石油鉆井設備和工具-鉆頭選型

1、石油鉆井設備和工具-鉆頭選型前言1、目的意義 鉆頭種類較多，各有特點; 同一種鉆頭，結(jié)構(gòu)參數(shù)不同，適應性不同; 同一種型號，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的鉆頭，同一種型號選擇哪一個廠家的鉆頭，直接關(guān)系到鉆井本錢。因此鉆頭優(yōu)選對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。目標函數(shù)：單位進尺本錢。鉆頭單位進尺本錢:式中Cpm單位進尺本錢，元/每米Cb鉆頭本錢，元；Cr 鉆機作業(yè)費，元/每小時；t鉆頭鉆進時間，tt起下鉆及接單根時間，H鉆頭進尺。 例題： 某一型號PDC本錢10萬元，鉆頭鉆進1500米

2、后報廢，此鉆頭純鉆時間100小時，輔助鉆進時間100小時，鉆機日費2.4萬元，計算該鉆頭的平均機械鉆速和每米本錢？解： 鉆頭平均機械鉆速：鉆頭單位進尺本錢：一、影響鉆頭使用效果的因素1、地層因素 所鉆地層巖石的機械力學特性； 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 動力鉆具 復合鉆井3、軌跡控制 造斜、穩(wěn)斜4、井眼尺寸5、地質(zhì)設計要求 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，強度高、抗沖擊，耐磨性較差。聚晶金剛石與硬質(zhì)合金復合而成

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較長長地層適應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)速鉆井方式適應性轉(zhuǎn)盤，動力鉆具轉(zhuǎn)盤，動力鉆具及復合鉆井復合鉆井復合鉆井定向性能較好最好好井眼尺寸較大井眼無限制無限制無限制事故率高低低低錄井限制無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，要選擇機械鉆速高、壽命長、平安性好的鉆頭。 3、選用的鉆頭對所要鉆的地層是否適合，要通過實踐的檢驗才能下結(jié)論。對于同一地層使用過的幾種類型的鉆頭，在保證井身質(zhì)量的前提下，一般以“每米本錢作為評價鉆頭選型是否合理的標準 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)，應盡量選用PDC鉆頭。因為PDC鉆頭機械鉆速高，平安可靠。 但如果地層破碎，軟硬變換頻繁夾層多

5、，應選用牙輪鉆頭。因為在這樣的地層，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 牙輪鉆頭的設計參數(shù)(包括齒高、齒距、齒寬、移軸距、牙輪布置等等)，是根據(jù)不同地層的需要設計的，因此應根據(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，對鉆頭的要求及破碎機理也不同。軟地層應選擇兼有移軸、超頂、復錐三種結(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)值應相應減小，牙齒也要減短、加密。 研磨性地層會使牙齒過快磨損，機械鉆速迅速降低，鉆頭進尺少，

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，更嚴重的是會使軸承外露、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，同時起下鉆所需時間較短，應選用能獲得較高機械鉆速的鉆頭；深井段地層一般較硬，起下鉆時間較長，應選用有較高總進尺的鉆頭。 (3)地層的自然造斜性能 在易斜地層鉆進時，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那么是造成井斜的技術(shù)因素。在易斜地層鉆進，應選用不移軸或移軸量小的鉆頭；同時，在保證移軸小的前提下，所選的鉆頭適應的地層應比所鉆地層稍軟一些，這樣可以在較低的鉆壓下提高機械鉆速。

7、 (4)地層的均質(zhì)性 在軟硬交錯地層鉆進時，一般應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械鉆速，也能順利地鉆穿硬地層。在鉆進過程中鉆井參數(shù)要及時調(diào)整，在軟地層鉆進時，可適當降低鉆壓并提高轉(zhuǎn)速；在硬地層鉆進時可適當提高鉆壓并降低轉(zhuǎn)速。2、牙輪鉆頭國內(nèi)分類方法及型號代碼 例：用于中硬地層、直徑為8 1/2(2159 mm)的鑲齒滑動密封軸承噴射式三牙輪鉆頭的型號為：8 1/2HP5或2159HP5。 3、IADC牙輪鉆頭分類方法及編號 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，國際鉆井承包商協(xié)會(IADC International Associat

8、ion Of Drilling Contractors)于1972年制訂了全世界第一個牙輪鉆頭的分類標準，各鉆頭廠家生產(chǎn)的鉆頭雖有自己的代號，但都標注了相應的IADC編號。1987年IADC將原有分類方法及編號進行了修改和完善，形成廠現(xiàn)在的分類及編號方法。 巖性級別代號，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等級。鉆頭牙齒特征及所適用的地層鉆頭結(jié)構(gòu)特征代號鉆頭附加結(jié)構(gòu)特征代號 IADC規(guī)定，每一類鉆頭用四位字碼進行分類及編號，各字碼的意義如下： 第一位字碼為系列代號，用數(shù)字18分別表示八個系列，表示鉆頭牙齒特征及所適用的地層： 1銑齒，低抗壓強度高可鉆性的軟地層； 2一銑齒

9、，高抗壓強度的中到中硬地層； 3一銑齒，中等研磨性或研磨性的硬地層； 4一鑲齒，低抗壓強度高可鉆性的軟地層； 5一鑲齒，低抗壓強度的軟到中硬地層； 6一鑲齒，高抗壓強度的中硬地層； 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別代號，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等級。 第三位字碼為鉆頭結(jié)構(gòu)特征代號，用數(shù)字19計九個數(shù)字表示，其中17表示鉆頭軸承及保徑特征，8與9留待未來的新結(jié)構(gòu)特征鉆頭用。表示的意義如下： 1非密封滾動軸承； 2空氣清洗、冷卻，滾動軸承； 3滾動軸承，保徑； 4一滾動、密封軸承； 5一

10、滾動、密封軸承，保徑； 6滑動、密封軸承； 7一滑動、密封軸承，保徑。 第四位字碼為鉆頭附加結(jié)構(gòu)特征代號，用以表示前面位數(shù)字無法表達的恃征，用英文字母表示，目前，IADC已定義了11個特征，用以下字母表示: A空氣冷卻; C中心噴嘴; D定間鉆井; E加長噴嘴; G附加保徑/鉆頭體保徑; J噴嘴偏射; R加強焊縫： S標準銑齒; 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

11、適于用金剛石鉆頭的“固定切削齒鉆頭分類標準,并于1992 年進行了修訂。這個標準主要根據(jù)鉆頭的結(jié)構(gòu)特點進行分類，并沒有像牙輪鉆頭那樣考慮鉆頭適用的地層。但這個在世界范圍內(nèi)的統(tǒng)一標準對金剛石鉆頭的分類、設計、制造、選型和使用都具有重要意義。 鉆頭分類號由四個字符組成，第一個字符用英文字母表示鉆頭體的材料，第二至第四個字符用阿拉伯數(shù)字分別表示鉆頭的布齒密度、聚晶金剛石復合片 (以下簡稱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數(shù)字分別表示鉆頭的布齒密度。3、廠家PDC鉆頭型號的表示方法 鉆頭型號由鉆頭直徑代號、廠家命名型號和IADC制定的鉆頭分類號三局部組成。 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，同時應制定廠家命名型號與IADC鉆頭分類號