PDC钻头设计与优选技术课件

PDC钻头优化设计与选型技术钻头优化设计与选型技术塔里木油田分公司勘探事业部塔里木油田分公司勘探事业部塔里木油田分公司勘探事业部塔里木油田分公司勘探事业部二二二二00000000四年三月九日四年三月九日四年三月九日四年三月九日塔塔塔塔里里里里木木木木油油油油田田田田分分分分公公公公司司司司2004200420042004年年年年度度度度勘勘勘勘探探探探钻井技术座谈会钻井技术座谈会钻井技术座谈会钻井技术座谈会PDC钻头优化设计与选型技术钻头优化设计与选型技术中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）二二0000五年三月九日五年三月九日PDC钻头优化设计与选型技术塔里木油田分公司勘探事业部二001一、一、一、一、PDCPDC钻头使用现状钻头使用现状钻头使用现状钻头使用现状二、钻头优化设计二、钻头优化设计二、钻头优化设计二、钻头优化设计三、综合选型技术三、综合选型技术三、综合选型技术三、综合选型技术四、各区块钻头设计与选型四、各区块钻头设计与选型四、各区块钻头设计与选型四、各区块钻头设计与选型五、应用效果五、应用效果五、应用效果五、应用效果PDCPDC钻头优化设计与选型技术钻头优化设计与选型技术一、PDC钻头使用现状PDC钻头优化设计与选型技术2 塔塔塔塔里里里里木木木木油油油油田田田田油油油油藏藏藏藏埋埋埋埋普普普普遍遍遍遍埋埋埋埋藏藏藏藏较较较较深深深深，深深深深度度度度40006000400060004000600040006000米米米米不不不不等等等等，地地地地质质质质情情情情况况况况复复复复杂杂杂杂，地地地地层层层层可可可可钻钻钻钻性性性性差差差差，钻钻钻钻井井井井周周周周期期期期长长长长、成成成成本本本本高高高高。经经经经与与与与各各各各钻钻钻钻头头头头厂厂厂厂家家家家1010余余余余年年年年的的的的联联联联合合合合攻攻攻攻关关关关，形形形形成成成成了了了了以以以以FMFM、FSFS、MM、MSMS、GG、STRSTR、BDBD、DSDS、DSXDSX等等等等为为为为代代代代表表表表的的的的一一一一系系系系列列列列新新新新型型型型PDCPDCPDCPDC钻钻钻钻头头头头，先先先先后后后后完完完完成成成成了了了了柯柯柯柯克克克克亚亚亚亚、克克克克拉拉拉拉苏苏苏苏、大大大大北北北北、却却却却勒勒勒勒、迪迪迪迪那那那那、塔塔塔塔东东东东等等等等地地地地区区区区一一一一批批批批典典典典型型型型高高高高效效效效井井井井。钻钻钻钻头头头头技技技技术术术术基基基基本本本本满满满满足足足足了了了了探探探探区区区区复复复复杂杂杂杂井井井井的的的的需需需需要要要要，钻钻钻钻井井井井成成成成本本本本得得得得到到到到了了了了有有有有效效效效控控控控制制制制：探探探探井井井井、评评评评价价价价井井井井平平平平均均均均机机机机速速速速由由由由19991999年年年年的的的的2.212.21米米米米/小小小小时时时时提提提提高高高高到到到到20032003年年年年的的的的3.893.89米米米米/小时小时小时小时，四年提高了，四年提高了，四年提高了，四年提高了76%76%，平均每年提高，平均每年提高，平均每年提高，平均每年提高15%15%以上。以上。以上。以上。一、一、PDCPDC钻头使用现状钻头使用现状 塔里木油田油藏埋普遍埋藏较深，深度400060003一）一）PDCPDC钻头结构设计的基本参数钻头结构设计的基本参数钻头结构设计参数钻头结构设计参数切削结构切削结构水力结构水力结构二、钻头优化设计二、钻头优化设计一）PDC钻头结构设计的基本参数钻头结构设计参数切削结构水力4PDC钻头设计与优选技术课件51 1、切削结构设计的基本参数、切削结构设计的基本参数切削结构冠部形状刀翼的数量及结构切削齿的分布切削齿的空间结构保径结构1、切削结构设计的基本参数切削结构冠部形状刀翼的数量及结构切6水力结构水力结构流道的结构流道的结构喷嘴的分布及空间结构喷嘴的分布及空间结构2 2、水力结构设计的基本参数、水力结构设计的基本参数水力结构流道的结构喷嘴的分布及空间结构2、水力结构设计的基本7二二)钻头设计理论的研究钻头设计理论的研究1、传统的、传统的PDC钻头设计理论钻头设计理论 等切削体积原则；等切削体积原则；等功率原则；等功率原则；等磨损原则。等磨损原则。二)钻头设计理论的研究1、传统的PDC钻头设计理论8等切削体积原则：等切削体积原则：即以每个切削齿的切削体积相等为原则。即以每个切削齿的切削体积相等为原则。sj 第第j颗切削齿的破岩面积；颗切削齿的破岩面积；Rj第第j颗切削齿距旋转中心的距离。颗切削齿距旋转中心的距离。等切削体积原则：sj 第j颗切削齿的破岩面积；Rj第9等功率原则：等功率原则：每个切削齿的切削功率相等。每个切削齿的切削功率相等。Sj第第j颗切削齿的破岩面积；颗切削齿的破岩面积；Rj第第j颗切削齿距旋转中心的距离。颗切削齿距旋转中心的距离。Aj岩石的单位体积破碎功。岩石的单位体积破碎功。等功率原则：Sj第j颗切削齿的破岩面积；Rj第j颗切10等磨损原则等磨损原则:等磨损原则的目标函数为使钻头每个切等磨损原则的目标函数为使钻头每个切削齿的磨损速度一致。削齿的磨损速度一致。由于影响磨损速度的因素众多，目前还由于影响磨损速度的因素众多，目前还没有合理的函数表达式。没有合理的函数表达式。等磨损原则:11传统传统PDC钻头设计理论的局限性钻头设计理论的局限性传统传统PDCPDC钻头设计理论与方法，对于钻头设计理论与方法，对于PDCPDC钻头的设计有一定的指导意义，但在钻头的设计有一定的指导意义，但在实际应用过程中还存在许多问题，特别实际应用过程中还存在许多问题，特别对于刮刀式对于刮刀式PDCPDC钻头的设计，理论与实际钻头的设计，理论与实际差距更大。原因在以下几个方面：差距更大。原因在以下几个方面：传统PDC钻头设计理论的局限性 传统PDC钻头设12等切削体积布齿原则可以用于等切削体积布齿原则可以用于PDCPDC钻头的实际设计。