉆頭使用效果。三、牙輪鉆頭的選型及分類法 牙輪鉆頭的設(shè)計(jì)參數(shù)(包括齒高、齒距、齒寬、移軸距、牙輪布置等等)，是根據(jù)不同地層的需要設(shè)計(jì)的，因此應(yīng)根據(jù)不同的地層選用不同的鉆頭。 1、牙輪鉆頭選型的原那么 (1)地層的軟硬程度和研磨性 地層的巖性和軟硬不同，對(duì)鉆頭的要求及破碎機(jī)理也不同。軟地層應(yīng)選擇兼有移軸、超頂、復(fù)錐三種結(jié)構(gòu)，牙輪齒形較大、較尖，齒數(shù)較少的銑齒或鑲齒鉆頭，以充分發(fā)揮鉆頭的剪切破巖作用；隨著巖石硬度增大，選擇鉆頭的上述三種結(jié)構(gòu)值應(yīng)相應(yīng)減小，牙齒也要減短、加密。 研磨性地層會(huì)使牙齒過(guò)快磨損，機(jī)械鉆速迅速降低，鉆頭進(jìn)尺少，

6、特別容易磨損鉆頭的保徑齒、背錐以及牙掌的掌尖，使鉆頭直徑磨小，更嚴(yán)重的是會(huì)使軸承外露、軸承密封失效，加速鉆頭損壞。因此，鉆研磨性地層，應(yīng)該選用有保徑齒的鑲齒鉆頭。(2)井深 淺井段巖石一般較軟，同時(shí)起下鉆所需時(shí)間較短，應(yīng)選用能獲得較高機(jī)械鉆速的鉆頭；深井段地層一般較硬，起下鉆時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)選用有較高總進(jìn)尺的鉆頭。 (3)地層的自然造斜性能 在易斜地層鉆進(jìn)時(shí)，地層因素是造成井斜的客觀因素，而下部鉆柱的彎曲以及鉆頭的選型不當(dāng)那么是造成井斜的技術(shù)因素。在易斜地層鉆進(jìn)，應(yīng)選用不移軸或移軸量小的鉆頭；同時(shí)，在保證移軸小的前提下，所選的鉆頭適應(yīng)的地層應(yīng)比所鉆地層稍軟一些，這樣可以在較低的鉆壓下提高機(jī)械鉆速。

7、 (4)地層的均質(zhì)性 在軟硬交錯(cuò)地層鉆進(jìn)時(shí)，一般應(yīng)按其中較硬的巖石選擇鉆頭，這樣既在軟地層中有較高的機(jī)械鉆速，也能順利地鉆穿硬地層。在鉆進(jìn)過(guò)程中鉆井參數(shù)要及時(shí)調(diào)整，在軟地層鉆進(jìn)時(shí)，可適當(dāng)降低鉆壓并提高轉(zhuǎn)速；在硬地層鉆進(jìn)時(shí)可適當(dāng)提高鉆壓并降低轉(zhuǎn)速。2、牙輪鉆頭國(guó)內(nèi)分類方法及型號(hào)代碼 例：用于中硬地層、直徑為8 1/2(2159 mm)的鑲齒滑動(dòng)密封軸承噴射式三牙輪鉆頭的型號(hào)為：8 1/2HP5或2159HP5。 3、IADC牙輪鉆頭分類方法及編號(hào) 全世界牙輪鉆頭的生產(chǎn)廠家眾多，類型和結(jié)構(gòu)繁雜，為廠便于牙輪鉆頭的選擇和使用，國(guó)際鉆井承包商協(xié)會(huì)(IADC International Associat

8、ion Of Drilling Contractors)于1972年制訂了全世界第一個(gè)牙輪鉆頭的分類標(biāo)準(zhǔn)，各鉆頭廠家生產(chǎn)的鉆頭雖有自己的代號(hào)，但都標(biāo)注了相應(yīng)的IADC編號(hào)。1987年IADC將原有分類方法及編號(hào)進(jìn)行了修改和完善，形成廠現(xiàn)在的分類及編號(hào)方法。 巖性級(jí)別代號(hào)，在第一位數(shù)碼表示的鉆頭所適用的地層中再依次從軟到硬分為四個(gè)等級(jí)。鉆頭牙齒特征及所適用的地層鉆頭結(jié)構(gòu)特征代號(hào)鉆頭附加結(jié)構(gòu)特征代號(hào) IADC規(guī)定，每一類鉆頭用四位字碼進(jìn)行分類及編號(hào)，各字碼的意義如下： 第一位字碼為系列代號(hào)，用數(shù)字18分別表示八個(gè)系列，表示鉆頭牙齒特征及所適用的地層： 1銑齒，低抗壓強(qiáng)度高可鉆性的軟地層； 2一銑齒

