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262020 年 第 5 期石钻头的制造方法，如何改进金刚石钻头年代到九十年代，主要是PDC钻头或TSP 金刚石钻头是石油行业常用的钻井的制造工艺技术，如图1所示。
钻头的冠部轮廓结构设计、稳定性设计等工具，本文通过调研和分析国外钻头专技术改进，如图3所示。
比如，刀翼式钻2 切削齿和切削性能方面利，对金刚石钻头的发展方向和新技术关于金刚石切削元件结构和性能等技头及制造方法等专利是对钻头冠部轮廓和进行了研究，从工艺技术、切削齿、结术改进和提高的专利技术主要集中在八十水力流道的一次大改进，提高了岩屑的及构等方面进行了分析总结，提出了发展年代到九十年代，主要是聚晶金刚石复合时清除和携带效率，减少了岩屑的二次破我国钻头高端产品的思路和对策。
片结构和性能的改进方法与如何提高质碎，提高了钻井速度。
此外，关于金刚石量，热稳定聚晶金刚石切削件的结构和各钻头对地层适应性或水力清洗等专利技金刚石钻头技术从20世纪70年代中期种形状以及如何提高性能，如图2所示。
术，主要集中在二十世纪八十年代到九十金刚石刮刀钻头开始发展到目前的各类金如预防复合片早期碎裂的硬质合金支撑边年代，主要是对所要钻进的地层岩性特点刚石钻头为止，已有30多年的历史，如果缘齿（CSE）专利切削齿，其特点是倒角与钻头优化设计相结合，或者改进钻头的考虑到以前利用手工技巧包镶大颗粒天然边缘加强金刚石层免受冲击载荷的破坏，水力结构设计，提高钻头清洗井底的能金刚石制造的钻头，那么金刚石钻头就有可以延迟切削齿碎裂的发生和磨损的开力，达到提高钻井速度或破岩效率的目更长的历史了。
随着石油勘探开发速度的始，从而延长切削齿的使用寿命。
改善岩的，如图4所示。
“打蛋器”钻头加快，对破岩工具特别是钻头性能要求越屑运移和提高机械钻速的表面抛光齿（专（eggbeater）就是一个钻头结构改进的独来越高，手工制作的天然金刚石钻头已经利黑冰齿），其特点是切削齿减少剪切特例子，它的特殊结构可以有效防止钻头远远不能满足石油钻井施工的要求，除了力，极大改善岩屑运移，从而减小扭矩并泥包，提高清洗能力，适合钻进较软的黏在钻进某些特殊地层时还使用天然金刚石提高总的机械钻速。
国外钻头新技术跟踪报告（2004年6月～2005年6月）编写：破岩技术研究中心编写日期：2005、7、14国外钻头新技术跟踪报告（2004年6月～2005年6月）破岩技术研究中心一、国外钻头新技术发展概况1、牙轮钻头发展概况国外石油钻头新技术发展非常快，总体上来看，休斯公司仍然处于领先地位，2003年以前休斯有八大系列新产品，2004年又成功推出了一个新系列Mini-MX 系列，使休斯公司的新产品系列达到9个。
Mini-MX新系列是UltraMax系列与STAR/STX系列的完美结合，这个系列的诞生标志着休斯在单金属密封技术上又有了新突破，成功地将单金属密封技术应用到小尺寸钻头上。
2005年6月接着又推出了三个新系列：GX、GX Hardrok和MXL系列，新产品系列达到12个。
这三个新系列使用20多项新技术，其中最新的单项新技术突破有：1）合金齿材料的突破。
改进碳化钨等级使合金齿在强度（韧性）基本保持不变的同时，耐磨性提高了50%多，提高了抵抗裂纹扩张的能力，降低了合金齿的破碎的可能性，延长了合金齿的使用寿命，也能使合金齿设计更具进攻性；2）由于齿材的突破，使合金齿结构设计突破了传统的设计理念，合金齿露齿高度有了很大提高，齿形设计更为优化，高应力区有了很大改善；3）单金属密封技术有了进一步发展，密封面的耐磨性有了提高，密封面也变宽了，增能圈的设计发生了变化，提供了更大的密封力，使单金属密封的可靠性有了进一步提高；4）水力结构上的突破，由原来的后喷式改为前喷式，这一结构的设计的改变吸取了REED公司先进水力结构的优点，使钻头具有更好的清洗效果；5）牙轮壳体保护技术的突破，牙轮壳体上镶有许多小的球头齿，这些齿露高很小，与我们公司的副齿技术有所区别，其主要作用是保护牙轮壳体；6）掌背保护进一步加强，掌背敷焊面积加大。