但是实际应用钻头的实际设计。但是实际应用表明，按等切削原则设计时，靠近钻头规径部位布齿密度不够，外缘表明，按等切削原则设计时，靠近钻头规径部位布齿密度不够，外缘部分切削齿的磨损比中心区域切削齿大三倍左右。同时等切削体积布部分切削齿的磨损比中心区域切削齿大三倍左右。同时等切削体积布齿原则没有考虑齿与地层的相互作用，不能准确反映切削齿受力以及齿原则没有考虑齿与地层的相互作用，不能准确反映切削齿受力以及磨损的规律。磨损的规律。对于等功率、等磨损原则，由于对钻头齿与地层相互作用的规律的对于等功率、等磨损原则，由于对钻头齿与地层相互作用的规律的研究不够系统完善，还不能用于实际钻头设计。研究不够系统完善，还不能用于实际钻头设计。传统的传统的PDCPDC钻头设计理论用于钻头设计理论用于“满天星满天星”式式PDCPDC钻头结构设计精度较钻头结构设计精度较高，但刮刀式高，但刮刀式PDCPDC钻头的结构与钻头的结构与“满天星满天星”式式PDCPDC钻头结构形式差别巨钻头结构形式差别巨大，其设计理论在传统理论的基础上发展完善。大，其设计理论在传统理论的基础上发展完善。PDC钻头设计与优选技术课件13 图1PDCPDC钻头的不平衡力钻头的不平衡力二）二）PDCPDC钻头设计理论的最新研究成果钻头设计理论的最新研究成果1）平衡力设计）平衡力设计 图1PDC钻头的不平衡力二）PDC钻头设计理论的最新研究成14 由于钻头齿的受力的合力不平衡（如由于钻头齿的受力的合力不平衡（如图图1），在旋转过程中使钻头的旋转中心），在旋转过程中使钻头的旋转中心偏离井眼中心，造成钻头在公转的同时偏离井眼中心，造成钻头在公转的同时伴有间断性自转，从而形成涡动。伴有间断性自转，从而形成涡动。由于钻头齿的受力的合力不平衡（如图1），在15平衡力设计的方法改变切削齿的空间角度消除不平衡力；改变切削齿的空间角度消除不平衡力；采用不对称刀翼设计消除不平衡力；采用不对称刀翼设计消除不平衡力；采用低摩擦保径设计抵消不平衡力。采用低摩擦保径设计抵消不平衡力。采用轨道式布齿形成的沟槽限制钻头采用轨道式布齿形成的沟槽限制钻头的涡动。的涡动。平衡力设计的方法改变切削齿的空间角度消除不平衡力；16 图2 钻头切削的井底A常规B涡动 图2 钻头切削的井底17图图3 平衡力设计示意平衡力设计示意 改变切削齿的角改变切削齿的角度及位置度及位置不对称刀翼设计不对称刀翼设计图3 平衡力设计示意 改变切削齿的角度及位置不对称刀翼设计18图4 轨道布齿示意图图4 轨道布齿示意图19同轨道部齿图5 轨道布齿切削的井底同轨道部齿图5 轨道布齿切削的井底20图图5 低摩擦保径低摩擦保径图5 低摩擦保径 212）减振齿设计 钻头受钻柱运动的影响以及与地层的钻头受钻柱运动的影响以及与地层的相互作用，纵向振动不可避免。钻头的相互作用，纵向振动不可避免。钻头的纵向振动使的切削齿受到不规则的冲击纵向振动使的切削齿受到不规则的冲击作用，造成切削齿的破坏。为减小切削作用，造成切削齿的破坏。为减小切削齿的冲击破坏，提出了减振设计的方法。齿的冲击破坏，提出了减振设计的方法。该方法主要有两种形式：该方法主要有两种形式：2）减振齿设计 钻头受钻柱运动的影响以及与地层的22 图图6 冲击抑制器示意图冲击抑制器示意图 图6 冲击抑制器示意图23图8减振齿设计图8 减振齿设计243)具有自主知识产权的设计理论具有自主知识产权的设计理论根据刮刀根据刮刀PDC钻头的结构特钻头的结构特点，以钻头实际应用的磨损情况点，以钻头实际应用的磨损情况为依据，结合为依据，结合PDC钻头设计的基钻头设计的基本理论，提出了刮刀本理论，提出了刮刀PDC钻头设钻头设计的新理论：局部强化设计理论。计的新理论：局部强化设计理论。3)具有自主知识产权的设计理论 根据25PDC钻头设计与优选技术课件26问题的提出问题的提出现有的现有的PDC钻头，虽然在传统设计理钻头，虽然在传统设计理论为基础设计引入新的设计理论，但是论为基础设计引入新的设计理论，但是在实际应用过程中，在正常磨损的情况在实际应用过程中，在正常磨损的情况下远没有达到等磨损的程度，在鼻部至下远没有达到等磨损的程度，在鼻部至侧部存在明显的偏磨现象，如图所式：侧部存在明显的偏磨现象，如图所式：问题的提出 现有的PDC钻头，虽然在传统设计理论27图图7 钻头容易破坏的部位钻头容易破坏的部位图7 钻头容易破坏的部位28图图8 钻头严重磨损部位钻头严重磨损部位严重磨损部位图8 钻头严重磨损部位严重磨损部位29根据钻头受力差异在不同部位使用不同性能的齿 钻头齿受力的有限元分析钻头齿受力的有限元分析根据钻头受力差异在不同部位使用不同性能的齿 钻头齿受力的有30原因分析原因分析由于对于切削齿与地层相互作用的规律认识不够，由于对于切削齿与地层相互作用的规律认识不够，等功率与等磨损原则没有真正的由于实际钻头设计，等功率与等磨损原则没有真正的由于实际钻头设计，而依据传统的等切削体积准则进行的设计存在明显的而依据传统的等切削体积准则进行的设计存在明显的误差。误差。钻头的冠部形状对钻头不同部位切削齿受力与磨损钻头的冠部形状对钻头不同部位切削齿受力与磨损的影响巨大，而至今对于其影响规律没有明确的结论。的影响巨大，而至今对于其影响规律没有明确的结论。刮刀式刮刀式PDC钻头的结构形式使钻头的流道畅通无钻头的结构形式使钻头的流道畅通无阻，极大的改善了水力携岩的条件，但其结构形状也阻，极大的改善了水力携岩的条件，但其结构形状也使布齿的空间受到了限制，难以实现等磨损布齿。使布齿的空间受到了限制，难以实现等磨损布齿。原因分析 由于对于切削齿与地层相互作用的规律31 由于切削齿与地层相互作用的规律不可由于切削齿与地层相互作用的规律不可能在短时间内认识清楚，上述问题从根本能在短时间内认识清楚，上述问题从根本上解决条件还不成熟。对于刮刀式钻头结上解决条件还不成熟。