石油钻井设备与工具王镇全第七节钻头选型

第二节钻头选型前言1、目的意义钻头种类较多，各有特点;同一种钻头，结构参数不同，适应性不同;同一种型号，厂家不同，钻头性能不同。选择哪一种类型的钻头，同种钻头选择哪一种型号的钻头，同一种型号选择哪一个厂家的钻头，直接关系到钻井成本。因此钻头优选对于提高钻井速度降低钻井成本具有重要意义。2、钻头优选的原则钻头优选的原则是使钻头的每米成本最低。目标函数：单位进尺成本。钻头单位进尺成本:式中Cpm—单位进尺成本，元/每米Cb—钻头成本，元；Cr—钻机作业费，元/每小时；t—钻头钻进时间，tt—起下钻及接单根时间，H—钻头进尺。

例题：

某一型号PDC成本10万元，钻头钻进1500米后报废，此钻头纯钻时间100小时，辅助钻进时间100小时，钻机日费2.4万元，计算该钻头的平均机械钻速和每米成本？解：钻头平均机械钻速：钻头单位进尺成本：一、影响钻头使用效果的因素1、地层因素所钻地层岩石的机械力学特性；地层条件：地层的均质性、地层的完整性，地层造斜特性、井深、地层温度等。2、钻井方式旋转钻井动力钻具复合钻井3、轨迹控制造斜、稳斜4、井眼尺寸5、地质设计要求如岩屑录井、取芯等。二、钻头类型的优选一）各种钻头特性对比各种钻头特点比较钻头特性牙轮钻头PDC钻头TSP钻头单晶金刚石钻头切削齿材料及性能硬质合金齿，强度高、抗冲击，耐磨性较差。聚晶金刚石与硬质合金复合而成，耐磨、能自锐，抗冲击性能较差，热稳定性较差。热稳定性聚晶金刚石，耐磨，抗冲击性能较差，热稳定性较高，形状多样但尺寸较小。单晶金刚石，耐磨，颗粒小，热稳定性较差。破岩方式冲击与剪切剪切犁切微剪切或磨削破岩效率较高高较高低钻头寿命短长较长长地层适应性各类地层软至中硬均质地层较硬至硬均质地层硬至极硬地层钻井参数大钻压，低转速小钻压，中转速小钻压，高转速中钻压，高转速钻井方式适应性转盘，动力钻具转盘，动力钻具及复合钻井复合钻井复合钻井定向性能较好最好好井眼尺寸较大井眼无限制无限制无限制事故率高低低低录井限制无有有有各种种类类型型钻钻头头的的使使用用范范围围123456789101112地层硬度级别牙轮钻头PDC钻头TSP钻头单晶金刚石钻头二））钻钻头头类类型型选选择择方方法法1、、根根据据地地层层条条件件、、钻钻井井方方式式、、井井眼眼轨轨迹迹控控制制要要求求、、井井眼眼尺尺寸寸以以及及地地质质要要求求选选择择合合适适的的钻钻头头类类型型。。2、、在在多多种种类类型型钻钻头头都都适适宜宜的的情情况况下下，，要要选选择择机机械械钻钻速速高高、、寿寿命命长长、、安安全全性性好好的的钻钻头头。。3、选用用的钻头头对所要要钻的地地层是否否适合，，要通过过实践的的检验才才能下结结论。对对于同一一地层使使用过的的几种类类型的钻钻头，在在保证井井身质量量的前提提下，一一般以““每米成成本”作作为评价价钻头选选型是否否合理的的标准结论：以以钻头每每米成本本最低为为原则。。举例：在软至中中硬地层层，PDC钻头头和牙轮轮钻头都都可选用用；如果地层层均质，，应尽量量选用PDC钻钻头。因因为PDC钻头头机械钻钻速高，，安全可可靠。但如果地地层破碎碎，软硬硬变换频频繁夹层层多，应应选用牙牙轮钻头头。因为为在这样样的地层层，PDC钻头头易发生生冲击破破坏，影影响钻头头使用效效果。三、牙轮轮钻头的的选型及及分类法法牙轮钻头头的设计计参数(包括齿齿高、齿齿距、齿齿宽、移移轴距、、牙轮布布置等等等)，是是根据不不同地层层的需要要设计的的，因此此应根据据不同的的地层选选用不同同的钻头头。1、牙轮轮钻头选选型的原原则(1)地地层的软软硬程度度和研磨磨性地层的岩岩性和软软硬不同同，对钻钻头的要要求及破破碎机理理也不同同。软地地层应选选择兼有有移轴、、超顶、、复锥三三种结构构，牙轮轮齿形较较大、较较尖，齿齿数较少少的铣齿齿或镶齿齿钻头，，以充分分发挥钻钻头的剪剪切破岩岩作用；；随着岩岩石硬度度增大，，选择钻钻头的上上述三种种结构值值应相应应减小，，牙齿也也要减短短、加密密。研磨性地地层会使使牙齿过过快磨损损，机械械钻速迅迅速降低低，钻头头进尺少少，特别别容易磨磨损钻头头的保径径齿、背背锥以及及牙掌的的掌尖，，使钻头头直径磨磨小，更更严重的的是会使使轴承外外露、轴轴承密封封失效，，加速钻钻头损坏坏。因此此，钻研研磨性地地层，应应该选用用有保径径齿的镶镶齿钻头头。(2)井井深浅井段岩岩石一般般较软，，同时起起下钻所所需时间间较短，，应选用用能获得得较高机机械钻速速的钻头头；深井井段地层层一般较较硬，起起下钻时时间较长长，应选选用有较较高总进进尺的钻钻头。