从网站信息来看，史密斯公司到目前为止还没有推出新的产品系列，但不可小看该公司的技术进步，SMITH公司95年从西南院花费近五万美圆购置仿真软件和牙轮钻头复合破岩实验机设计，由黄书建和项英等人消化吸收转让成果，聘用印度软件博士组成后期开发小组，研制出了便携式岩屑测试仪，从岩石性质研究入手，建立了岩石性质与切削结构仿真、岩石性质与切削结构有限元分析、岩石性质与切削结构复合破岩实验验证和仿真软件再修正，以及钻头切削结构载荷分布和切削结构破碎功优化的完整的钻头运动学分析系统（IDEAS）和钻头用户服务的DBOS系统。
国外石油机械国外钻头技术新进展*黄蕾蕾 薛启龙(中国石油大学(华东))摘要 分析了美国H ughes Christensen公司、R eed H yca l o g公司、Sm ith钻头技术公司、Vare l 国际公司以及国外其它钻头制造商的新型钻头产品和技术。
对这些钻头的结构特点、性能特点、试验及现场应用情况分别做了描述或说明,同时对新钻头产品的设计软件和设计方法做了简要介绍。
建议国内钻头制造企业加大技术开发力度,不断推出拥有自主知识产权的更新换代产品。
关键词 PDC钻头 牙轮钻头 新技术 结构特点 现场应用0 引 言随着钻井技术的发展,对各种高性能钻头的需求量也大幅上升。
当前国内外各大钻头制造公司不断推出具有特色的钻头产品及钻头设计系统,推动了钻头设计及制造技术的发展。
体现在钻头新产品中的现代设计,重点关注的是轴承、结构、钻头井底接触面积以及相邻牙轮齿与齿的间隙等详细情况。
钻头的设计不仅要考虑钻头在特定地层的模拟钻进,还要模拟井底钻具组合(B HA)对特殊钻头的影响,以获得影响钻头性能的完整受力图。
引进一种新钻头,同时还要提供辅助服务,例如按用户需求设计每一个特殊应用的钻头。
下面的钻头新产品集中体现了当前国际钻头技术的综合发展水平,也预示了钻头设计技术的未来发展趋势。
1 H ughes Christensen公司的新型PDC 钻头技术1 1 配有新型耐磨切削齿的Quantec系列PDC钻头[1-3]H ughes Christensen公司应用新型设计工艺制造的Quantec系列优质PDC钻头,如图1所示。
该钻头采用了与具体钻井工程相匹配的新型耐磨齿和钻头结构,能获得更高的平均机械钻速、更好的稳定性与耐用性,并能降低钻井成本。
这种钻头的金刚石体积控制设计还能提高钻头的机械和水力效率。
图1 Q uantec系列PDC钻头该公司的Sm oothCu t切削深度控制专利技术使钻头能够更为平稳地钻进,从而减轻切削齿(尤其是在钻夹层地层时)的早期磨损。
国外加⼯⼑具巨头们的钻削⼑具技术创新为了努⼒满⾜⽤户提⾼⽣产效率的需求，⼑具制造商正在不断创新各种钻孔⼑具的设计和制造策略。
伊斯卡公司（Iscar Metals Inc.）开发的Picco-MF多功能可转位⼑具将精密⼩孔钻削功能与表⾯车削、外圆车削和内孔车削/镗削功能组合在⼀起。
DR-MF系列⼑具设计⽤于在瑞⼠型机床上加⼯汽车、模具、航空航天、医疗和普通⼯程等⾏业使⽤的微型零件，其特点是采⽤了两种分别⽤于钻削和车削加⼯的切削刃。
⼤螺旋⾓切削刃的设计可将切削⼒减⾄最⼩，在低速进给时可实现最佳切屑控制。