对于刮刀式钻头结构，实际应用结果表明刮刀式构，实际应用结果表明刮刀式PDCPDC钻头的宏钻头的宏观结构是理想的观结构是理想的PDCPDC钻头结构形式，钻头的钻头结构形式，钻头的设计应当以这种结构形式为基础。那么，设计应当以这种结构形式为基础。那么，如何解决现有钻头切削齿偏磨的问题，进如何解决现有钻头切削齿偏磨的问题，进一步提高钻头的质量呢？一步提高钻头的质量呢？由于切削齿与地层相互作用的规律不可能在短时间内32局部强化设计理论的构思局部强化设计理论的构思 对于刮刀式对于刮刀式PDC钻头，冠部形状、刮钻头，冠部形状、刮刀数确定，钻头局部布齿的有效长度确刀数确定，钻头局部布齿的有效长度确定，局部布齿的数量也即确定。定，局部布齿的数量也即确定。局部强化设计理论的构思 对于刮刀式PDC钻33图11 刮刀PDC钻头布齿特点图11 刮刀PDC钻头布齿特点34在此条件下，要解决钻头局部磨损严在此条件下，要解决钻头局部磨损严重的问题只有以下几种途径：重的问题只有以下几种途径：磨损严重的部位采用最大密度布齿，磨损严重的部位采用最大密度布齿，以最大限度的增加局部切削齿的当量密以最大限度的增加局部切削齿的当量密度，其它部位采用等切削体积布齿；度，其它部位采用等切削体积布齿；在此条件下，要解决钻头局部磨损严重的问题只有以35极限密度布极限密度布齿部位齿部位强化部位等切削部位图图12钻头布齿密度的基本思路钻头布齿密度的基本思路极限密度布齿部位强化部位等切削部位图12钻头布齿密度的基本思36局部最大密度布齿局部最大密度布齿图图11 钻头布齿密度的三维展示钻头布齿密度的三维展示局部最大密度布齿图11 钻头布齿密度的三维展示37磨损严重的部位采用高质量的切削齿，磨损严重的部位采用高质量的切削齿，增加局部耐磨性。其它部位采用次品级增加局部耐磨性。其它部位采用次品级的切削齿，使磨损速度达到一致；的切削齿，使磨损速度达到一致；磨损严重的部位采用高质量的切削齿，增加局部耐磨性。其它部位38最小间距最小间距不同质量不同质量图图12 实际钻头布齿密度展示实际钻头布齿密度展示最小间距不同质量图12 实际钻头布齿密度展示39采用不同尺寸的切削齿，增加易磨损采用不同尺寸的切削齿，增加易磨损部位局部的耐磨性部位局部的耐磨性.采用不同尺寸的切削齿，增加易磨损部位局部的耐磨性.40大小齿组合大小齿组合图图12 大小齿组合的强化方式大小齿组合的强化方式大小齿组合图12 大小齿组合的强化方式41优化钻头的冠部形状，以增加磨损严优化钻头的冠部形状，以增加磨损严重的部位的总弧长，以在此部位放置更重的部位的总弧长，以在此部位放置更多的齿多的齿。优化钻头的冠部形状，以增加磨损严重的部位的总弧长，以在此部42局部强化设计的主要内容局部强化设计的主要内容钻头易损坏部位局部强化设计；钻头易损坏部位局部强化设计；适当强化保径部位的布齿密度；适当强化保径部位的布齿密度；内锥部位的布齿以等切削体积原则设内锥部位的布齿以等切削体积原则设计；计；钻头的冠部形状、刀翼数量根据地层钻头的冠部形状、刀翼数量根据地层条件确定；条件确定；钻头切削齿的空间结构参数根据地层钻头切削齿的空间结构参数根据地层条件参考优化设计结果确定。条件参考优化设计结果确定。通过改变刀翼的角度达到平衡力设计通过改变刀翼的角度达到平衡力设计。局部强化设计的主要内容钻头易损坏部位局部强化设计；434、PDC钻头的优化设计钻头的优化设计 在进行设计理论研究的同时，还对钻在进行设计理论研究的同时，还对钻头结构参数进行了优化，这些优化设计头结构参数进行了优化，这些优化设计包括：包括：4、PDC钻头的优化设计 在进行设计理论研究441）钻头结构的三维设计与仿真1）钻头结构的三维设计与仿真45三维仿真三维仿真 三维结构设计展示三维结构设计展示三维仿真 三维结构设计展示46PDC钻头设计与优选技术课件47图图15 三维干涉验证三维干涉验证图15 三维干涉验证48图图21 钢体三维设计钢体三维设计图21 钢体三维设计49水力结构参数的三维结构设计水力结构参数的三维结构设计 喷嘴角度与喷嘴角度与位置是有限元数位置是有限元数值模拟的计算结值模拟的计算结果。使射流的携果。使射流的携岩效果和水射流岩效果和水射流辅助破岩效果都辅助破岩效果都达到最优。达到最优。水力结构参数的三维结构设计 喷嘴角度与位置是有50刀翼及水道的三维设计刀翼及水道的三维设计 为使岩粉尽为使岩粉尽快排离井底，避快排离井底，避免出现二次破碎免出现二次破碎现象，防止钻头现象，防止钻头泥包，在钻头强泥包，在钻头强度允许的前提下，度允许的前提下，最大限度的增加最大限度的增加过流空间。过流空间。刀翼及水道的三维设计 为使岩粉尽快排离井底，避免512）水力结构的优化设计）水力结构的优化设计利用利用ansys软件进行了水力结构的优化设计软件进行了水力结构的优化设计2）水力结构的优化设计利用ansys软件进行了水力结构的优化52窄刀翼流道深 中心喷嘴大角度图图18 水力结构的优化结果水力结构的优化结果窄刀翼流道深 中心喷嘴大角度图18 水力结构的优化结果53短保径短保径保保径径齿齿出出刃刃图图18 保径部分结构设计保径部分结构设计短保径保径齿出刃图18 保径部分结构设计54PDC钻头设计与优选技术课件55PDC钻头设计与优选技术课件56PDC钻头设计与优选技术课件57PDC钻头设计与优选技术课件58PDC钻头设计与优选技术课件59PDC钻头设计与优选技术课件60PDC钻头设计与优选技术课件61PDC钻头设计与优选技术课件62二、钻头优化设计二、钻头优化设计 1 1、针针针针对对对对深深深深部部部部地地地地层层层层研研研研磨磨磨磨性性性性强强强强的的的的特特特特点点点点，采采采采用用用用了了了了大大大大量量量量新新新新型型型型金金金金刚刚刚刚石石石石含含含含量量量量更更更更高高高高、抗抗抗抗冲冲冲冲击击击击能能能能力力力力更更更更强强强强、寿寿寿寿命命命命更更更更长长长长的的的的复复复复合合合合片片片片。使使使使PDCPDCPDCPDC钻钻钻钻头头头头的的的的抗抗抗抗冲冲冲冲击击击击、抗抗抗抗研研研研磨磨磨磨性性性性以以以以及及及及使使使使用寿命大幅度提高。