油田钻头的技术现状及发展剖析

1、油田钻头的技术现状及发展剖析摘 要：油气埋藏在地下，为取得地下资源，必须大量的破碎岩石，钻穿地层。现在钻井方法主要是用机械方法破碎岩石，破碎岩石的主要工具就称之为钻头。钻头就是石油行业中，井下作业最为重要的工具。从成本上来讲，原油的生产成本主要以勘探、开发和采油这三部分为主，其中钻井的费用大概占据了百分之三十，所以说，降低钻井费用最直接有效的办法就是将钻头的使用寿命提高。文章就钻头的技术现状以及未来发展的方向做出概述。关键词：油田；钻头；技术现状；发展引言在石油钻井行业当中，钻头作为极其重要的一种井下作业的工具，以原油生产的成本上来分析，其生产的成本正常情况下，为开发成本、勘探的成本和采油成本

2、。其中，钻井的费用大概占据了百分之三十，若想要降低钻井的费用，最有效的办法就是提高钻头的使用寿命以及钻井的效率。所以对钻头技术研究的提高是非常重要的。1 钻头的设计技术现状1.1 钻头切削方面1.1.1 PDC钻头切割新技术结构钻头的切削面在结构上，体现出了钻头使用的寿命以及工作的效率，最著名的PDC复合片材质的研发，使得钻头的使用寿命以及工作的效率得到了显著地提高，二战之后，对于切削结构的创新，也使得PDC钻头的综合性能，尤其是在钻进非常困难的地层的性能上，格外的将其性能体现出来。例如西南石油大学曾经开发了一项对于提高其复杂钻地层PDC钻头性能的新型技术，也就是内镶后备齿即内，镶二级齿的新技

3、术。1.1.2 混合切削结构钻头技术本世纪初，美国著名的石油工程师协会曾经举办的交流会上，美国的休斯公司曾经介绍了一款新型的混合钻头的实验以及其应用的数据。其钻头是由固定的刀翼以及牙轮混合组成，并在固定的刀翼上使用了固定的PDC齿，其牙轮材料还选用了新型的硬质合金，这种混合的钻头在页岩以及塑性地层中进行钻进的时候，相比普通的牙轮钻头在钻进的效率上提高了很多，其机械钻速更是牙轮钻头的两倍以上，并且最大程度的减少了钻柱的扭阵以及粘滑还有涡旋等病态现象的发生。1.2 牙齿技术在钻头的设计上，钻头的牙齿技术在设计以及改进上是最为重要的，牙齿技术的设计以及改进是钻头设计的最重要的一部分。近些年，对于牙轮

4、钻头上使用金刚石以此来加强牙齿技术在国内外钻头的产品当中，被应用的越来越广泛，金刚石加强牙齿技术也就是相对于PDC钻头复合片类似的一种聚晶金刚石符合牙齿。该牙齿的耐磨性非常高，但伴随而来的成本也是非常高。所以，通常情况下，都会用于保径结构。但也逐渐的开始出现全部都使用金刚石加强牙齿的钻头新产品。1.3 轴承技术1.3.1 滚滑轴承的技术在钻井工程中，利用滑动以及滚动两种摩擦相复合的结构，可以有效的保证滑动轴承的高承载力，并且有效的提高轴承适应高速旋转的能力。滚滑轴承的技术，最早是江汉石油钻头股份有限公司所研发出的一种专利技术，如果单论高转速适应能力，就现在来讲，可以说该技术就是最为出色的钻头轴

5、承技术之一。江钻所生产的SMD系列的钻头就使用了这种最新的轴承技术，并且此系列的钻头可以有效的适应400rpm的高速转动，最好的例子，就是俄罗斯等海外油田在配合涡轮钻具钻进上，取得了非常优秀的成绩。1.3.2 轴承的密封技术钻头轴承的密封技术非常的重要，近年来，人们对于轴承的密封技术越来越重视，所以也一直在不断的对轴承的密封技术进行研究，随着新一代的单金属密封技术，也就是在Hughes公司的产品SEM单金属密封的基础上所研究出来的新产品，即对SEMIITM进行了新型的金属表面强化特殊处理，并改进了其密封系统的原有结构，新型的密封圈可以实现非常高的压缩比，并明显的提高了密封的效率，有效的延长了钻

