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 in ;8in ;

2、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、按工作牙轮数量分为： 单牙轮，两牙轮，三牙轮，

3、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、取芯用和其它用金刚石钻头。 钻头的分类 三、刮刀钻头的分类：三、

4、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

5、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

6、。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

7、钻检查。o 钻头尺寸（in） 5 7/8 8 9 12o WN值(Kn.r/min)10013 16243 22250 26255o 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

8、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

9、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o 1钻压的确定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

10、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o 2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o 3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

11、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o 1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o 2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0.5m,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

12、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，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o 1、按照井下实际情况并结合邻井实钻正确选择钻头类型；o 2、严格按照钻头的机械性能，确定合理的钻压、转速值；

13、o 3、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o 4、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。o 2、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式