钻头知识2010.8

1、 钻 头 主讲：周德军 二0一0年八月 目 录 第一章 钻头简述 第二章 钻头分类 第三章 牙轮钻头 第四章 金刚石钻头 第五章 刮刀钻头 第六章 取芯钻头 第七章 钻头事故预防及处理 第一章 钻头简述 在旋钻钻井中，钻头是破碎岩石的主要 工具，钻头的类型、质量优劣与岩性及其他 钻井工艺条件是否适应，对钻井速度、井身 质量和钻井成本有直接影响。 目前在石油钻井中使用的钻头分为牙轮 钻头、金刚石钻头及刮刀钻头三大类。钻头 尺寸以钻出的井眼内径为公称尺寸，已形成 基本统一的系列，常见的钻头尺寸有： 钻头简述 26in ;20in ;17 in ;14in ;12in ; 10 5/8in ;9 i

2、n ;8in ;7 7/8in ; 6in ;6in ;5 7/8in ;4in . 钻头简述 钻头的技术指标、经济指标包括： 钻头进尺：指钻进的井眼总长度。 钻头工作寿命：指一只钻头的累计使用时间。 钻头平均机械钻速：指一只钻头的进尺与工 作寿命之比值。 钻头简述 钻头单位进尺成本： C=Cb-Cr(T+Tt)/H 式中 C-单位进尺成本，元/米 Cb-钻头成本，元 Cr-钻机作业费，元/小时 T -钻头纯钻进时间，小时 Tt-起下钻时间，小时 H-钻头总进尺，米 第二章 钻头的分类 钻头 牙轮（取心）金刚石（取心）刮刀（取心） 钻头的分类 一、牙轮钻头的分类：一、牙轮钻头的分类： 1、按工

3、作牙轮数量分为： 单牙轮，两牙轮，三牙轮，四牙轮钻头等。 2、按切削材质可分为： 铣齿（钢齿）和镶齿牙轮钻头。 3、按用途可分为： 钻进用牙轮钻头、取芯用牙轮钻头和其它 用牙轮钻头。 钻头的分类 二、金刚石钻头的分类：二、金刚石钻头的分类： 1、按钻头体材料及制造方法分类： 钢体和胎体金刚石钻头。 2、按切削齿材料分类： 天然金刚石钻头（DN钻头）；人造聚晶 金刚石复合片钻头（PDC钻头）和热稳定聚 晶金刚石钻头（TSP钻头）。 钻头的分类 二、金刚石钻头的分类：二、金刚石钻头的分类： 3、按切削齿的镶装方式分类： 孕镶、表镶和潜铸式金刚石钻头。 4、按用途分类： 全面钻进用、取芯用和其它用金

4、刚石钻头。 钻头的分类 三、刮刀钻头的分类：三、刮刀钻头的分类： 1、按刮刀片（刀翼）分类： 二、三、四等刮刀钻头。 2、按切削材料分类： 硬质合金和聚晶金刚石刮刀钻头。 3、按用途分类： 全面钻进用、取芯用和其它用刮刀钻头。 钻头的分类 四、取芯钻头的分类四、取芯钻头的分类 1、刮刀式取芯钻头： 硬质合金和聚晶金刚石刮刀式取芯钻头。 2、牙轮取芯钻头： 四牙轮和六牙轮取芯钻头。 3、金刚石取芯钻头： 天然金刚石取芯钻头、人造金刚石取芯钻头和 聚晶复合片取芯钻头。 第三章 牙轮钻头 o一、钻头的结构.pdf 第三章 牙轮钻头 o二、牙轮钻头的正确使用 o（1）根据地层可钻性值并参考邻井地层，选

5、择进 尺多、速度快、成本低、磨损正常的钻头。在上部 松软地层（可钻性级值小于5级），可选用机械钻 速高的铣齿钻头，在深井段地层（可钻性级值大于 5），可选用尺多的镶齿钻头。 o（2）在易井斜地层，多选用牙轮偏移量小、无保 径齿及齿多而短的牙轮钻头。 o（3）井底应清洁，无落物。 第三章 牙轮钻头 o（4）下钻速度要慢，防止顿钻。在钻头矩井底1 单根时，要开泵和旋转钻头，充分洗井，清除井底 岩屑，避免下入过快岩屑堵塞喷嘴或开泵过猛憋漏 地层。 o（5）钻头接触井底后，在低钻压、低转速下（钻 压1030N，转速60/）跑合0.5以 上，造好井底形状后，方可逐步提高钻压和转速的 设计值。 o（6）做