9、，高抗壓強(qiáng)度的中到中硬地層； 3一銑齒，中等研磨性或研磨性的硬地層； 4一鑲齒，低抗壓強(qiáng)度高可鉆性的軟地層； 5一鑲齒，低抗壓強(qiáng)度的軟到中硬地層； 6一鑲齒，高抗壓強(qiáng)度的中硬地層； 7一鑲齒，中等研磨性或研磨性的硬地層； 8一鑲齒，高研磨性的極硬地層。 第二位字碼為巖性級(jí)別代號(hào)，用數(shù)字14分別表示在第一位數(shù)碼表示的鉆頭所適用的地層中再依次從軟到硬分為四個(gè)等級(jí)。 第三位字碼為鉆頭結(jié)構(gòu)特征代號(hào)，用數(shù)字19計(jì)九個(gè)數(shù)字表示，其中17表示鉆頭軸承及保徑特征，8與9留待未來(lái)的新結(jié)構(gòu)特征鉆頭用。表示的意義如下： 1非密封滾動(dòng)軸承； 2空氣清洗、冷卻，滾動(dòng)軸承； 3滾動(dòng)軸承，保徑； 4一滾動(dòng)、密封軸承； 5一

10、滾動(dòng)、密封軸承，保徑； 6滑動(dòng)、密封軸承； 7一滑動(dòng)、密封軸承，保徑。 第四位字碼為鉆頭附加結(jié)構(gòu)特征代號(hào)，用以表示前面位數(shù)字無(wú)法表達(dá)的恃征，用英文字母表示，目前，IADC已定義了11個(gè)特征，用以下字母表示: A空氣冷卻; C中心噴嘴; D定間鉆井; E加長(zhǎng)噴嘴; G附加保徑/鉆頭體保徑; J噴嘴偏射; R加強(qiáng)焊縫： S標(biāo)準(zhǔn)銑齒; X楔形鑲齒; R圓錐形鑲齒； Z其他形狀鑲齒。 四、金剛石鉆頭的優(yōu)選 1、金剛石鉆頭分類方法 影響金剛石鉆頭結(jié)構(gòu)的因素主要是地層條件，因此其結(jié)構(gòu)參數(shù)主要是根據(jù)地層特點(diǎn)確定。因此其分類方法主要依據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)。2、IADC PDC鉆頭分類方法 IADC于1987年制定了一個(gè)

11、適于用金剛石鉆頭的“固定切削齒鉆頭分類標(biāo)準(zhǔn),并于1992 年進(jìn)行了修訂。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)鉆頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分類，并沒(méi)有像牙輪鉆頭那樣考慮鉆頭適用的地層。但這個(gè)在世界范圍內(nèi)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)金剛石鉆頭的分類、設(shè)計(jì)、制造、選型和使用都具有重要意義。 鉆頭分類號(hào)由四個(gè)字符組成，第一個(gè)字符用英文字母表示鉆頭體的材料，第二至第四個(gè)字符用阿拉伯?dāng)?shù)字分別表示鉆頭的布齒密度、聚晶金剛石復(fù)合片 (以下簡(jiǎn)稱PDC)的尺寸或切削齒的類別、鉆頭的冠部輪廓形狀。英文字母表示鉆頭體的材料聚晶金剛石復(fù)合片的尺寸或切削齒的類別鉆頭的冠部輪廓形狀用阿拉伯?dāng)?shù)字分別表示鉆頭的布齒密度。3、廠家PDC鉆頭型號(hào)的表示方法 鉆頭型號(hào)由鉆頭直徑代號(hào)、廠家命名型號(hào)和IADC制定的鉆頭分類號(hào)三局部組成。 各鉆頭廠家可以根據(jù)需要編制各自產(chǎn)品的廠家命名型號(hào)，同時(shí)應(yīng)制定廠家命名型號(hào)與IADC鉆頭分類號(hào)