XCMT⼑⽚采⽤了IC908牌号的亚微颗粒硬质合⾦基体和TiAlN多层涂层。
该⼑具既可⽤于右⼿切削也可⽤于左⼿切削。
为了增强耐磨性，减⼩表⾯摩擦以改善排屑性能和防⽌堵塞，⼑体涂覆了硬度为HRC60的涂层。
在汽车、医疗器具、航空航天、普通⼯程等不同的制造⾏业，制造商们可以选⽤各种先进的钻孔⼑具，包括⾼钻进率的整体硬质合⾦钻头、可转位⼑⽚式钻头、可换硬质合⾦钻尖式钻头，以及使⽤⽇益增多的多功能钻头等，⽤于钻削各种⼩孔、深孔，以及⼀次完成钻孔、倒⾓、锪孔等加⼯⽽⽆需再进⾏⼆次加⼯。
⼭特维克可乐满公司（Sandvik Coromant Co.）推出的CoroDrill 805组合式可转位钻头采⽤了具有极佳排屑性能和内冷却设计的CoroDrill 800钻体。
CoroDrill 805钻头设计⽤于在常规机床（如加⼯中⼼、车床和车－铣床）上钻削加⼯深孔，⽽不必将⼯件移⾄专⽤深孔钻削机床上进⾏加⼯。
该钻头的加⼯直径范围为25～65mm，孔深可达13倍孔径，加⼯表⾯粗糙度Ra32µm。
⼑具制造商们充分利⽤在⼑具⼏何形状、基体材料和表⾯涂层⽅⾯的技术进步，不断推出新的⼑具品种，扩展现有产品系列，并将定制设计的专⽤⼑具定型为标准供货产品。
CNC机床（尤其是加⼯中⼼）、瑞⼠型车削中⼼以及可优化长钻头加⼯性能的长床⾝车床的技术进步也使先进钻削⼑具的优势得以充分发挥。
美国十大钻头公司的十大钻头新技术 Maggie Lee 编译:申守庆(江汉石油钻头股份有限公司)审校:周润才(大庆油田公司设计院) 摘 要:以美国十大天然气和石油钻头制造厂商为主线,对这些厂商当前所开发的钻头制造新技术及其推出的各类新产品进行了详细的描述,产品及技术范围涉及牙轮钻头、金刚石钻头、随钻扩眼钻具、双中心钻头以及相关钻头零部件等,这些新技术和新产品可满足当前各种钻井方式的不同需求,并都已在世界范围内各种钻井环境下得到了验证,使钻井效率得到大幅度提高。
主题词 PDC钻头 牙轮钻头 新技术 钻井效率一、前言近期,随着对钻井需求(尤其是对天然气钻井需求)的激增,陆上及墨西哥湾海上的钻井活动达到了近20年来的最高平均水平。
为了增加供应、满足需求,钻井作业者不但要增加钻井数量,其所设计的井眼结构和井眼轨迹也更为复杂,同时还要提高钻速,实现最大的流量和采收率。
为了帮助钻井作业商实现这些目标,各大钻头制造商也相继推出新型产品结构及改进措施,以满足自硬岩地层到淤泥与页岩夹层地层的各种钻井需求。
下面分10部分逐一介绍这些新型钻头产品及技术。
二、RBI公司的新型切削齿技术由E BI公司(牙轮钻头国际公司)推出的Vectored@(矢量)牙轮钻头镶齿技术充分反映了“将明天的技术用于今天”以帮助钻井作业者改进钻井性能、提高钻井效率这一理念。
RBI公司的技术人员认为,虽然有很多设计因素都会影响钻头性能,但最为关键的还是钻头的切削结构,理由是钻井作业的动力学过程是通过钻头切削结构与井眼地层相啮合来实现的,切削结构必须能承受住钻井作业过程中所施加的各种力,并有效地钻凿所钻地层。
因此,在钻头切削结构的强度及其传递进攻性切削动作的能力之间必须保持一种平衡,而与这种平衡密不可分并且与牙轮轮廓和偏移值有关的因素是牙齿的碳化钨牌号、露齿高度、齿的形状及其规格。
采用了矢量镶齿技术后,钻头牙齿的镶装方向便成为选择钻头的一个重要标准。
外国发明特殊钻头的原理特殊钻头的原理是通过设计和制造具有特殊功能的刀具，用于在不同材料上进行钻孔和切削。
这些特殊钻头在钻孔过程中能够提供更有效、更准确的切削，以及更长的使用寿命和更低的切削力。
以下是一些常见的外国发明的特殊钻头及其原理。
1. 涂层钻头：涂层钻头是将高硬度材料如碳化钨或氮化钨等加工到钻头表面，以提高钻头的硬度和磨损性能。
