石油鉆井-鉆頭介紹課件

鉆頭鉆頭1主要內(nèi)容

鉆頭刮刀鉆頭牙輪鉆頭金剛石鉆頭PDC鉆頭

12345123452一、鉆頭刮刀鉆頭PDC鉆頭金剛石鉆頭擴(kuò)眼鉆頭牙輪鉆頭取心鉆頭一、鉆頭刮刀鉆頭PDC鉆頭金剛石鉆頭擴(kuò)眼鉆頭牙輪鉆頭取心鉆頭3鉆頭(DrillingBit)是石油鉆井中用來破碎巖石以形成井眼的工具。我國常用鉆頭：#按類型分為刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、金剛石鉆頭和PDC鉆頭（又稱復(fù)合片齒鉆頭）等四種；按功用分為全面鉆進(jìn)鉆頭、取心鉆頭和特殊工藝用鉆頭（如擴(kuò)眼鉆頭、定向造斜鉆頭等）。鉆井中根據(jù)所鉆地層性質(zhì)合理選擇和使用鉆頭，對提高鉆井速度具有重要的實(shí)際意義。一、鉆頭鉆頭(DrillingBit)是石油鉆井中用來破碎巖石以形4二、刮刀鉆頭刮刀鉆頭是旋轉(zhuǎn)鉆井使用最早的一種鉆頭，從十九世紀(jì)開始采用旋轉(zhuǎn)鉆井方法的時候就開始使用這種鉆頭，而且直到現(xiàn)在某些油田仍在使用。這種鉆頭主要用在軟地層和粘軟地層，具有很高的機(jī)械鉆速和鉆頭進(jìn)尺。刮刀鉆頭最大的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本低，各油田可自行設(shè)計和制造。二、刮刀鉆頭刮刀鉆頭是旋轉(zhuǎn)鉆井使用最早的一種鉆頭，從十九世紀(jì)5

二、刮刀鉆頭1、刮刀鉆頭的結(jié)構(gòu)刮刀鉆頭由鉆頭體、刮刀片、分水帽和噴嘴四部分組成。鉆頭體是刮刀鉆頭焊接刮刀片和分水帽的本體，采用中碳鋼材料加工而成。下端焊接刮刀片和分水帽，上端車有絲扣和鉆柱連接。刮刀片又稱刀翼，是刮刀鉆頭主要工作部件二、刮刀鉆頭1、刮刀鉆頭的結(jié)構(gòu)刮刀鉆頭由鉆頭體、刮刀片6二、刮刀鉆頭2、刮刀鉆頭工作原理刮刀鉆頭以切削方式破碎巖石。刮刀鉆頭在軟的塑性地層工作時，其切削過程類似于刀具切削軟金屬。刀片在鉆壓的作用下吃入地層，與此同時刀刃前面的巖石在扭轉(zhuǎn)力的作用下不斷產(chǎn)生塑性流動，井底巖石被層層剝起。二、刮刀鉆頭2、刮刀鉆頭工作原理刮刀鉆頭以切削方式破碎巖石。7

二、刮刀鉆頭刮刀鉆頭鉆進(jìn)脆性較大的地層時，破碎巖石的過程則分為碰撞、壓碎及小剪切和大剪切三個階段：（1）碰撞：刃前巖石破碎后，巖石對刀片的扭轉(zhuǎn)阻力減小，刀片向前推進(jìn)，碰撞刃前巖石；（2）壓碎及小剪切：刀片在扭轉(zhuǎn)力作用下壓碎前方的巖石，使其產(chǎn)生小剪切破碎；（3）扭轉(zhuǎn)力增大，刀片繼續(xù)擠壓前方巖石，當(dāng)扭轉(zhuǎn)力增大到極限值時，巖石沿剪切面產(chǎn)生大剪切破碎，然后扭轉(zhuǎn)力突然減小。碰撞、壓碎及小剪切、大剪切這三個過程反復(fù)進(jìn)行，形成刮刀鉆頭破碎塑脆性巖石的全過程。二、刮刀鉆頭刮刀鉆頭鉆進(jìn)脆性較大的地層時，破碎巖石的過8