用寿命大幅度提高。用寿命大幅度提高。用寿命大幅度提高。三三)针对具体地层的钻头优化设计技术针对具体地层的钻头优化设计技术二、钻头优化设计1、针对深部地层研磨性强的特点，采用了大量63加厚加厚加厚加厚环环槽蜂槽蜂槽蜂槽蜂窝窝镶镶嵌嵌嵌嵌齿齿-Hammer-Hammer-Hammer-Hammer 二、钻头优化设计二、钻头优化设计 金金金金刚刚刚刚石石石石层层层层与与与与碳碳碳碳化化化化钨钨钨钨基基基基坐坐坐坐结结结结合合合合更更更更牢牢牢牢固固固固，应应应应力力力力更更更更分分分分散散散散，外外外外环环环环增增增增加加加加一一一一圈圈圈圈金金金金刚刚刚刚石石石石层层层层的的的的同同同同时时时时增增增增加加加加了了了了复复复复合合合合片片片片的的的的金金金金刚刚刚刚石石石石含含含含量量量量。环环环环槽槽槽槽型型型型的的的的镶镶镶镶嵌嵌嵌嵌方方方方式式式式增增增增加加加加了了了了复复复复合合合合片片片片的的的的抗抗抗抗冲冲冲冲击击击击性性性性，切切切切削削削削齿齿齿齿的的的的金金金金刚刚刚刚石石石石层层层层厚厚厚厚度度度度2.29mm2.29mm2.29mm2.29mm，比比比比普普普普通通通通切切切切削削削削齿齿齿齿的的的的金金金金刚刚刚刚石石石石含含含含量量量量增增增增加加加加1 1 1 1倍倍倍倍。极极极极大大大大地地地地提提提提高高高高了了了了齿齿齿齿的抗冲击性和抗研磨能力。的抗冲击性和抗研磨能力。的抗冲击性和抗研磨能力。的抗冲击性和抗研磨能力。加厚环槽蜂窝镶嵌齿-Hammer 二、钻头优化设计 金刚64 GTGTGTGT齿齿齿齿是是是是新新新新近近近近开开开开发发发发的的的的超超超超强强强强切切切切削削削削齿齿齿齿，增增增增大大大大了了了了金金金金刚刚刚刚石石石石层层层层与与与与碳碳碳碳化化化化钨钨钨钨基基基基座座座座间间间间的的的的接接接接触触触触面面面面积积积积，提提提提高高高高了了了了切切切切削削削削齿齿齿齿抗抗抗抗冲冲冲冲击击击击能能能能力力力力，是是是是夹夹夹夹层层层层、高高高高研研研研磨磨磨磨性性性性地地地地层层层层的的的的专专专专用用用用切削齿。切削齿。切削齿。切削齿。GTGT加厚齿加厚齿加厚齿加厚齿二、钻头优化设计二、钻头优化设计 GT齿是新近开发的超强切削齿，增大了金刚石层与碳化钨基65ReedReedReedReed公司超强切削齿公司超强切削齿公司超强切削齿公司超强切削齿-TRex-TRex-TRex-TRex超级热稳超级热稳超级热稳超级热稳定抗磨层定抗磨层定抗磨层定抗磨层聚晶聚晶金刚石层金刚石层碳化钨齿座碳化钨齿座碳化钨齿座碳化钨齿座 极强的热稳定性极强的热稳定性极强的热稳定性极强的热稳定性 抗研磨性提高了抗研磨性提高了抗研磨性提高了抗研磨性提高了400%400%机械钻速提高了机械钻速提高了机械钻速提高了机械钻速提高了40%40%二、钻头优化设计二、钻头优化设计Reed公司超强切削齿-TRex超级热稳定抗磨层聚晶金刚石66TITAN-TITAN-TITAN-TITAN-齿齿齿齿 整体结构的硬质合金支撑座整体结构的硬质合金支撑座整体结构的硬质合金支撑座整体结构的硬质合金支撑座较厚的金刚石层较厚的金刚石层较厚的金刚石层较厚的金刚石层较低的残余应力，平均降低较低的残余应力，平均降低较低的残余应力，平均降低较低的残余应力，平均降低20-50%20-50%较高的抗冲击性（提高了两倍以上）较高的抗冲击性（提高了两倍以上）较高的抗冲击性（提高了两倍以上）较高的抗冲击性（提高了两倍以上）较好的抗研磨性（提高了约较好的抗研磨性（提高了约较好的抗研磨性（提高了约较好的抗研磨性（提高了约30%30%）二、钻头优化设计二、钻头优化设计TITAN-齿 整体结构的硬质合金支撑座二、钻头优化设计67DRAGONDRAGONDRAGONDRAGON齿齿齿齿 由由由由于于于于其其其其独独独独特特特特的的的的金金金金刚刚刚刚石石石石层层层层与与与与碳碳碳碳化化化化钨钨钨钨基基基基座座座座间间间间的的的的连连连连接接接接方方方方式式式式，抗抗抗抗研研研研磨磨磨磨和和和和抗抗抗抗冲冲冲冲击击击击综综综综合合合合性性性性能能能能良良良良好好好好，主主主主要要要要用用用用于于于于钻头主切削部位：肩部和鼻部外侧。钻头主切削部位：肩部和鼻部外侧。钻头主切削部位：肩部和鼻部外侧。钻头主切削部位：肩部和鼻部外侧。二、钻头优化设计二、钻头优化设计DRAGON齿 由于其独特的金刚石层与碳化钨基68 2 2 2 2、针针针针对对对对上上上上部部部部软软软软-中中中中硬硬硬硬地地地地层层层层特特特特点点点点，采采采采用用用用钢钢钢钢体体体体式式式式、大大大大螺旋刀翼、大排屑流道设计。螺旋刀翼、大排屑流道设计。螺旋刀翼、大排屑流道设计。螺旋刀翼、大排屑流道设计。二、钻头优化设计二、钻头优化设计2、针对上部软-中硬地层特点，采用钢体式、大螺旋刀翼、大69 钢钢钢钢体体体体钻钻钻钻头头头头没没没没有有有有胎胎胎胎体体体体钻钻钻钻头头头头烧烧烧烧结结结结时时时时的的的的残残残残余余余余应应应应力力力力，抗抗抗抗冲冲冲冲击击击击、抗抗抗抗回回回回旋旋旋旋能能能能力力力力强强强强。加加加加长长长长了了了了碳碳碳碳化化化化钨钨钨钨基基基基座座座座长长长长度度度度来来来来保保保保证证证证有有有有足足足足够够够够的的的的焊焊焊焊接接接接面面面面积积积积，允允允允许许许许切切切切削削削削齿齿齿齿出出出出刃刃刃刃高高高高，刀刀刀刀翼翼翼翼高高高高度度度度比比比比普普普普通通通通钻钻钻钻头头头头增增增增高高高高一一一一倍倍倍倍，使使使使钻钻钻钻头头头头的的的的攻攻攻攻击击击击性性性性大大大大大大大大增增增增强强强强；大大大大螺螺螺螺旋旋旋旋刀刀刀刀翼翼翼翼设设设设计计计计可可可可有有有有效效效效地地地地防防防防止止止止钻头发生回旋，使钻头工作更加平稳。钻头发生回旋，使钻头工作更加平稳。钻头发生回旋，使钻头工作更加平稳。