PDC钻头开发简况
近几年全世界石油天然气钻井活动不断增加，所以对钻井钻头的需求量也越来越大，而且由于PDC钻头在设计技术和操作方面的较大 改进使得人们也越来越喜欢使用PDC钻头。在2000年，PDC钻头的钻 井进尺仅占总钻井进尺的26％，2003年增加为50％，而2006年PDC钻头的钻井进尺已经占到总钻井进尺的60％。近年来全世界各大钻头公 司根据钻井技术的发展和钻井现场的实际需要，设计开发出多种新型PDC切削齿、PDC钻头及相关技术。
多种PDC钻头简介
（1）TOUGH-DRILL钻头
Varel International公司开发了一种用于难钻地层的新型PD C钻头，名为TOUGH-DRILL钻头。由于该新型钻头采用了的切削结构和PDC切削齿，而且具有良好的稳定性特征，所以克服了硬 研磨性地层对机械钻速和钻头寿命的挑战。作为产品开发的一个步骤，该钻头经过了精心的计算流体动力学评价，消除了在钻硬度高且研磨性强的地层时通常会发生的岩屑重复破碎和重复打转问题以及可能的滞流区域。因此改善了清洗效率、切削齿冷却效果，提高了机械钻速。
该钻头采用的切削齿结合了的碳化钨界面几何形状和的材料科学技术。为了减小具有破坏性的残余应力（轴向、周向和径向），应用有限元分析对碳化钨界面几何形状进行了模拟，大大提高了PDC切削齿的抗冲击能力。而且对聚晶金刚石的等级进行了精细选 择和分析，以大限度提高切削齿的耐磨性。
Genesis HCM钻头
休斯克里斯坦森公司的新系列Genesis HCM钻头既具有常规PDC钻头那样高的机械钻速和寿命，又具有牙轮钻头那样良好的可导性。该钻头能够具有这些优点是因为采用了EZSteer切深控制技术， 在钻头中心附近有一个支撑块，在滑动钻进时它接触地层，但在转盘钻进时不接触地层。这就适当降低了导向状态下钻头的攻击性，而保持了转盘钻进时的高机械钻速。另外的一些特征，如Genesis切削 齿、计算流体动力学和高稳定性使新系列Genesis HCM钻头能够在高机械钻速情况下钻出平滑的井眼，从而使其成为导向马达钻井应用中的理想钻头。
Genesis HCR钻头
Genesis HCR钻头是休斯克里斯坦森公司开发的一类应用于旋转导向钻井的新系列PDC钻头。每一型号的Genesis HCR钻头都是根据某一具体应用而设计制造的，为了具有大的侧切削能力，钻出大狗腿度的井眼，一般钻头的冠部都比较短，而为了取得寿命、稳定性和井眼质量三者之间的佳平衡，也可以采用常规长度的冠部。这种新系列Genesis HCR钻头的尺寸范围为φ 146mm－φ4 63.6mm。每一种Genesis HCR钻头的保径结构都是根据具体应用情况而定的，当需要大狗腿度来完成复杂苛刻的定向要求时，Genesis HCR钻头的保径是非常短的。大部分旋转导向钻井要求钻头具有标准的保径结构，对于某些旋转导向钻井或在缓慢偏斜定向井中井眼质量为主要指标时，一般使用保径结构较长的钻头［2］。
（4）套管钻头
为了配合套管钻井工艺，休斯克里斯坦森公司为套管/尾管钻井开发了一种新型EZ套管钻头。该钻头特点是钻头体完全由合金 钢材组成，PDC切削齿固结在刀翼上，了锋利的切削结构能够地钻进地层或进行扩眼作业。
这种套管/尾管钻头还采用了一项专利技术，即在钻头端面上的中心部位设置了一个限制反扭矩的支撑块。每次进行套管/尾管钻井时，都要对支撑块何时接触地层进行调节，这样既能象使用牙轮钻头一样很好地控制工具面，还能够获得与常规PDC钻头相媲美的高机械钻速。这种套管钻头的另一个特点是开有一个辅助水眼，在注水泥作业时该水眼打开，可以水泥浆以期望的速度排出套管，减小堵塞的可能性。