6、头的使用寿命，提高了整个轴承系统的可靠性。2 钻头的新型设计以及数字化仿真技术的分析钻头的技术一直都在不断的革新，而钻头的个性化设计也正在从理想化概念一点点的转变成实用技术。个性化设计相比钻头的选型，其更加的精细、科学且主动。科学的个性化设计对于陷阱的钻头性能分析技术非常的依赖，但随着计算机技术在钻头的设计上被广泛的应用，利用数字化钻进代替一些花销高昂的实验非常有必要，有不少石油公司以及相应的科研单位都可以很好的将这些个性化的设计做出来，例如非常出名的IDEAS系统。3 新型钻头的研发及钻头的发展方向近些年来，国内外的很多石油钻头公司，还有相对应的科研单位对于钻头的研究以及改进，做出了巨大的贡

7、献，并推出了一代又一代的新产品。最著名的例如Hughes公司研发的一种新型的高效钢齿牙轮钻头也就是FastMax系列的钢齿三牙轮钻头。新型的钻头在叶轮的设计上，共设计了九排齿，并专门的设计了一排抗重复研磨的齿排，并且相伴随的所有的内排齿都使用了该公司所生产的金字塔形状的齿，并敷有新型的Endurall硬面敷焊材料。该钻头最大的优势就是在快速钻进的过程上，由于这类金字塔形齿可以有效的保证并实现其最大的基础负载，延长耐磨寿命，最大程度的减少钻头泥包的现象发生。而就在该钻头问世不久之后，Hughes公司再次推出一种装有五个刮刀片以及十九毫米切削齿的新型多水眼金刚石钻头，有效的保证了攻击钻头工作时有效

8、的水利能力，并及时的清除周围的岩屑，最重要的一点就是钻头上的金刚石有着非常好的冷却效果。可以说随着钻头技术的不断发展，人们也逐渐的意识到，想要使得钻头的使用寿命有效的提高，并且其工作效率也相应的提高，对于一些创新的理论以及实际的应用相互结合是避免不了的。在优化钻头的结构以及不断的应用中，对钻头的设计逐渐的进行改进，新型钻头的研发，高效率的钻进，超高的耐磨性还有高韧性的牙齿以及长寿命的轴承技术，都是钻头发展方向的风向标。所以说，牙齿材料的选择以及研发，轴承密封技术的革新，在未来的很长一段时间内，都会是钻头技术发展的重中之重。随着社会不断的发展，钻头技术的完善以及制造成本的减少，金刚石复合牙齿在牙

9、轮钻头铲平的应用中将会越来越广泛，甚至代替以前的材料。石油钻头技术的发展主要应该体现在例如：钻头材料的技术上，也就是新型复合材料的研发，材料硬度高、使用寿命长，对于这一点，世界各大石油公司，可以说一直都在研究，虽然说我国的钻头材料方面的技术与西方发达国家还有一定的差距，但随着时间的发展，必然会扳回这一劣势；再有就是有效的针对难钻地层，钻头的选择以及使用上，如何有效的针对这些复杂地层的钻进工作，也是未来钻头发展的重要方向。除却上述的一些发展方向，还应该经常借鉴国外的新型钻头技术、牙轮技术等等，取长补短，集百家之长，有针对性的应对我国特殊的地层，有效的提高钻进的效率，并提高钻头的使用寿命。4 结束语钻头的技术能否得到改善，以及其未来发展的趋势，在很大程度上都限制了石油开采的成本投入，可以说钻头技术的完善以及良性持续的发展，不单单可以使得石油开采投入的成本相应的减少，还可以节约国家的固定资源，增加原油的开采率等等，钻头技术的完善势