钻头发生回旋，使钻头工作更加平稳。大排屑流道设计，可以更加有效地使大排屑流道设计，可以更加有效地使大排屑流道设计，可以更加有效地使大排屑流道设计，可以更加有效地使钻屑及时清离井底，避免重复切削，钻屑及时清离井底，避免重复切削，钻屑及时清离井底，避免重复切削，钻屑及时清离井底，避免重复切削，提高钻头功效，防止钻头泥包。提高钻头功效，防止钻头泥包。提高钻头功效，防止钻头泥包。提高钻头功效，防止钻头泥包。二、钻头优化设计二、钻头优化设计 钢体钻头没有胎体钻头烧结时的残余应力，抗冲击、抗703 3 3 3、针针针针对对对对地地地地层层层层软软软软硬硬硬硬交交交交错错错错、切切切切削削削削齿齿齿齿吃吃吃吃入入入入地地地地层层层层不不不不均均均均等等等等引引引引起的钻头蹩、跳现象，采用多种抗回旋设计技术。起的钻头蹩、跳现象，采用多种抗回旋设计技术。起的钻头蹩、跳现象，采用多种抗回旋设计技术。起的钻头蹩、跳现象，采用多种抗回旋设计技术。二、钻头优化设计二、钻头优化设计3、针对地层软硬交错、切削齿吃入地层不均等引起的钻头蹩、跳现71、切削齿力平衡设计、切削齿力平衡设计、切削齿力平衡设计、切削齿力平衡设计 采采采采用用用用专专专专门门门门的的的的计计计计算算算算机机机机软软软软件件件件，对对对对每每每每一一一一个个个个切切切切削削削削齿齿齿齿进进进进行行行行受受受受力力力力分分分分析析析析计计计计算算算算，把把把把切切切切削削削削齿齿齿齿在在在在井井井井底底底底承承承承受受受受的的的的轴轴轴轴向向向向与与与与径径径径向向向向不不不不均均均均衡衡衡衡的的的的交交交交变变变变载载载载荷荷荷荷控控控控制制制制在在在在最最最最小小小小范范范范围围围围内内内内，极极极极大大大大地地地地提提提提高高高高了了了了钻钻钻钻头头头头在井底的工作稳定性。在井底的工作稳定性。在井底的工作稳定性。在井底的工作稳定性。二、钻头优化设计二、钻头优化设计、非对称刀翼设计、非对称刀翼设计、非对称刀翼设计、非对称刀翼设计 以以以以抗抗抗抗回回回回旋旋旋旋设设设设计计计计为为为为基基基基础础础础，能能能能有有有有效效效效控控控控制制制制和和和和削削削削弱弱弱弱钻钻钻钻头头头头在在在在井井井井下下下下工工工工作作作作时时时时的的的的回回回回旋旋旋旋效效效效应应应应，提高钻头工作的平稳性。提高钻头工作的平稳性。提高钻头工作的平稳性。提高钻头工作的平稳性。、切削齿力平衡设计 采用专门的计算机软件，对每一个72、螺旋刀翼与螺旋保径设计、螺旋刀翼与螺旋保径设计、螺旋刀翼与螺旋保径设计、螺旋刀翼与螺旋保径设计 与与与与直直直直刀刀刀刀翼翼翼翼和和和和直直直直保保保保径径径径设设设设计计计计相相相相比比比比，螺螺螺螺旋旋旋旋刀刀刀刀翼翼翼翼可可可可提提提提高高高高刀刀刀刀翼翼翼翼的的的的布布布布齿齿齿齿密密密密度度度度，增增增增大大大大与与与与井井井井底底底底的的的的接接接接触触触触面面面面积积积积，降降降降底底底底钻钻钻钻头头头头扭扭扭扭矩矩矩矩，提提提提高高高高钻钻钻钻头头头头寿寿寿寿命命命命。采采采采用用用用螺螺螺螺旋旋旋旋保保保保径径径径可可可可降降降降低低低低钻钻钻钻头头头头有有有有效效效效规规规规径径径径的的的的长长长长度度度度，增增增增大大大大保保保保径径径径面面面面积积积积，改改改改善善善善PDCPDC钻钻钻钻头头头头对对对对井井井井眼眼眼眼轨轨轨轨迹的控制能力。迹的控制能力。迹的控制能力。迹的控制能力。二、钻头优化设计二、钻头优化设计、螺旋刀翼与螺旋保径设计 与直刀翼和直保径设计相73、防碰齿、防碰齿、防碰齿、防碰齿(减震齿减震齿减震齿减震齿)设计设计设计设计 平平平平衡衡衡衡井井井井底底底底产产产产生生生生的的的的径径径径向向向向与与与与轴轴轴轴向向向向震震震震动动动动载载载载荷荷荷荷，使使使使钻钻钻钻头头头头在在在在井井井井下下下下工工工工作作作作更更更更平平平平稳稳稳稳，防防防防止止止止钻钻钻钻头头头头出出出出现现现现切切切切削削削削齿齿齿齿先先先先期期期期破破破破坏坏坏坏；同同同同时时时时防防防防止止止止钻钻钻钻头头头头修修修修边边边边齿齿齿齿与与与与保保保保径径径径齿齿齿齿吃吃吃吃入入入入地地地地层层层层，引引引引起起起起钻钻钻钻头头头头发发发发生生生生回回回回旋旋旋旋，提提提提高高高高钻钻钻钻头头头头钻钻钻钻穿穿穿穿砂砂砂砂、砾砾砾砾岩岩岩岩夹夹夹夹层层层层的的的的能能能能力力力力，避避避避免免免免在在在在软软软软硬硬硬硬交交交交错错错错地地地地层损坏切削齿，保护钻头。层损坏切削齿，保护钻头。层损坏切削齿，保护钻头。层损坏切削齿，保护钻头。二、钻头优化设计二、钻头优化设计、防碰齿(减震齿)设计 平衡井底产生的径向与轴744、针对抗压强度高或弹塑性强的地层特点采用、针对抗压强度高或弹塑性强的地层特点采用的钻头优化设计技术。的钻头优化设计技术。二、钻头优化设计二、钻头优化设计4、针对抗压强度高或弹塑性强的地层特点采用的钻头优化设计技术75、尖圆混合齿设计、尖圆混合齿设计、尖圆混合齿设计、尖圆混合齿设计 尖齿因与地层接触面积小受力集中，钻遇抗压强尖齿因与地层接触面积小受力集中，钻遇抗压强尖齿因与地层接触面积小受力集中，钻遇抗压强尖齿因与地层接触面积小受力集中，钻遇抗压强度高或弹塑性较大的地层易于吃入，岩石在较大的接度高或弹塑性较大的地层易于吃入，岩石在较大的接度高或弹塑性较大的地层易于吃入，岩石在较大的接度高或弹塑性较大的地层易于吃入，岩石在较大的接触应力作用下产生先期破碎裂纹。随着钻头的不断旋触应力作用下产生先期破碎裂纹。随着钻头的不断旋触应力作用下产生先期破碎裂纹。随着钻头的不断旋触应力作用下产生先期破碎裂纹。随着钻头的不断旋转，尖齿在岩石中切出一条条转，尖齿在岩石中切出一条条转，尖齿在岩石中切出一条条转，尖齿在岩石中切出一条条轨道形轨道形轨道形轨道形“卸荷卸荷卸荷卸荷”槽，紧随其后的槽，紧随其后的槽，紧随其后的槽，紧随其后的圆形切削齿则以剪切方式切削圆形切削齿则以剪切方式切削圆形切削齿则以剪切方式切削圆形切削齿则以剪切方式切削强度已大大减弱的大块岩石，强度已大大减弱的大块岩石，强度已大大减弱的大块岩石，强度已大大减弱的大块岩石，达到快速钻进的目的。