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金刚石钻头基本介绍

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金刚石钻头基本介绍

发布日期:2017-02-08 作者: 点击:

  做切削刃的钻头称为金刚石钻头。该钻头属一体式钻头,整个钻头没有活动的零部件,结构比较简单,具有高强度、高耐磨和抗冲击的能力,是20世纪80年代世界钻井三大新技术之一。现场使用证明,金刚石钻头在软-中硬地层中钻进时,有速度快、进尺多、寿命长、工作平稳、井下事故少、井身质量好等优点。金刚石钻头不但使用时间长,还可以重复利用,返厂修复的金刚石钻头使用起来和出厂的 金刚石钻头使用效果差不多,能大量的节约钻井成本。


目录 

优势 

金刚石钻头的破岩机理

金刚石钻头使用 

金刚石钻头


  钻头质量的好坏、钻头类型与地层岩性是否适应,对加快钻井速度和提高单只钻头进尺起着重要的作用。钻一口油气井一般要使用不同尺寸的多只钻头,在钻上部地层时要使用直径较大的钻头,因钻头钻进的地层较软,单只钻头进尺多、使用的时间短,一个钻头一般可重复使用几口井;而在钻下部地层时要使用直径较小的钻头,因地层硬、单只钻头的进尺少,一般要使用多只钻头。一只下井新钻头钻井进尺的多少主要取决于钻头的尺寸、类型、地层的软硬和钻进参数的配合。一般来说,钻头尺寸越小、地层越硬,进尺越少;钻头尺寸越大、地层越软,钻头进尺就越多。 


优势

  1 力平衡设计使钻头具有良好的导向性,适应配合井下马达应用于定向钻井,具有较小的径向震动; 

  2 不同结构的专利PDC复合片在钻头不同位置的合理布置使钻头具有较强的攻击性和抗研磨性; 

  3 强攻击性设计使钻头可获得高的机械钻速; 

  4 动态流场模拟技术应用于水力设计,使井底流场最优化,有利于提高排屑速度和防泥包。 

  因为PDC钻头的材料主要为铸造碳化钨和金刚石复合片,所以它寿命长,价值高。(精钻金刚石钻头) 


金刚石钻头的破岩机理

  金刚石钻头的破岩作用是由金刚石颗粒完成的。要知道钻头的破岩作用,就须了解单粒金刚石的破岩作用。在坚硬地层中,单粒金刚石在钻压作用下使岩石处于极高的应力状态下(约4200-5700MPa,有的资料认为可达6300MPa),使岩石发生岩性转变,由脆性变为塑性。单粒金刚石吃入地层,在扭矩作用下切削破岩,切削深度基本上等于金刚石颗粒的吃入深度。这一过程如同“犁地”故称为金刚石钻头的犁式切削作用。 

  在一些脆性较大的岩石里(如砂岩、石灰岩等),钻头上的金刚石颗粒在钻压扭矩的同时作用下,破碎岩石的体积远大于金刚石颗粒的吃入与旋转体积。当压力不大时,只能沿金刚石的运动方向形成小沟槽,加大压力则会使小沟槽深部与两侧的岩石破碎,超过金刚石颗粒的断面尺寸。 

  金刚石钻头的破岩效果,除与岩性以及影响岩性的外界因素(如压力、温度、地层流体性质等)有关外,钻压大小是重要的影响因素。它和牙轮钻头一样,破岩时都具有表层破碎、疲劳破碎、体积破碎三种方式。只有当金刚石颗粒具有足够的比压吃入地层岩石,使岩石发生体积破碎时,才能取得理想的破岩效果。

 

一.金刚石钻头钻前准备

  1、 检查上一只金刚石钻头是否存在有钻头体损坏,掉齿等,确定井底清洁,无落物。

  2、 小心搬运金刚石钻头,将金刚石钻头放置在橡胶垫或木板上。禁止把金刚石钻头直接放置在铁板上。

  3、 检查金刚石钻头切削齿是否有损伤,金刚石钻头内是否有异物,喷嘴孔内是否有O型密封圈,根据需要安装喷嘴。


二.金刚石钻头上扣

  1、 清理金刚石钻头公扣或母扣并涂抹丝扣油。

金陵棋牌  2、 将卸扣器卡在金刚石钻头上,放下钻柱使之与公扣或母扣接触上扣。

  3、 把金刚石钻头和卸扣器一起 放入转盘补心,然后按照推荐上扣扭矩值旋紧丝扣。


三.下钻

  1、 下放金刚石钻头要慢,通过转盘,防喷器,套管悬挂器尤其要缓慢,以保护好切削齿。

  2、 注意上次起钻时出现的遇阻井段,下钻过程中遇到缩径和狗腿时应使钻头缓慢通过。

  3、 距井底约1根单根时开始以50~60rpm的钻速旋转并开泵一额定排量冲洗井底。

  4、 注意观察指重表和扭矩使金刚石钻头平稳接触井底。


四.金刚石钻头划眼

  1、 不推荐使用金刚石钻头进行井段划眼。

  2、 如必须进行划眼时,应以额定排量,缓慢低扭矩划眼。


五.金刚石钻头造型

  1、 保持额定排量,下放金刚石钻头至井底。

  2、 采用缓慢钻进至少1m,以建立井底模型。

  3、 以每次10kN的增加量将钻压增至正常钻进最佳值,严禁加压过猛,造成金刚石钻头的先期破坏。

  4、 保持钻压恒定调整钻速以便获得最佳的钻进参数组合。


六.金刚石钻头正常钻进

  1、 在遇到研磨性强或硬砂泥岩时,降低钻速以延长金刚石钻头寿命。

金陵棋牌  2、 遇到地层变化或夹层时调整钻速和金刚石钻头以保持最佳的钻井效能。

  3、 每次接单根注意以下几点:3.1 恢复泵冲数并检查立管压力。3.2 在金刚石钻头接触井底前开泵,以50~60rpm的钻速缓慢下放金刚石钻头至井底。3.3 缓慢恢复加压至原金刚石钻头,然后增加钻速至原钻速。