2、刮刀鉆頭的正確使用二、刮刀鉆頭刮刀鉆頭適用于軟地層和粘軟地層。鉆進(jìn)時需要適當(dāng)控制鉆壓與轉(zhuǎn)速，注意防斜、防蹩、防止刀翼斷裂。由于刮刀鉆頭在軟地層中的機(jī)械鉆速較快，巖屑量較大，宜采用大排量鉆進(jìn)，充分清洗井底和冷卻鉆頭。刮刀鉆頭鉆進(jìn)時，刀翼外側(cè)線速度較高，磨損速度較快，鉆頭容易磨損成錐形，此時要特別注意防斜和防止井徑縮小。2、刮刀鉆頭的正確使用二、刮刀鉆頭刮刀鉆頭適用于軟地層9三、牙輪鉆頭三、牙輪鉆頭10

三、牙輪鉆頭從1909年第一只牙輪鉆頭問世后，牙輪鉆頭便在全世界范圍內(nèi)得到了最廣泛的應(yīng)用。三牙輪鉆頭是目前旋轉(zhuǎn)鉆井作業(yè)中使用地最普遍的鉆頭。這種類型的鉆頭具有不同的牙齒設(shè)計和軸承結(jié)構(gòu)類型，因此能夠適應(yīng)各種類型地層。在鉆井作業(yè)中，根據(jù)所鉆地層性質(zhì)正確選用合適結(jié)構(gòu)的牙輪鉆頭，就可獲得令人滿意的鉆進(jìn)速度和鉆頭進(jìn)尺。三、牙輪鉆頭從1909年第一只牙輪鉆頭問世后，牙輪鉆頭11

三、牙輪鉆頭1、牙輪鉆頭的結(jié)構(gòu)三牙輪鉆頭的基本結(jié)構(gòu)：鉆頭本體：有三片牙掌組裝焊接在一起,上部有連接絲扣。牙輪：由牙輪體和牙齒組成錐形的金屬體。牙齒分銑齒和鑲齒兩種類型軸承及其儲油密封裝置噴嘴圖13-1三牙輪鉆頭的結(jié)構(gòu)三、牙輪鉆頭1、牙輪鉆頭的結(jié)構(gòu)三牙輪鉆頭的基本結(jié)構(gòu)：圖12

三、牙輪鉆頭2、牙輪鉆頭的工作原理牙輪鉆頭在井底工作時，鉆頭整體圍繞鉆頭軸線旋轉(zhuǎn)（稱之為公轉(zhuǎn)），三個牙輪則依其自己的軸線在井底滾動（稱之為自轉(zhuǎn)）。鉆頭上承受的鉆壓通過牙齒作用在巖石上，使巖石破碎（壓碎作用）。牙輪在滾動過程中，以單齒、雙齒交替接觸井底，牙輪中心的位置忽高忽低，使鉆頭產(chǎn)生縱向振動。三、牙輪鉆頭2、牙輪鉆頭的工作原理牙輪鉆頭在井底工作時13鉆頭在井底的縱向振動使鉆柱不斷壓縮與伸張，下部鉆柱把這種周期性變化的彈性變形能通過牙齒轉(zhuǎn)化為對地層的沖擊作用力用以破碎巖石。這種沖擊、壓碎作用是牙輪鉆頭破碎巖石的主要方式。三、牙輪鉆頭鉆頭在井底的縱向振動使鉆柱不斷壓縮與伸張，下部鉆柱把這種周期14

牙輪鉆頭除了對井底巖石產(chǎn)生沖擊、壓碎作用外，還對井底巖石產(chǎn)生剪切作用。牙輪在井底滾動的同時還產(chǎn)生牙齒對井底的滑動，牙齒的滑動對井底巖石形成剪切作用，象刮刀鉆頭那樣刮削井底。牙齒的滑動主要是由牙輪的超頂、副錐和移軸布置引起的。牙輪的超頂布置和復(fù)錐牙輪引起切線方向的滑動，牙輪的移軸布置則引起軸向方向的滑動。三、牙輪鉆頭牙輪鉆頭除了對井底巖石產(chǎn)生沖擊、壓碎作15

三、牙輪鉆頭一般地，鉆軟到中硬地層的鉆頭兼有超頂、復(fù)錐和移軸；鉆中硬到硬地層的鉆頭在設(shè)計上有超頂和復(fù)錐；鉆極硬和研磨性較強(qiáng)地層的鉆頭常采用單錐牙輪，不超頂也不移軸。三、牙輪鉆頭一般地，鉆軟到中硬地層的鉆16