达到快速钻进的目的。达到快速钻进的目的。达到快速钻进的目的。二、钻头优化设计二、钻头优化设计、尖圆混合齿设计 尖齿因与地层接触面积小受力76、切削齿负前角的调整、切削齿负前角的调整、切削齿负前角的调整、切削齿负前角的调整 对对对对于于于于常常常常规规规规设设设设计计计计，为为为为保保保保证证证证PDCPDC钻钻钻钻头头头头的的的的使使使使用用用用寿寿寿寿命命命命，切切切切削削削削齿齿齿齿负负负负前前前前角角角角一一一一般般般般为为为为2020、2525、3030，钻钻钻钻头头头头吃吃吃吃入入入入地地地地层层层层能能能能力力力力差差差差，攻攻攻攻击击击击性性性性不不不不强强强强。针针针针对对对对不不不不同同同同深深深深度度度度的的的的不不不不同同同同岩岩岩岩性性性性在在在在兼兼兼兼顾顾顾顾钻钻钻钻头头头头寿寿寿寿命命命命的的的的前前前前提提提提下下下下，适适适适当当当当减减减减小小小小负负负负前前前前角角角角，增增增增强强强强切切切切削齿吃入地层的能力，可获得较高的机械钻速。削齿吃入地层的能力，可获得较高的机械钻速。削齿吃入地层的能力，可获得较高的机械钻速。削齿吃入地层的能力，可获得较高的机械钻速。二、钻头优化设计二、钻头优化设计、切削齿负前角的调整 对于常规设计，为保证P775 5 5 5、针针针针对对对对山山山山前前前前上上上上部部部部地地地地层层层层倾倾倾倾角角角角普普普普遍遍遍遍较较较较大大大大的的的的特特特特点点点点，采采采采用用用用短短短短保径优化设计技术保径优化设计技术保径优化设计技术保径优化设计技术 缩缩短短钻钻头头保保径径能能减减小小钻钻头头与与井井壁壁接接触触产产生生的的扭扭矩矩。降降低低了了保保径径表表面面积积而而增增加加了了钻钻头头单单位位保保径径表表面面积积的的接接触触力力，增增强强了了钻钻头头的的侧侧向向切切削削能能力，配合钟摆钻具组合，有利于井斜控制。力，配合钟摆钻具组合，有利于井斜控制。二、钻头优化设计二、钻头优化设计5、针对山前上部地层倾角普遍较大的特点，采用短保径优化设计技786 6、针针针针对对对对长长长长裸裸裸裸眼眼眼眼段段段段、盐盐盐盐膏膏膏膏层层层层等等等等复复复复杂杂杂杂地地地地层层层层特特特特点点点点，采采采采用用用用倒倒倒倒划划划划眼齿眼齿眼齿眼齿优化设计技术。优化设计技术。优化设计技术。优化设计技术。针针对对长长裸裸眼眼段段、盐盐膏膏层层等等复复杂杂井井段段，以以及及定定向向井井钻钻井井，采采用用适适合合于于倒倒划划眼眼工工艺艺的的设设计计，每每个个刀刀翼翼加加装装倒倒划划眼眼齿齿，以以利利于于在在易易缩缩径井段顺利倒划起出钻头。径井段顺利倒划起出钻头。二、钻头优化设计二、钻头优化设计6、针对长裸眼段、盐膏层等复杂地层特点，采用倒划眼齿优化设计797 7 7 7、针针针针对对对对地地地地层层层层易易易易水水水水化化化化膨膨膨膨胀胀胀胀造造造造成成成成钻钻钻钻头头头头泥泥泥泥包包包包的的的的地地地地层层层层特特特特点点点点，采用防泥包优化设计技术。采用防泥包优化设计技术。采用防泥包优化设计技术。采用防泥包优化设计技术。二、钻头优化设计二、钻头优化设计 FS FS FS FS系列钻头全部进行了负离子处系列钻头全部进行了负离子处系列钻头全部进行了负离子处系列钻头全部进行了负离子处理，钻头表面呈负电。使带负电荷的理，钻头表面呈负电。使带负电荷的理，钻头表面呈负电。使带负电荷的理，钻头表面呈负电。使带负电荷的泥岩钻屑与带负电荷的钻头体之间产泥岩钻屑与带负电荷的钻头体之间产泥岩钻屑与带负电荷的钻头体之间产泥岩钻屑与带负电荷的钻头体之间产生相互排斥作用，从而达到防泥包目生相互排斥作用，从而达到防泥包目生相互排斥作用，从而达到防泥包目生相互排斥作用，从而达到防泥包目的。的。的。的。7、针对地层易水化膨胀造成钻头泥包的地层特点，采用防泥包优化808 8 8 8、调整切削齿出刃高度，提高钻头攻击性调整切削齿出刃高度，提高钻头攻击性调整切削齿出刃高度，提高钻头攻击性调整切削齿出刃高度，提高钻头攻击性 随随随随着着着着切切切切削削削削齿齿齿齿外外外外观观观观结结结结构构构构的的的的改改改改变变变变、金金金金刚刚刚刚石石石石含含含含量量量量的的的的增增增增加加加加和和和和焊焊焊焊接接接接工工工工艺艺艺艺的的的的改改改改善善善善，与与与与钻钻钻钻头头头头攻攻攻攻击击击击性性性性密密密密切切切切相相相相关关关关的的的的切切切切削削削削齿齿齿齿出出出出刃刃刃刃高高高高度度度度有有有有了了了了进进进进一一一一步步步步提提提提高高高高。该该该该技技技技术术术术在在在在钢钢钢钢体体体体钻钻钻钻头头头头上上上上获得广泛应用并取得很好的效果。获得广泛应用并取得很好的效果。获得广泛应用并取得很好的效果。获得广泛应用并取得很好的效果。二、钻头优化设计二、钻头优化设计8、调整切削齿出刃高度，提高钻头攻击性 随着切削齿819 9 9 9、低扭矩保径优化设计技术、低扭矩保径优化设计技术、低扭矩保径优化设计技术、低扭矩保径优化设计技术 保保保保径径径径部部部部位位位位覆覆覆覆焊焊焊焊一一一一层层层层天天天天然然然然金金金金刚刚刚刚石石石石耐耐耐耐磨磨磨磨层层层层，可可可可大大大大幅幅幅幅度度度度提提提提高高高高保径寿命，同时可以降低保径与井壁的磨擦扭矩。保径寿命，同时可以降低保径与井壁的磨擦扭矩。保径寿命，同时可以降低保径与井壁的磨擦扭矩。保径寿命，同时可以降低保径与井壁的磨擦扭矩。