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金刚石钻头

做切削刃的钻头称为金刚石钻头。该钻头属一体式钻头,整个钻头没有活动的零部件,结构比较简单,具有高强度、高耐磨和抗冲击的能力,是20世纪80年代世界钻井三大新技术之一。现场使用证明,金刚石钻头在软-中硬地层中钻进时,有速度快、进尺多、寿命长、工作平稳、井下事故少、井身质量好等优点。金刚石钻头不但使用时间长,还可以重复利用,返厂修复的金刚石钻头使用起来和出厂的 金刚石钻头使用效果差不多,能大量的节约钻井成本。

钻头质量的好坏、钻头类型与地层岩性是否适应,对加快钻井速度和提高单只钻头进尺起着重要的作用。钻一口油气井一般要使用不同尺寸的多只钻头,在钻上部地层时要使用直径较大的钻头,因钻头钻进的地层较软,单只钻头进尺多、使用的时间短,一个钻头一般可重复使用几口井;而在钻下部地层时要使用直径较小的钻头,因地层硬、单只钻头的进尺少,一般要使用多只钻头。一只下井新钻头钻井进尺的多少主要取决于钻头的尺寸、类型、地层的软硬和钻进参数的配合。一般来说,钻头尺寸越、地层越硬,进尺越少;钻头尺寸越、地层越软,钻头进尺就越多。

1 力平衡设计使钻头具有良好的导向性,适应配合井下马达应用于定向钻井,具有较小的径向震动;

2 不同结构的专利PDC复合片在钻头不同位置的合理布置使钻头具有较强的攻击性和抗研磨性;

3 强攻击性设计使钻头可获得高的机械钻速

4 动态流场模拟技术应用于水力设计,使井底流场最优化,有利于提高排屑速度和防泥包。

金刚石钻头的破岩作用是由金刚石颗粒完成的。要知道钻头的破岩作用,就须了解单粒金刚石的破岩作用。在坚硬地层中,单粒金刚石在钻压作用下使岩石处于极高的应力状态下(约4200-5700MPa,有的资料认为可达6300MPa),使岩石发生岩性转变,由脆性变为塑性。单粒金刚石吃入地层,在扭矩作用下切削破岩,切削深度基本上等于金刚石颗粒的吃入深度。这一过程如同“犁地”故称为金刚石钻头的犁式切削作用。

在一些脆性较大的岩石里(如砂岩、石灰岩等),钻头上的金刚石颗粒在钻压扭矩的同时作用下,破碎岩石的体积远大于金刚石颗粒的吃入与旋转体积。当压力不大时,只能沿金刚石的运动方向形成小沟槽,加大压力则会使小沟槽深部与两侧的岩石破碎,超过金刚石颗粒的断面尺寸。

金刚石钻头的破岩效果,除与岩性以及影响岩性的外界因素(如压力、温度、地层流体性质等)有关外,钻压大小是重要的影响因素。它和牙轮钻头一样,破岩时都具有表层破碎、疲劳破碎、体积破碎三种方式。只有当金刚石颗粒具有足够的比压吃入地层岩石,使岩石发生体积破碎时,才能取得理想的破岩效果。

一.金刚石钻头钻前准备

1、 检查上一只金刚石钻头是否存在有钻头体损坏,掉齿等,确定井底清洁,无落物。

2、 小心搬运金刚石钻头,将金刚石钻头放置在橡胶垫或木板上。禁止把金刚石钻头直接放置在铁板上。

3、 检查金刚石钻头切削齿是否有损伤,金刚石钻头内是否有异物,喷嘴孔内是否有O型密封圈,根据需要安装喷嘴。

二.金刚石钻头上扣

1、 清理金刚石钻头公扣或母扣并涂抹丝扣油。

2、 将卸扣器卡在金刚石钻头上,放下钻柱使之与公扣或母扣接触上扣。

3、 把金刚石钻头和卸扣器一起 放入转盘补心,然后按照推荐上扣扭矩值旋紧丝扣。

三.下钻

1、 下放金刚石钻头要慢,通过转盘,防喷器,套管悬挂器尤其要缓慢,以保护好切削齿。2、 注意上次起钻时出现的遇阻井段,下钻过程中遇到缩径和狗腿时应使钻头缓慢通过。

3、 距井底约1根单根时开始以50~60rpm的钻速旋转并开泵一额定排量冲洗井底。

4、 注意观察指重表和扭矩使金刚石钻头平稳接触井底。

四.金刚石钻头划眼

1、 不推荐使用金刚石钻头进行井段划眼。

2、 如必须进行划眼时,应以额定排量,缓慢低扭矩划眼。

五.金刚石钻头造型

1、 保持额定排量,下放金刚石钻头至井底。

2、 采用缓慢钻进至少1m,以建立井底模型。

3、 以每次10kN的增加量将钻压增至正常钻进最佳值,严禁加压过猛,造成金刚石钻头的先期破坏。

4、 保持钻压恒定调整钻速以便获得最佳的钻进参数组合。

六.金刚石钻头正常钻进

1、 在遇到研磨性强或硬砂泥岩时,降低钻速以延长金刚石钻头寿命。

2、 遇到地层变化或夹层时调整钻速和金刚石钻头以保持最佳的钻井效能。

3、 每次接单根注意以下几点:3.1 恢复泵冲数并检查立管压力。3.2 在

金刚石钻头接触井底前开泵,以50~60rpm的钻速缓慢下放金刚石钻头至井底。3.3 缓慢恢复加压至原金刚石钻头,然后增加钻速至原钻速。

现场使用证明,

金刚石钻头在软-中硬地层中钻进时,有速度快、进尺多、寿命长、工作平稳、井下事故少、井身质量好等优点。金刚石钻头不但使用时间长,还可以重复利用,返厂修复的金刚石钻头使用起来和出厂的 金刚石钻头使用效果差不多,能大量的节约钻井成本。

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