这种涂层可以防止材料的黏附和磨损，从而延长钻头的使用寿命。
2. 冷冻液钻头：冷冻液钻头具有内部冷却装置，可以将冷却液引入切削区域，以降低切削温度并减少切削力。
这种钻头适用于高温和高硬度材料的加工，提高了切削效率和质量。
3. 超硬合金钻头：超硬合金钻头采用金刚石或立方氮化硼等超硬材料作为切削部位，具有极高的硬度和耐磨性。
这种钻头适用于切削超硬材料，如玻璃、陶瓷和石英等。
4. 内冷钻头：内冷钻头具有内部冷却管道，可以将冷却液引入到切削区域，以降低切削温度并提高切削质量。
这种钻头适用于加工热敏材料，如塑料和薄板金属等。
5. 高速钻头：高速钻头采用高速钢或涂层材料制成，能够在高速旋转时保持钻头的刚性和稳定性。
高速钻头适用于高速加工和精密孔加工，提高了生产效率和孔的精度。
6. 膜压力钻头：膜压力钻头通过在切削区域形成油膜，减少机械接触并降低切削温度。
这种钻头适用于加工易变形和易断裂的材料，如铸铁和玻璃纤维增强材料等。
7. 钨钢钻头：钨钢钻头采用钨钢合金材料制成，具有较高的硬度和耐磨性。
这种钻头适用于切削高硬度材料和不锈钢等难切削材料，提高了切削效率和寿命。
总的来说，外国发明的特殊钻头通过采用不同的材料、涂层和结构设计，以及加工技术的改进来实现对不同材料的高效加工。
这些特殊钻头能够提供更长的使用寿命、更准确的切削和更低的切削力，从而提高生产效率和加工质量。
国内外钻井新技术近年来，随着技术的不断进步和创新，钻井行业也在不断发展和改进。
国内外的钻井新技术为石油行业带来了一系列的变革和突破，提高了井下作业效率和安全性，同时也为石油资源的开发和利用提供了更多可能。
本文将介绍一些国内外的钻井新技术。
一、方向钻井技术方向钻井技术是一种将钻孔轨迹控制在特定方向上的技术。
通过控制钻头的转向和位移，可以实现沿着特定曲线或弯曲路径钻井。
方向钻井技术不仅克服了地下环境复杂、井筒曲率大的困难，还可以实现多井平台共井探采、延伸井筒水平段等操作。
随着电子技术的发展，方向钻井技术的应用范围越来越广，包括水平井、水平井作业、多级水平井等。
这些技术在增加生产量和提高油井效率方面发挥了重要作用。
二、超深井技术超深井技术是指在3000米以上的井深范围内进行的钻井活动。
随着石油产量的减少和需求的增加，油气资源的勘探正逐渐向更高的深度延伸。
超深井技术的发展为深水勘探和开发提供了技术支持。
超深井技术不仅需要解决高温、高压等环境带来的挑战，还要应对地质条件复杂、井筒稳定性差等问题。
目前，超深井技术已经在国外许多油气领域得到应用，为石油产业的进一步发展提供了可能性。
三、无人化作业技术无人化作业技术是指通过自动化和遥控技术，实现钻井过程的机械化、自动化和智能化。
这种技术可以有效降低作业风险，提高作业效率，同时减少人力资源的消耗。
通过无人化作业技术，可以实现钻头的自动定位和导航、钻井过程的自动监控和调整等功能。
无人化作业技术已经在国外得到广泛应用，不仅提高了作业效率，还减少了事故和人员伤亡的风险。
四、密封技术密封技术是保证井眼、井口等部位的密封性能，防止井筒变形、渗漏等问题的技术。
密封技术是钻井过程中的重要环节，直接影响到井筒的稳定性和效果。
随着深水、超深水钻井的推进，密封技术的研究和应用变得尤为重要。
密封技术的发展可以通过新材料、新密封技术以及更精确的施工操作来实现。
目前，国际上已经开展了一系列的研究，提出了一些创新的密封技术方案。
美国12大创新钻采技术一览1. BJ石油服务公司可以避免修井的SHARP智能完井系统SHARP智能完井系统通过初始完井期间在井中安装遥控油藏控制阀，可以避免与机械修井相关的直接费用。