三、牙輪鉆頭3、牙輪鉆頭的分類及選用1）IADC分類及編號輪鉆頭生產(chǎn)廠商眾多，這些鉆頭廠商提供了多種類型和結(jié)構(gòu)的鉆頭。為了便于牙輪鉆頭的選擇和使用，國際鉆井承包商學(xué)會（IADC）制定了全世界統(tǒng)一的牙輪鉆頭分類標(biāo)準(zhǔn)及編號方法。IADC規(guī)定，每一類鉆頭用三位數(shù)字代表，個數(shù)字意義如下：第一位數(shù)字表示牙齒類型及適鉆地層：1-銑齒，軟地層；2-銑齒，中到中硬地層；3-銑齒，硬、研磨性或半研磨性地層；4-備用；5-鑲齒，軟到中等地層；6-鑲齒，中硬地層；7-鑲齒，硬、研磨性或半研磨性地層；8-鑲齒，極硬、高研磨性地層三、牙輪鉆頭3、牙輪鉆頭的分類及選用117三、牙輪鉆頭第二位數(shù)字表示所鉆地層再細(xì)分為1，2，3，4四個硬度等級。第三位數(shù)字表示鉆頭的結(jié)構(gòu)特征：1-無密封滾動軸承；2-T型外排齒保徑；3-規(guī)徑上有鑲齒保徑；4-密封滾動軸承；5-密封滾動軸承，規(guī)徑上有鑲齒保徑；6-密封滑動軸承；7-密封滑動軸承，規(guī)徑上有鑲齒保徑；8-定向井造斜鉆頭；9-其它。三、牙輪鉆頭第二位數(shù)字表示所鉆地層再細(xì)分為1，2，3，4四個182）國產(chǎn)牙輪鉆頭分類國產(chǎn)牙輪鉆頭按其結(jié)構(gòu)特征分為八個系列，分別用代號Y、P、MP、MPB、HP、HPB、XMP、XH表示，各代號的意義如下：Y-普通齒牙輪鉆頭；P-噴射式齒鉆頭；MP-滾動密封軸承噴射式齒鉆頭；MPB-滾動密封軸承噴射式保徑鉆頭；HP-滑動密封軸承噴射式銑齒鉆頭；HPB-滑動密封軸承噴射式保徑鉆頭；XMP-鑲齒滾動密封軸承噴射式鉆頭；XH-鑲齒滑動密封軸承噴射式鉆頭。三、牙輪鉆頭2）國產(chǎn)牙輪鉆頭分類三、牙輪鉆頭19三、牙輪鉆頭據(jù)所鉆地層性質(zhì)的不同，國產(chǎn)牙輪鉆頭又分為七種不同類型，按適用地層從軟到硬的次序分別用數(shù)字（或字母）1（JR）、2（R）、3（ZR）、4（Z）、5（ZY）、6（Y）、7（JY）表示，其意義如下：1（或JR）-極軟地層；2（或R）-軟地層；3（或ZR）-中偏軟地層；4（或Z）-中等地層；5（或ZY）-中偏硬地層；6（或Y）-硬地層；7（或JY）-極硬地層。三、牙輪鉆頭據(jù)所鉆地層性質(zhì)的不同，國產(chǎn)牙輪鉆頭又分為七種不同20牙輪鉆頭種類很多，適用范圍廣泛，從松軟到堅硬地層均有相適應(yīng)的鉆頭類型供選擇。在實(shí)際鉆井作業(yè)中，要根據(jù)所鉆地層性質(zhì)，選用合適類型的鉆頭，以獲得比較高的機(jī)械鉆速和鉆頭進(jìn)尺。牙輪鉆頭使用時要注意保證下鉆慢、防止頓鉆；井內(nèi)無落物；避免劃眼；使用減震器；在生產(chǎn)廠家推薦的鉆壓，轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作。三、牙輪鉆頭牙輪鉆頭種類很多，適用范圍廣泛，從松軟到堅硬地層均有相適應(yīng)的21四、金剛石鉆頭金剛石鉆頭是指靠鑲嵌在鉆頭胎體上的金剛石顆粒破碎巖石的鉆頭。金剛石是目前人類所知材料中硬度最大、耐磨性最高的材料，因此金剛石鉆頭用于硬的、高研磨性地層，可獲得比較高的鉆頭進(jìn)尺。雖然金剛石比較昂貴，但金剛石鉆頭耐磨損，單只鉆頭進(jìn)尺高，在當(dāng)今的石油鉆井仍有較強(qiáng)的競爭力。目前，金剛石鉆頭在普通的旋轉(zhuǎn)鉆井以及渦輪鉆井和取芯作業(yè)中都得到了廣泛的使用。