近，在Abu Dhabi，一只φ215.9mm EZC304套管钻头和带有旋转尾管悬挂器的φ177.8mm尾管组合对膨胀性Nahr Umr页岩段进行了扩眼。这只钻头钻进约915m后钻达目标井深，然后注水泥，钻头被 固住并被钻过。随后又下入一只φ171.5mm套管钻头和尾管组合，对下面的垂直段、增斜段和水平段进行了扩眼，一直扩至井底并完成固完作业［1］。
（5）超硬热稳定PDC切削齿
近，ReedHycalog公司发明了一种超硬热稳定PDC切削齿。常规PDC切削齿仅由WC衬底和金刚石层组成，而这种超硬热稳定PDC切削齿是在常规PDC切削齿的基础上又增加了一薄层超硬热稳定金刚石，其耐磨性和抗冲击性都有很大提高，因此扩大了PDC钻头的应用范围，在过去认为不适应PDC钻头钻进的地层中取得了良好效 果。在墨西哥北部的Burgos盆地的Cuitlahuac油田和Sigma油田，采用 了这种超硬热稳定PDC切削齿的φ311.15mmPDC钻头能够成功地钻 穿高抗压强度为2 80Mpa的砾岩地层，在直井中机械钻速高达14.9m/h，在定向井中机械钻速达到13.2m/h，分别比邻井提高87％和
118％， 每米钻井成本分别下降26％和74％［3］ 。
（6）新型套管开窗工具
利用造斜器和套管铣鞋对原有井眼进行侧钻作业，通常是将造斜器和套管铣鞋组合下至预定井深，套管铣鞋剪断造斜器上的销栓后进行开窗钻铣。在硬研磨性地层，套管铣鞋的金属切削元件磨穿套管之后起钻更换常规钻头，以钻出一个能够容纳BHA的井底口袋。目前这项操作尤为关键，由于钻井底口袋需要进行一次额外的起下钻， 耗费可能多达十几个小时甚至几十个小时，作业费用必将增加。理想的工艺是用一趟钻完成开窗铣套管和钻井底口袋作业。近贝克石油工具公司和休斯克里斯坦森公司联合开发了一种既可铣套管又可钻地层的铣钻工具—PathMAKER，该工具应用了休斯克里斯坦森公司的Genesis PDC技术，使用了一种特殊的PDC切削齿，能对金属和地层进行有效切削。工具上特别设计的螺旋式布齿减小了钻头振动，而大流道了PDC切削齿的冷却效果，进而增大了其性能。因此， 该工具能够在一个行程中同时完成开窗和钻井底口袋两项作业。此外，这种铣钻工具既适合任何类型的造斜装置，也可以作为一项立的技术加以使用。在很多硬地层中，它能够提供比常规硬质合金铣鞋更大的钻进能力。
（7） 新 型 PDC 双 心 钻 头 ReedHycalog公司开发了一种新型小井眼（φ250.8mm或更小）
PDC双心钻头，目的是改进原有双心钻头、减小其在切线段井斜角下降、增大抵抗钻柱振动的能力、改善其磨损状况。这种双心钻头由导眼体、扩眼体和中扩眼体组成，中扩眼体的作用是提高钻头的几何稳定性。为了使中扩眼体能够在双心钻头上起到应有的作用，就导眼体和扩眼体之间有足够大的直径差。但随着双心钻头直径变小，该直径差就越来越小，在导眼体和扩眼体之间就没有空间设置中扩眼体。为了解决该问题，ReedHycalog公司将中扩眼体设计成导眼 体的一部分，这样不仅保留了中扩眼体的优点，而且导眼体的直径也足够大，其可导性也没有降低。
联系电话： 赵经理 金刚石复合片
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