(3)地地层的自自然造斜斜性能在易斜地地层钻进进时，地地层因素素是造成成井斜的的客观因因素，而而下部钻钻柱的弯弯曲以及及钻头的的选型不不当则是是造成井井斜的技技术因素素。在易易斜地层层钻进，，应选用用不移轴轴或移(4)地地层的均均质性在软硬交交错地层层钻进时时，一般般应按其其中较硬硬的岩石石选择钻钻头，这这样既在在软地层层中有较较高的机机械钻速速，也能能顺利地地钻穿硬硬地层。。在钻进进过程中中钻井参参数要及及时调整整，在软软地层钻钻进时，，可适当当降低钻钻压并提提高转速速；在硬硬地层钻钻进时可可适当提提高钻压压并降低低转速。。2、牙轮钻头头国内分分类方法法及型号号代码例：用于于中硬地地层、直直径为81/2″(215．9mm)的镶齿齿滑动密密封轴承承喷射式式三牙轮轮钻头的的型号为为：81/2×HP5或215．．9×HP5。。3、IADC牙牙轮钻头头分类方方法及编编号全世界牙牙轮钻头头的生产产厂家众众多，类类型和结结构繁杂杂，为厂厂便于牙牙轮钻头头的选择择和使用用，国际际钻井承承包商协协会(IADC——InternationalAssociationOfDrillingContractors)于1972年制订订了全世世界第一一个牙轮轮钻头的的分类标标准，各各钻头厂厂家生产产的钻头头虽有自自己的代代号，但但都标注注了相应应的IADC编编号。1987年IADC将将原有分分类方法法及编号号进行了了修改和和完善，，形成厂厂现在的的分类及及编号方方法。岩性级别别代号，，在第一一位数码码表示的的钻头所所适用的的地层中中再依次次从软到到硬分为为四个等等级。钻头牙齿特征及所适用的地层钻头结构特征代号钻头附加结构特征代号IADC规定，，每一类类钻头用用四位字字码进行行分类及及编号，，各字码码的意义义如下：：第一位字字码为系系列代号号，用数数字1～～8分别别表示八八个系列列，表示示钻头牙牙齿特征征及所适适用的地地层：1—铣齿齿，低抗抗压强度度高可钻钻性的软软地层；；2一铣齿齿，高抗抗压强度度的中到到中硬地地层；3一铣齿齿，中等等研磨性性或研磨磨性的硬硬地层；；4一镶齿齿，低抗抗压强度度高可钻钻性的软软地层；；5一镶齿齿，低抗抗压强度度的软到到中硬地地层；6一镶齿齿，高抗抗压强度度的中硬硬地层；；7一镶齿齿，中等等研磨性性或研磨磨性的硬硬地层；；8一镶齿齿，高研研磨性的的极硬地地层。第二位字字码为岩岩性级别别代号，，用数字字1—4分别表表示在第第一位数数码表示示的钻头头所适用用的地层层中再依依次从软软到硬分分为四个个等级。。第三位字字码为钻钻头结构构特征代代号，用用数字1～9计计九个数数字表示示，其中中1～7表示钻钻头轴承承及保径径特征，，8与9留待未未来的新新结构特特征钻头头用。表表示的意意义如下下：1—非密密封滚动动轴承；；2—空气气清洗、、冷却，，滚动轴轴承；3—滚动动轴承，，保径；；4一滚动动、密封封轴承；；5一滚动动、密封封轴承，，保径；；6—滑动动、密封封轴承；；7一滑动动、密封封轴承，，保径。。第四位字字码为钻钻头附加加结构特特征代号号，用以以表示前前面位数数字无法法表达的的恃征，，用英文文字母表表示，目目前，IADC已定义义了11个特征征，用下下列字母母表示:A—空气气冷却;C—中心心喷嘴;D—定间间钻井;E—加长长喷嘴;G—附加加保径/钻头体体保径;J—喷嘴嘴偏射;R—加强强焊缝：：S—标准准铣齿;X—楔形形镶齿;R—圆锥锥形镶齿齿；Z—其他他形状镶镶齿。四、金刚刚石钻头头的优选选1、金刚刚石钻头头分类方方法影响金刚刚石钻头头结构的的因素主主要是地地层条件件，因此此其结构构参数主主要是根根据地层层特点确确定。因因此其分分类方法法主要依依据结构构参数。。2、IADCPDC钻头分分类方法法IADC于1987年年制定了了一个适适于用金金刚石钻钻头的““固定切切削齿钻钻头分类类标准””,并于于1992年年进行了了修订。。这个标标准主要要根据钻钻头的结结构特点点进行分分类，并并没有像像牙轮钻钻头那样样考虑钻钻头适用用的地层层。但这这个在世世界范围围内的统统一标准准对金刚刚石钻头头的分类类、设计计、制造造、选型型和使用用都具有有重要意意义。钻头分类类号由四四个字符符组成，，第一个个字符用用英文字字母表示示钻头体体的材料料，第二二至第四四个字符符用阿拉拉伯数字字分别表表示钻头头的布齿齿密度、、聚晶金金刚石复复合片(以下下简称PDC)的尺寸寸或切削削齿的类类别、钻钻头的冠冠部轮廓廓形状。。英文字母表示钻头体