6、好钻还试验，即固定钻压，改变转速，或 固定转速，改变钻压，使钻压和转速合理匹配，达 到高钻速钻进。 第三章 牙轮钻头 o（7）钻进中应尽量提高泵压，增大钻头水功率， 充分发挥水力参数和机械破岩参数的交互作用，提 高破岩效率。 o（8）使用组合喷嘴，提高清岩效率。 o（9）应以厂家推荐的钻压与转速的乘积为约束条 件，不能同时使用最高钻压和最高转速。 o（10）钻进中操作平稳，送钻要均匀，严禁猛提 猛放、溜钻和顿钻。 o（11）连续产生憋跳钻时，若不是地面设备的问 题，应立即起钻，避免掉牙轮。 第三章 牙轮钻头 o（12）从钻头下入钻进开始，必须做随钻成本计 算，只要发现连续几个点成本上升时，应起

7、钻。 o（13）如发现钻头无进尺，泵压明显升高或降低， 机械钻速突然下降，扭矩增大等现象时，若地面设 备无问题，应起钻检查。 o钻头尺寸（in） 5 7/8 8 9 12 oWN值(Kn.r/min)10013 16243 22250 26255 o备注：江汉钻头J22的WN值 第四章 金刚石钻头 o一、钻头的结构.pdf 第四章 金刚石钻头 o二、金刚石钻头的正确使用 o（1）根据地层可钻性级值选择金刚石钻头类型： 一般情况下，地层可钻性级值小于5，即极软到中 硬地层选用PDC钻头；地层可钻性级值大于5，小 于8，即中硬到硬地层选用TSP钻头；地层可钻性 级值大于8，即硬到坚硬地层选用天然金

8、刚石钻头。 o（2）井底清洁，无落物。 o（3）用专用工具紧扣，紧扣扭矩符合规定要求。 第四章 金刚石钻头 o（4）下钻要慢，安全通过转盘、防喷器、井眼中 不规则的台阶。“狗腿”、缩径段，保护好切削齿。 下到最后一个单根时，应开泵并旋转循环，消除岩 屑及沉砂。 o（5）钻头接触井底后，应以低转速 （5060r/min）和低钻压（1020kN）钻进 0.5m左右，完成新井底造型。 o（6）做好钻速试验，即固定钻压，改变转速，或 固定转速，改变钻压，使钻压和转速合理匹配，以 获得最高机械钻速钻进。 第四章 金刚石钻头 o（7）使用组合喷嘴钻进，提高清岩效率。 o（8）应以厂家推荐的钻压与转速的乘积

9、为约束条 件，不能同时使用最高钻压和最高转速。钻进中操 作要平稳，送钻要均匀，严禁猛提猛放、溜钻和顿 钻。 o（9）做好随钻成本计算，只要发现连续几个点成 本上升时，应起钻。 o（10）如发现钻头无进尺，泵压明显升高或降低， 机械钻速突然下降，扭矩增大等现象时，若地面设 备无问题，应起钻检查。 第五章 刮刀钻头 o一、钻头的结构钻头的结构.pdf 第五章 刮刀钻头 o二、刮刀钻头的正确使用 o（一）适用地层 o刮刀钻头属切削型钻头，以切削、刮挤和剪 切的方式破碎地层。这种钻头适用于在松软 软的页岩、泥质砂岩、页岩等塑性和塑脆 性地层中钻进。 第五章 刮刀钻头 o（二）钻进参数的确定 o1钻压的