  现场使用证明,金刚石钻头在软-中硬地层中钻进时,有速度快、进尺多、寿命长、工作平稳、井下事故少、井身质量好等优点。金刚石钻头不但使用时间长,还可以重复利用,返厂修复的金刚石钻头使用起来和出厂的 金刚石钻头使用效果差不多,能大量的节约钻井成本。


如何选用金刚石钻头

  1、软的、中硬和完整均质的硬岩层一般宜用表镶钻头;硬的、坚硬的和破碎的、软硬不均的、裂隙性和高研磨性岩层宜选用孕镶钻头。

  2、胎体硬度应根据岩层的研磨性、破碎程度、硬度、颗粒度等因素选择,其中主要因素为岩层研磨性和破碎程度。岩层研磨性强、破碎程度厉害、较软、颗粒度粗的选用硬胎体。反之,研磨性弱、均质完整、硬度大、颗粒度细的岩层(如“打滑”岩层)选用的胎体应偏软。如研磨性与硬度发生矛盾时,则服从于研磨性,例如遇研磨性强和硬度大的岩层时,应选用特硬胎体。否则胎体很快被岩层磨损,使钻头失去工作能力。

  3、岩层复杂、研磨性越强、越硬,选用的金刚石品级应越好,金刚石的粒度应越细。

  4、岩层强研磨性、较破碎、颗粒粗,选用浓度较高的胎体。

  5、岩层偏软、破碎、研磨性强,胎体偏硬,使用的是孕镶钻头,则钻头水口部位通水截面应大,宜采用多水口钻头。反之,采用少水口钻头。

  

金陵棋牌  金刚石钻头唇面形状的选择决定于岩石性质和钻头的用途等因素。

  矩形唇面  又称平底形,常用于孕镶钻头。它加工方便:有最小的工作面积,因而要求的钻压较小,从而在同样钻进参数条件下获得较高的钻速。但它下至孔底时有一磨合过程,即开始进尺较慢,待磨成微弧形后,才以正常速度进尺。其次其稳定性较差,易造成钻孔弯曲。此唇面常用于钻进中硬和中等研磨性岩层。

  圆弧形唇面  可缩短初磨时间,常用于中硬和中等研磨性岩层。

  半圆形唇面  即钻头底唇半径等于二分之一壁厚。唇部内外刃得到加强,适用于硬和研磨性岩层。

  阶梯形唇面  有一、二、三阶梯多种,通常用于绳索取心钻头及单管厚壁钻头。这种钻头在钻进时有较好的稳定性;碎岩时自由面较多而效果好,适用于钻进中硬岩层。目前在坚硬弱研磨性岩层中使用,也获得较好的效果。

  锥形唇面    这种钻头在孔底有良好的稳定性和导向性,有利于防斜。绳索取芯钻头中常用。锥形唇面还可分内锥、外锥、双锥数种。

  底喷形唇面  对孔底冲洗干净;在破碎岩层中钻进,还能提高采心率:但加工复杂。

  同心圆锯齿形唇面  又称尖环槽形,金刚石主要分布在齿形部分。内外侧用的粒度较大,以保证钻头直径。齿形唇面能造成多自由面的孔底,使钻头对岩石作磨削与剪切相结合的破碎作用,获得较粗颗粒的岩粉,有助于金刚石的出刃,提高机械钻速。由于钻头所需轴压较小,还有较好的防斜作用。齿形唇面钻头适用于钻进硬而致密弱研磨性岩层。

 

根据以上原则,具体选择时还可参照下面几条:

1、6-7级完整均质的岩石选用人造聚晶表镶金刚石钻头和粗粒表镶金刚石钻头,粒度为10-20粒/克拉,胎体硬度应在HRC45左右。

2、7-8级中等研磨性,较完整的岩层选用粒度为20-40粒/克拉的中粒表镶钻头和60目以粗的孕镶钻头,胎体硬度为HRC40左右。

金陵棋牌3、9级以上中等研磨性,较完整的岩层选用80目以细的孕镶钻头或者品级好的粒度为40-60粒/克拉的细粒表镶钻头,胎体硬度应在HRC35-40左右。

4、研磨性强的岩层(如石英砂岩)应选用胎体硬度较大的、浓度较高的、粒度较细的孕镶钻头或者品级好、粒度细的表镶钻头(60-100粒/克拉)。

5、钻进节理发育、构造复杂的裂隙破碎岩层,应选用胎体硬度大的孕镶钻头或细粒表镶钻头,而且必须采用双管钻头。

选用金刚石钻头时应根据具体岩层考虑金刚石孕镶钻头的金刚石粒度、金刚石浓度、和胎体硬度。


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