二、钻头优化设计二、钻头优化设计9、低扭矩保径优化设计技术 保径部位覆焊一层天然金8210101010、高密度高密度高密度高密度钻井液钻井液钻井液钻井液体系下采用体系下采用体系下采用体系下采用负压喷负压喷嘴技嘴技嘴技嘴技术术 常常常常规规规规喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴在在在在井井井井底底底底产产产产生生生生的的的的是是是是正正正正压压压压力力力力场场场场，在在在在高高高高密密密密度度度度钻钻钻钻井井井井液液液液体体体体系系系系下下下下它它它它对对对对井井井井底底底底钻钻钻钻屑屑屑屑有有有有较较较较强强强强的的的的压压压压持持持持作作作作用用用用，不不不不利利利利于于于于有有有有效效效效快快快快速速速速清清清清洗洗洗洗钻钻钻钻屑屑屑屑。而而而而负负负负压压压压喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴在在在在井井井井底底底底产产产产生生生生的的的的是是是是负负负负压压压压力力力力场场场场，对对对对井底钻屑的压持作用转变井底钻屑的压持作用转变井底钻屑的压持作用转变井底钻屑的压持作用转变为抽吸作用，起到快速、高效为抽吸作用，起到快速、高效为抽吸作用，起到快速、高效为抽吸作用，起到快速、高效清岩的作用，提高机械钻速。清岩的作用，提高机械钻速。清岩的作用，提高机械钻速。清岩的作用，提高机械钻速。二、钻头优化设计二、钻头优化设计10、高密度钻井液体系下采用负压喷嘴技术 常规喷嘴在井831111、采用计算机软件优化金刚石钻头设计、采用计算机软件优化金刚石钻头设计 3D3D井下动态模拟软件设计技术井下动态模拟软件设计技术 3D 3D 动动动动态态态态模模模模拟拟拟拟软软软软件件件件可可可可对对对对钻钻钻钻头头头头在在在在井井井井底底底底工工工工作作作作时时时时向向向向前前前前回回回回旋旋旋旋、向向向向后后后后回回回回旋旋旋旋和和和和钻钻钻钻井井井井过过过过程程程程钻钻钻钻具具具具滑滑滑滑移移移移状状状状态态态态进进进进行行行行模模模模拟拟拟拟，及及及及时时时时改改改改进进进进不不不不合合合合理理理理设设设设计计计计，确确确确保保保保钻钻钻钻头头头头下下下下井井井井后后后后处处处处于于于于最最最最佳佳佳佳工作状态。工作状态。工作状态。工作状态。二、钻头优化设计二、钻头优化设计11、采用计算机软件优化金刚石钻头设计 3D井下动态模拟软84水力分布优化设计软件技术水力分布优化设计软件技术 针针针针对对对对不不不不同同同同尺尺尺尺寸寸寸寸、不不不不同同同同刀刀刀刀翼翼翼翼数数数数、钻钻钻钻遇遇遇遇不不不不同同同同的的的的地地地地层层层层岩岩岩岩性性性性，利利利利用用用用水水水水力力力力分分分分布布布布优优优优化化化化设设设设计计计计软软软软件件件件，充充充充分分分分考考考考虑虑虑虑钻钻钻钻头头头头在在在在井井井井底底底底工工工工作作作作需需需需要要要要的的的的清清清清洗洗洗洗、冷冷冷冷却却却却、携携携携沙沙沙沙作作作作用用用用，从从从从钻钻钻钻头头头头水水水水力力力力设设设设计计计计到到到到水水水水眼眼眼眼分分分分布布布布作作作作到到到到合合合合理理理理完完完完善善善善，保保保保证证证证钻钻钻钻头获得最大的破岩水力功率。头获得最大的破岩水力功率。头获得最大的破岩水力功率。头获得最大的破岩水力功率。二、钻头优化设计二、钻头优化设计水力分布优化设计软件技术 针对不同尺寸、不同刀翼数、85三、三、PDCPDC钻头综合选型技术钻头综合选型技术 1 1、利利利利用用用用邻邻邻邻井井井井相相相相关关关关井井井井段段段段的的的的声声声声波波波波时时时时差差差差、伽伽伽伽玛玛玛玛时时时时差差差差、密密密密度度度度及及及及孔孔孔孔隙隙隙隙度度度度测测测测井井井井数数数数据据据据，计计计计算算算算出出出出代代代代表表表表岩岩岩岩石石石石硬硬硬硬度度度度的的的的抗抗抗抗压压压压强强强强度度度度和和和和代代代代表表表表岩岩岩岩石石石石研研研研磨磨磨磨性性性性的的的的内内内内摩摩摩摩擦擦擦擦角角角角数数数数据据据据，形形形形成成成成相相相相关关关关的的的的曲曲曲曲线线线线，再再再再利利利利用用用用大大大大量量量量统统统统计计计计数数数数据据据据形形形形成成成成的的的的金金金金刚刚刚刚石石石石钻钻钻钻头头头头选选选选型型型型依依依依据据据据，初初初初步步步步判判判判断断断断每每每每一一一一井井井井段段段段钻钻钻钻头头头头选选选选型型型型的的的的可可可可行行行行性性性性，进进进进而而而而形形形形成成成成全全全全井井井井段段段段钻钻钻钻头头头头的的的的选选选选型型型型方方方方案案案案。推推推推荐荐荐荐的的的的金金金金刚刚刚刚石石石石钻钻钻钻头头头头适适适适用用用用范范范范围围围围：岩岩岩岩石石石石抗抗抗抗压压压压强强强强度度度度数数数数据据据据小小小小于于于于50000Psi50000Psi，岩岩岩岩石石石石内内内内摩摩摩摩擦擦擦擦角角角角数数数数据据据据小小小小于于于于43430 0 0 0。(一一)、选型、选型方法方法方法方法三、PDC钻头综合选型技术 1、利用邻井相关井段的86 砂岩砂岩砂岩砂岩 页岩页岩页岩页岩伽玛曲线伽玛曲线伽玛曲线伽玛曲线声波曲线声波曲线声波曲线声波曲线抗压强度抗压强度抗压强度抗压强度内摩擦角内摩擦角内摩擦角内摩擦角钻头选型曲线钻头选型曲线钻头选型曲线钻头选型曲线三、三、PDCPDC钻头综合选型技术钻头综合选型技术 砂岩伽玛曲线声波曲线抗压强度内摩擦角钻头选型曲线三87 2 2、依靠邻井钻头使用资料、通过对各井段钻头、依靠邻井钻头使用资料、通过对各井段钻头、依靠邻井钻头使用资料、通过对各井段钻头、依靠邻井钻头使用资料、通过对各井段钻头磨损情况、岩性的分析，结合以往积累的钻头使用磨损情况、岩性的分析，结合以往积累的钻头使用磨损情况、岩性的分析，结合以往积累的钻头使用磨损情况、岩性的分析，结合以往积累的钻头使用经验来初步确定钻头选型。最后，利用前述岩石力经验来初步确定钻头选型。最后，利用前述岩石力经验来初步确定钻头选型。最后，利用前述岩石力经验来初步确定钻头选型。