10、确定 o刮刀钻头具有切削刀翼较长的优点，能适应 较大的钻压变化范围，在转速一定的条件下， 随着钻压的增加机械钻速增加。但是考虑钻 具寿命和刮刀钻头结构易井斜的特点，对于 不同尺寸的刮刀钻头正常钻进一般采用推荐 钻压的中间值，最大不超过推荐的钻压最大 值。要求做到平衡操作，均匀加压。 第五章 刮刀钻头 o2转速的确定 o刮刀钻头没有滚动部件，适用较高的转速。 在钻压一定的条件下，转速越高钻速越快， 所以在可能的条件下，尽可能提高转速。考 虑到对钻具寿命的影响，一般最高转速为 18020r/min左右。 第五章 刮刀钻头 o3流量的确定 o流量的大小，必须使钻井液在环形空间的上返时满 足携带岩屑的

11、要求。所以在确定流量时，既要考虑 优选水力参数，充分利用泵的水功率，又要考虑到 刮刀钻头钻速快，单位时间内破碎的岩屑量大，岩 屑块比较大的特点，一般203mm钻头流量为 2825L/g，一般220mm钻头流量为 3228L/g，一般，220mm钻头流量为 3835L/g。 第五章 刮刀钻头 o（三）使用钻头注意事项 o1下井前的注意事项 o搬放钻头不能猛烈碰撞，防止把硬质合金和 人造聚晶金刚石以及钻头体丝扣台肩碰坏。 o按设计要求检查、测量钻头外径和高度以及 喷嘴尺寸，并做好记录。 第五章 刮刀钻头 o2操作注意事项 o（1）新钻头下井到底，以2030KN钻压， 6070r/mm转速，钻进0.

12、5m,钻出与钻头 底刃形状相适应的井底后,再逐渐加到规定 的钻压和转速钻进. o(2)接单根后下放钻具时,即可开泵,启动转盘, 下放钻具到井底,逐渐加压钻进。严禁加压 启动转盘，防止憋断刮刀片。 第五章 刮刀钻头 o（3）在钻遇软硬交界面时，为防止井斜和 憋钻采用较小的钻压钻进，穿过交界面后再 加到设计的钻压钻进。 o（4）要求操作平稳，均匀送钻，严禁猛放 猛压，防止憋断刀片和打斜。 第五章 刮刀钻头 o（四）起钻原则 o（1）机械钻速低于初始钻速的30% 40%或低于同地层牙轮钻头的钻速，成本 上升时，考虑起钻。 o（2）泵压升高或降低23MP时考虑起 钻。 o（3）憋跳现象严重、扭矩增大时

13、，考虑起 钻。 第六章 取芯钻头 o一、取芯钻头的结构取芯钻头的结构 2010.8.doc 第七章 钻头事故预防及处理 o一、钻头事故预防 o1、按照井下实际情况并结合邻井实钻正确 选择钻头类型； o2、严格按照钻头的机械性能，确定合理的 钻压、转速值； o3、及时掌握机械钻速、扭矩和泵压等钻井 参数的变化。 第七章 钻头事故预防及处理 o4、怎样预防掉牙轮事故？ o答：（1）选择质量符合要求的牙轮钻头。 o（2）开始钻进时一定要轻压活动好牙轮。 o（3）精心操作、均匀送钻、严防溜钻、顿钻、钻 头泥包。 o（4）按照牙轮钻头出厂使用说明书要求正确使用 钻头。 o（5）不准超时使用。 o（6）使

14、用钻头扭矩仪。 第七章 钻头事故预防及处理 o二、钻头事故的判断 o（1）在钻进中钻头断刀片或牙轮掉落时， 转盘扭矩增加，动力设备负荷加重。会突然 发生严重憋跳钻或打倒车。 o（2）上提划眼时，钻具转动自如，划眼接 触到刮刀片或牙轮时憋跳严重无进尺。 o（3）钻具悬重无明显变化和泵压有轻徽异 常显示。 o（4）机械钻速减慢或无进尺。 第七章 钻头事故预防及处理 o三、怎样处理断刀片和掉牙轮事故？ o答：1、处理断刀片 o（1）下旧刮刀钻头将刀片憋入井壁。 o（2）如刀片不能憋入地层，则下强磁打捞器打捞。 o（3）下磨鞋将刮刀片磨掉。 o2、处理掉牙轮 o（1）下强磁打捞器打捞。 o（2）下反循环打捞篮打捞。 o（3）下磨鞋将牙轮磨掉。 思考题 o一、钻头单位进尺成本： o C=Cb-Cr(T+Tt)/H