该系统可以在油井寿命期限内经济、可靠地实施多次完井，并独立遥控每个产层以优化油气生产。
2. 哈里伯顿公司具有自修复功能的Swellpacker电缆系统Swellpacker电缆系统是一种电缆馈通封隔器，允许单根或多根控制与通信缆线通过，而无需切割和拼接电缆，用于裸眼井和套管井完井。
Swellpacker系统橡胶的自愈合特性确保了控制缆线周围以及与地层间的完好密封。
在中东已经成功地用该系统实施了世界上第一个裸眼完井，节省了大量建井费用。
3. BJ石油服务公司的ComPleteMST (多层段、一次起下)系统ComPleteMST系统是一种四分之三济的替代常规“多层充填”完井和增产作业的方法，有助于在多个生产层段实施一次起下砾石—压裂—充填完井。
该系统具有很大的灵活性，在完井、增产或生产作业期间，对层段进行有选择的封隔，甚至可以先完成某些层段，以后再返回完成剩余层段。
4. 休斯克里斯坦森公司能降低钻井风险与非生产时间的EZCase钻头EZCase是一种优质的PDC钻头，独特的设计和广泛的应用领域，使其成为新兴的套管和尾管钻井市场的一部分。
这种钻头可以安装在套管或尾管上，引导油管达到现有的总深度或有效地钻入新地层。
这种新技术使钻井和下套管（或尾管）作业融为一体，降低非生产时间和钻井风险，提高钻井作业的经济性。
5. 哈里伯顿公司能降低建井总成本的柴油基IN-TEGRADE体系INTEGRADE体系是惟一的不含黏土与褐煤的柴油基钻井液，通过降低柴油和添加剂的用量，改善了钻井性能，同时使井下漏失量降至最低，并减少环境影响。
INTEGRADE体系的凝胶结构很独特，凝胶能够快速形成并达到很高值，具有极好的悬浮和井眼清洁特征，避免沉降。
外国发明特殊钻头的原理钻头是一种工具，用于在硬质材料（如金属、木材、石材等）上进行钻孔。
为了满足不同材料钻孔的需求，外国科学家们不断探索创新，发明了各种特殊钻头。
这篇文章将介绍一些外国发明的特殊钻头的原理。
1.钻石钻头钻石钻头是由金属基体上镶嵌有金刚石颗粒的钻头。
金刚石是自然界中硬度最大的材料，因此钻石钻头适用于钻孔特别硬的材料，如石材、陶瓷等。
钻石钻头的原理在于金刚石颗粒的高硬度和尖锐的边缘，可以切割和磨损硬质材料。
此外，钻石钻头还采用了冷却液循环系统，减少磨损和热量积累。
2.镀膜钻头镀膜钻头是在普通钢材钻头表面涂覆一层特殊的薄膜。
这层薄膜通常由碳化钨、氮化硼等材料组成，可以提高钻头的硬度和耐磨性。
此外，镀膜钻头还能减少热量积累和摩擦力，提高钻头的工作效率。
3.螺旋钻头螺旋钻头的钻孔原理基于其独特的形状。
螺旋钻头的切削刃是螺旋状的，这种设计可以更好地排除钻孔产生的碎屑，减少钻孔过程中的阻力。
此外，螺旋钻头的结构也能提供更好的切削稳定性，降低振动和噪音。
4.中心钻头中心钻头是一种用于预钻孔的工具。
其原理是将中心针置于钻头的前端，通过旋转中心针，钻头可以更准确地定位并形成起始孔。
中心钻头通常应用于金属材料的加工过程中，有效避免钻头在工件表面滑动或偏离预定位置。
5.磁力钻头磁力钻头是一种通过磁力固定在工件上的钻头。
其原理是利用电磁铁或永磁体产生的磁力将钻头固定在工件表面，从而保持钻孔的稳定性。
磁力钻头通常应用于钢材等磁性材料的加工过程中，提供更高的精度和安全性。
以上仅是一些外国发明的特殊钻头的原理，这些原理的应用能够满足不同材料和加工需求。
随着科学技术的不断发展，更多新型的特殊钻头可能会被发明出来，提高加工效率和质量。
美国钻头新技术
Prou.,JH;申守庆
【期刊名称】《国外石油机械》
【年(卷),期】1997(008)006