金剛石鉆頭屬于整體式鉆頭，其結(jié)構(gòu)主要包括鋼體、胎體、水眼及水槽、金剛石等部分。四、金剛石鉆頭金剛石鉆頭是指靠鑲嵌在鉆頭胎體上的金剛石顆粒破22金剛石鉆頭的工作原理：金剛石鉆頭鉆進(jìn)時，鉆頭表面上的多粒金剛石同時作用于巖石。金剛石破碎巖石的作用在不同性質(zhì)的巖石中表現(xiàn)出不同的特性。在塑性地層（或巖石在應(yīng)力作用下呈塑性的地層），金剛石在四、金剛石鉆頭鉆壓的作用下吃入地層并在鉆頭扭矩的作用下使前方的巖石發(fā)生破碎或塑性流動，該破巖過程類似于"犁地"過程，故稱作"犁削"。金剛石鉆頭的工作原理：四、金剛石鉆頭鉆壓的作用下吃入地層并在23四、金剛石鉆頭在脆性較大的地層中鉆進(jìn)時，金剛石破碎巖石的作用主要是"壓碎"，在鉆壓和扭矩作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力可使刃下巖石沿最大剪應(yīng)力面開裂，在金剛石移動的后部形成被壓裂了溝槽，這種情況下巖石破碎的體積遠(yuǎn)大于金剛石吃入后破碎的體積，巖石破碎具有體積破碎的性質(zhì)，破巖效率較高。在堅硬地層（如燧石、硅質(zhì)白云巖等）中，一般采用將細(xì)顆粒金剛石包鑲在胎體內(nèi)部的孕鑲式金剛石鉆頭鉆進(jìn)，其破巖過程同砂輪的磨削相似。鉆頭上每一個包孕的金剛石都是小刃齒，鉆頭可看作有無數(shù)個刃的刀具。鉆頭鉆進(jìn)巖石時，鉆頭上出露的棱角鋒利的金剛石刃齒以微切削、刻劃等方式來破碎巖石。磨削破巖屬于表面破碎，破巖效率較低。四、金剛石鉆頭在脆性較大的地層中鉆進(jìn)時，金剛石破碎巖石的作用24四、金剛石鉆頭金剛石鉆頭的正確使用：金剛石鉆頭適用鉆中到堅硬、研磨性地層和渦輪鉆井、深井超深井鉆井以及取芯作業(yè)。使用金剛石鉆頭前，井底要打撈干凈，保證沒有金屬落物。鉆頭剛下到井底時，要先用小鉆壓、低轉(zhuǎn)速跑合。然后采用相對較低的鉆壓（和牙輪鉆頭相比），較高的轉(zhuǎn)速和較大的排量鉆進(jìn)。應(yīng)盡量避免劃眼。如果必須進(jìn)行劃眼，應(yīng)采用低鉆壓和低轉(zhuǎn)速，操作要均勻，防止鉆頭規(guī)徑部分金剛石碎裂和過度磨損。四、金剛石鉆頭金剛石鉆頭的正確使用：25五、PDC鉆頭五、PDC鉆頭26五、PDC鉆頭PDC鉆頭是聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭的簡稱（PolycrystallineDiamondCompactBit），亦稱聚晶金剛石切削塊鉆頭或復(fù)合片齒鉆頭。從1973年美國通用電氣公司引入PDC切削塊，研制出第一個PDC鉆頭后，PDC鉆頭便以其鉆速快、壽命長、進(jìn)尺高等優(yōu)勢，在石油鉆井中得到了廣泛的應(yīng)用。幾乎所有鉆頭制造商都采用了這一技術(shù)，開始生產(chǎn)自己的PDC鉆頭系列。PDC鉆頭由鉆頭體、PDC切削齒和噴嘴等部分組成，按結(jié)構(gòu)與制造工藝的不同分為鋼體和胎體兩大系列。五、PDC鉆頭PDC鉆頭是聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭的簡稱（Pol27五、PDC鉆頭1、PDC鉆頭的工作原理PDC鉆頭是以切削方式破碎巖石。能自銳的切削齒在鉆壓的作用下很容易切入地層，在扭矩的作用下向前移動剪切巖石。多個PDC切削齒同時工作，井底巖石的自由面多，巖石在剪切作用下也容易破碎，因此破巖效率高，鉆進(jìn)速度快。五、PDC鉆頭1、P