最后，利用前述岩石力学分析软件提供的钻头选型结果，结合现场积累的学分析软件提供的钻头选型结果，结合现场积累的学分析软件提供的钻头选型结果，结合现场积累的学分析软件提供的钻头选型结果，结合现场积累的钻头选型和使用经验，针对各井段作出最后相对准钻头选型和使用经验，针对各井段作出最后相对准钻头选型和使用经验，针对各井段作出最后相对准钻头选型和使用经验，针对各井段作出最后相对准确的钻头选型。目前采用这种计算分析数据和积累确的钻头选型。目前采用这种计算分析数据和积累确的钻头选型。目前采用这种计算分析数据和积累确的钻头选型。目前采用这种计算分析数据和积累经验二者相结合的方式被塔里木油田广泛采用，钻经验二者相结合的方式被塔里木油田广泛采用，钻经验二者相结合的方式被塔里木油田广泛采用，钻经验二者相结合的方式被塔里木油田广泛采用，钻头选型的准确性有了大幅的提高。头选型的准确性有了大幅的提高。头选型的准确性有了大幅的提高。头选型的准确性有了大幅的提高。三、三、PDCPDC钻头综合选型技术钻头综合选型技术 2、依靠邻井钻头使用资料、通过对各井段钻头磨损88(二二)、PDC钻头选型考虑的主要因钻头选型考虑的主要因素素1、岩石的性质、岩石的性质2、布齿密度的选择、布齿密度的选择3、切削齿尺寸的选择、切削齿尺寸的选择4、切削齿负前角的确定、切削齿负前角的确定 5、钻头冠部形状的确定、钻头冠部形状的确定6、保径长度的确定、保径长度的确定三、三、PDCPDC钻头综合选型技术钻头综合选型技术(二)、PDC钻头选型考虑的主要因素1、岩石的性质三、PDC89岩石的性质岩石的性质 PDCPDC钻钻头头主主要要用用于于泥泥岩岩、砂砂岩岩、以以泥泥质质胶胶结结为为主主且且胶胶结结松松散散的的小小粒粒径径砾砾岩岩、膏膏岩岩和和灰灰岩岩等等地地层层。试试验验统统计计及及现现场场应应用用情情况况表表明明：对对于于砂砂、泥泥岩岩互互层层，当当地地层层抗抗压压强强度度低低于于10,000psi10,000psi，泥泥岩岩成成份份占占岩岩石石总总量量的的40%40%以以上上时时，PDCPDC钻钻头头的的使使用用效效果果最最好好。火成岩一般不适合使用火成岩一般不适合使用PDCPDC钻头。钻头。三、三、PDCPDC钻头综合选型技术钻头综合选型技术岩石的性质 PDC钻头主要用于泥岩、砂岩、以泥质胶结为90布齿密度确定原则布齿密度确定原则根据岩石抗压强度，确定合理的根据岩石抗压强度，确定合理的根据岩石抗压强度，确定合理的根据岩石抗压强度，确定合理的PDCPDC布齿密度布齿密度布齿密度布齿密度岩石硬度岩石硬度岩石硬度岩石硬度抗抗抗抗压强压强度度度度(psi)(psi)布布布布齿齿密度密度密度密度很低硬度很低硬度很低硬度很低硬度0 8,000 0 8,000 低布低布低布低布齿齿密度密度密度密度中等硬度中等硬度中等硬度中等硬度8,000 16,000 8,000 16,000 中等布中等布中等布中等布齿齿密度密度密度密度高硬度高硬度高硬度高硬度16,000 32,000 16,000 32,000 高布高布高布高布齿齿密度密度密度密度极高硬度极高硬度极高硬度极高硬度 32,000 50,000 32,000 50,000 高布高布高布高布齿齿密度密度密度密度(超强齿超强齿超强齿超强齿)三、三、PDCPDC钻头综合选型技术钻头综合选型技术布齿密度确定原则根据岩石抗压强度，确定合理的PDC布齿密度91切削齿尺寸的选择切削齿尺寸的选择根据岩石抗压强度，选择合理的切削齿尺寸根据岩石抗压强度，选择合理的切削齿尺寸根据岩石抗压强度，选择合理的切削齿尺寸根据岩石抗压强度，选择合理的切削齿尺寸岩石硬度岩石硬度岩石硬度岩石硬度抗抗抗抗压强压强度度度度(psi)(psi)切削切削切削切削齿齿尺寸尺寸尺寸尺寸很低硬度很低硬度很低硬度很低硬度0 8,000 0 8,000 1924mm1924mm中等硬度中等硬度中等硬度中等硬度8,000 16,000 8,000 16,000 1619mm1619mm高硬度高硬度高硬度高硬度16,000 32,000 16,000 32,000 1316mm1316mm极高硬度极高硬度极高硬度极高硬度32,000 50,00032,000 50,000813mm(813mm(超强齿超强齿超强齿超强齿)三、三、PDCPDC钻头综合选型技术钻头综合选型技术切削齿尺寸的选择根据岩石抗压强度，选择合理的切削齿尺寸岩石92切削齿负前角的确定切削齿负前角的确定切削齿负前角的确定切削齿负前角的确定 普普普普通通通通PDCPDC齿齿齿齿为为为为了了了了保保保保证证证证一一一一定定定定寿寿寿寿命命命命，负负负负前前前前角角角角一一一一般般般般为为为为2020、2525、3030，钻钻钻钻头头头头吃吃吃吃入入入入能能能能力力力力差差差差，攻攻攻攻击击击击性性性性不不不不强强强强。采采采采用用用用新新新新型型型型切切切切削削削削齿齿齿齿后后后后，根根根根据据据据地地地地层层层层硬硬硬硬度度度度适适适适时时时时调调调调整整整整切切切切削削削削齿齿齿齿负负负负前前前前角角角角，使使使使钻钻钻钻头头头头能获得较高的机械钻速和寿命。推荐的负前角如下：能获得较高的机械钻速和寿命。推荐的负前角如下：能获得较高的机械钻速和寿命。推荐的负前角如下：能获得较高的机械钻速和寿命。推荐的负前角如下：岩石硬度岩石硬度岩石硬度岩石硬度抗压强度抗压强度抗压强度抗压强度(psi)(psi)(psi)(psi)切削齿负前角切削齿负前角切削齿负前角切削齿负前角很低硬度很低硬度很低硬度很低硬度0-8,000 0-8,000 0-8,000 0-8,000 1515、1818、2020中等硬度中等硬度中等硬度中等硬度8,000-16,000 8,000-16,000 8,000-16,000 8,000-16,000 1717、2020、2525高硬度高硬度高硬度高硬度16,000-32,000 16,000-32,000 16,000-32,000 16,000-32,000 2020、2525、3030极高硬度极高硬度极高硬度极高硬度32,000 50,00032,000 50,0002525、3030、3535三、三、