【摘要】介绍美国各主要钻头厂家的最新技术和产品，包括双中心钻头，小井眼钻头，定向／水平井钻头，新型密封钻头以及与钻头制造紧密相关的新技术，如表面硬化工艺和水力系统等。
【总页数】6页(P16-21)
【作者】Prou.,JH;申守庆
【作者单位】江汉油田钻头厂
【正文语种】中文
【中图分类】TE921.1
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美国十大钻头公司的十大钻头新技术 Maggie Lee 编译:申守庆(江汉石油钻头股份有限公司)审校:周润才(大庆油田公司设计院) 摘 要:以美国十大天然气和石油钻头制造厂商为主线,对这些厂商当前所开发的钻头制造新技术及其推出的各类新产品进行了详细的描述,产品及技术范围涉及牙轮钻头、金刚石钻头、随钻扩眼钻具、双中心钻头以及相关钻头零部件等,这些新技术和新产品可满足当前各种钻井方式的不同需求,并都已在世界范围内各种钻井环境下得到了验证,使钻井效率得到大幅度提高。
主题词 PDC钻头 牙轮钻头 新技术 钻井效率一、前言近期,随着对钻井需求(尤其是对天然气钻井需求)的激增,陆上及墨西哥湾海上的钻井活动达到了近20年来的最高平均水平。
为了增加供应、满足需求,钻井作业者不但要增加钻井数量,其所设计的井眼结构和井眼轨迹也更为复杂,同时还要提高钻速,实现最大的流量和采收率。
为了帮助钻井作业商实现这些目标,各大钻头制造商也相继推出新型产品结构及改进措施,以满足自硬岩地层到淤泥与页岩夹层地层的各种钻井需求。
下面分10部分逐一介绍这些新型钻头产品及技术。
二、RBI公司的新型切削齿技术由E BI公司(牙轮钻头国际公司)推出的Vectored@(矢量)牙轮钻头镶齿技术充分反映了“将明天的技术用于今天”以帮助钻井作业者改进钻井性能、提高钻井效率这一理念。
RBI公司的技术人员认为,虽然有很多设计因素都会影响钻头性能,但最为关键的还是钻头的切削结构,理由是钻井作业的动力学过程是通过钻头切削结构与井眼地层相啮合来实现的,切削结构必须能承受住钻井作业过程中所施加的各种力,并有效地钻凿所钻地层。
因此,在钻头切削结构的强度及其传递进攻性切削动作的能力之间必须保持一种平衡,而与这种平衡密不可分并且与牙轮轮廓和偏移值有关的因素是牙齿的碳化钨牌号、露齿高度、齿的形状及其规格。
采用了矢量镶齿技术后,钻头牙齿的镶装方向便成为选择钻头的一个重要标准。
RBI公司任何使用凿形齿的牙轮钻头都能采用这种矢量技术以减少齿的损坏并提高机械钻速。
每一排齿都与牙轮中心线呈一定的角度,每一排内的齿倾角都是一致的,但自钻头中心开始随着牙齿位置的不同这种角度却有所变化。
在建造井下钻井动作模型的基础上,该公司的工程技术人员通过计算发现钻头上每排硬质合金齿在井底都有其自己独特的运动方向,而且,由于牙轮的偏移,所有的齿在接触地层时都会产生内向和径向运动。
另外,根据其在牙轮上位置的不同,切削齿有的是朝着旋转方向切削地层,而有些齿则是逆着旋转方向切削地层,这种动态运动常常使某些齿排中的凿形齿以其齿顶的外角冲击地层,从而会导致过大的点负荷,并因而造成齿的早期掉块、磨损和断齿。
而在采用了矢量镶齿技术的钻头上,技术人员对内向和径向运动作了计算,切削齿都是以与切削地层时的入射角相关的一定的斜交角被压到牙轮上去的,这样,在矢量齿减小牙齿损坏倾向的同时,压齿角度又保证了负载能够沿齿顶的全长均匀分布,且一般都与齿的运动方向一致。
使负载均匀分布可以减小切削齿外角上的点负荷,使齿上最结实的部分承受最大的点负荷,减少齿的失效情况。
这种几何形状以及在凿形齿齿顶全长范围内钻进运动的均匀分布能在凿形和圆锥形切削齿之间提供一种中度抗断齿能力。
通过现场应用发现,这种采用了矢量镶齿技术的钻头具有良好的切削结构性能。
在美国路易斯安那州H osston地层中使用的RBI公司的一只71875in C35V LRG T M钻头和一只8175in C5V LRG T M钻头都说明了这一点。
另一家主要石油公司在科威特某油田也采用了这种钻头,与常规轴向对正镶齿钻头相比,这种新型钻头为该公司带来了可观的经济效益。
为了提高钻头在软地层中的机械钻速,对切削齿的矢量处理是使其齿顶的宽侧更具进攻性地吃入地层,原因是齿的宽大表面能切除更大的地层岩屑,进而提高机械钻速。
另外,随着矢量齿的磨损,它们能呈现出自锐性能,所以,与采用轴向对正切削齿的钻头相比,镶装了矢量齿的钻头在其整个使用寿命期间都能保持较快的机械钻速。
对于许多高成本的钻井作业来说,采用了矢量镶齿技术的钻头能提供更好的井底切削动作和抗断齿性能,从而使钻井作业者可实现更大的单只钻头进尺和更快的机械钻速。
三、休斯・克里斯坦森公司的 新型金刚石钻头系列 借助于新型切削齿技术、经改善的稳定性以及优化的水力结构,休斯・克里斯坦森公司推出的新型G enesis T M系列金刚石钻头在世界各地的陆上和水上钻井应用中都创下了新的钻井记录。
G enesis钻头的特点是其带有更硬且更耐磨的人造金刚石层。
为了进一步改进此项新技术,该公司的技术人员优化了将金刚石层粘结到碳化钨底层上的技术,例如,曼哈顿型切削齿最适合于抗冲击性尤为关键的应用,而尼亚加拉型切削齿则最适合于抵抗磨蚀性磨损。
另外,对这种钻头的切削刃几何形状也重新进行了设计,使其在某些具体的应用中切削效果更好。
除此之外,该公司还正在开发一种新型的多用途切削齿,以便用于既有冲击性损坏,又有磨蚀性磨损的钻井应用中。
由于不稳定的PDC钻头结构会造成早期切削齿损坏、降低机械钻速并影响整体性能,休斯・克里斯坦森公司的技术人员通过研究找出了保证钻头稳定性的新方法。
这项研究发现,钻头有两种类型的稳定性:主要稳定性和辅助稳定性。
主要稳定性的涵义是钻头以多快的速度从不稳定达到稳定状态(即钻头被锁定在某一特定类型摆动的速度),这一点是前期钻头结构所主要关注的焦点;而辅助稳定性指的是在其被锁定在某一特定类型摆动之前钻头振动的严重程度。
运用这一知识,在不稳定阶段(主要稳定性)即可减小振动的严重性(辅助稳定性),因而便能通过防止钻头切削齿撞击井壁发生损坏而在很大程度上改善G enesis钻头的耐用性。
G enesis钻头的另一个技术里程碑是其在钻头结构设计阶段采用了计算流体动力(CFD)技术。
休斯・克里斯坦森公司在某些研究与开发领域(如在防止钻头泥包和优化岩屑清除方面)采用CFD技术已有多年的历史,但在近五年来,该公司将应用CFD技术的过程由一个月缩短到了不到一天,因此使该技术可被用于优化各种G enesis钻头的水力结构。
G enesis钻头性能改进的最后一个方面是该公司建立起一套选择和应用最佳钻头技术以提高钻井效率的多功能团队方法,该团队包括钻头设计工程师、市场人员、现场工程师以及休斯・克里斯坦森公司研发部门的一个成员。
Berling on资源公司使用一只G enesis DP0367钻头在阿尔及利亚的Z ettah N o11井中钻完了整个12125in 井段,创下了单只钻头进尺记录。
而且,在钻多夹层的白垩纪和侏罗纪地层时还创下了7393ft的进尺记录。
在钻有夹层的地层时,要求PDC钻头在硬和软地层中都能有效地钻进,同时还要保持令人满意的机械钻速。
DP0367钻头达到了操作者的这一目的,一次下井便钻完了目标井段,而且还保持了每小时7311ft的机械钻速。
相比较而言,G enesis钻头的性能明显优于竞争对手的钻头,因为在邻井钻相同的井段共用了竞争对手的三只钻头。
休斯・克里斯坦森公司表示,这种性能改进是G enesis钻头项目组成员共同努力的结果;同时,该公司还将与Berlington资源公司共同合作,继续开展进一步的开发。
另一只DP0367钻头在钻整个12125in井段时创下了9211ft/h 的机械钻速记录。
除了G enesis系列钻头外,休斯・克里斯坦森公司还推出了带有Endura II T M硬敷焊材料的新型X LX T M钢齿钻头。
Endura II球形铸造碳化钨硬敷焊材料的几何形状能增强钻头牙轮和保径部位的强度以及耐用性,同时还可以减小钻头胎体的冲蚀。
X LX T M系列产品延长了钢齿钻头的寿命,消除了钻头规径缩小情况,并能在磨蚀性地层中更好地保护钻头掌尖部位。
在软地层中使用X LX T M钢齿钻头,不仅能延长钻头寿命,同时亦可保持较高的机械钻速。
四、赛克瑞特DBS公司的新型牙轮钻头通过对其整个制造和设计工艺进行彻底的改造,隶属于哈里伯顿能源服务公司的赛克瑞特DBS (Security DBS)公司成功地推出了其新型X系列牙轮钻头,该系列钻头从设计到材料、工艺等各方面都有很大改进,可满足用户的各种具体需求。
据该公司称,X系列钻头是其以前牙轮钻头系列产品的全新翻版,原因是他们对其公司内关键部分进行了重新再造以便能够更为有效地对客户的各种需求作出响应,这意味着通过在钻头设计和制造的所有方面都采用领先技术与革新成果,从而为用户提供性能更为一致的优质产品。
该公司从其位于美国达拉斯的经重新改造的制造厂便可以快速制造出能满足具体钻井需求的由用户定制的牙轮钻头。
然而,除了工艺革新以外,X系列钻头还融会了该公司的C ASC ADE○R业务过程,即让有经验的设计人员与用户协同工作,给他们配备以高级钻井分析软件,并通过流线型制造和交货系统促进对用户需求的快速响应。
这绝不仅仅是将设计工程师放在现场那么简单,目前,该公司的工艺过程通过具有用户界面设计(DatCI)功能的C ASC ADE○R软件融入了更具响应性的业务方法,这包括在重整其制造厂和工艺时采用了先进的G eoMechanics○R钻井分析软件和短周期产品交货系统。
通过业务重整,使该公司的钻头设计人员更接近用户,并能更好地运用其经验和才干,从而使在现场的试验和失败情况降到最低限度;把主要的职责放到现场后,钻头设计、库存管理以及区域战略的担子就落在了有经验的局部应用设计工程师的身上,消除了中央化的设计过程,使从设计到发货的周期缩短达75%。
对于用户来说,应用设计工程师能为其提供本地响应源,其作用就好像是开发过程中的伙伴一样;反过来,用户也有机会提出更多的意见并更具主动性。
前不久该公司运用C ASC ADE工艺设计并推出X 系列钻头的实例便有力地说明了这一点。
他们首先通过综合性钻后分析确定出当前钻头系列产品的优、缺点,然后再据此确定当前和未来的钻头性能,最后再确定需要进行改进的关键方面。
掌握了此类第一手信息后,公司技术人员便能运用X系列系统方法开发出针对具体用途的性能更为稳定的产品了。
通过应用G eoMechanics钻井分析程序,应用设计工程师对现有钻头结构进行了改进,使之更适于具体的钻井应用。
从全新的轴承结构到最先进的敷焊技术,X系列钻头在结构上包含了该公司最新的技术成果。
该系列钻头具有较大的轴承,使其拥有更大的承载面积以适应较高的负载且更有利于牙轮的固持。
其整体结构的密封/润滑系统改善了密封效果、增大了储油腔容积并实现了储油囊压盖和隔膜的整体化。
钻头密封系统与其减压阀协同工作,改善了密封的完整性。
这种钻头还采用了耐磨切削材料、C LAW○R型内齿结构,以及Diam ond T ech2000T M硬敷焊材料,从而大大提高了机械钻速并延长了钻头寿命。
