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钻头选型方法综述

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旋挖钻头的选配与使用

旋挖钻头的选配与使用

旋挖钻头的选配与使用旋挖钻头是一种常用于土壤钻探和地质工程中的工具，其选配与使用对于钻探的效果和工程质量有着重要的影响。

本文将从选配和使用两个方面对旋挖钻头进行详细介绍。

一、旋挖钻头的选配1. 钻头类型的选择旋挖钻头可以根据不同的钻探对象和工况要求选择不同类型的钻头。

常见的旋挖钻头类型包括砂土钻头、黏土钻头、岩石钻头和沉积层钻头等。

(1) 砂土钻头适用于砂土、软土等弱固结性地层，其特点是钻具头部有大量的孔洞和开槽，能够有效地抓取土屑。

(2) 黏土钻头适用于黏土、黏土砂、黏土岩等较固结的地层，其特点是钻具头部较平整，使用时需增加振动来破碎黏土。

(3) 岩石钻头适用于岩石、硬质地层等，其特点是钻具头部有较多的齿齿，通过旋转和冲击来破碎岩石。

(4) 沉积层钻头适用于沉积层地层，其特点是钻具头部具有一定的抓取性，能够有效地固定钻头在地层中。

2. 钻头尺寸的选择钻头的尺寸选择需要考虑到钻孔直径、井深和地层条件等因素。

一般来说，钻头的直径越大，抗弯强度越高，适用于大直径和深井的钻探；相反，钻头的直径越小，适用于小直径和浅井的钻探。

选择钻头尺寸时还需考虑地层条件，例如如果遇到较坚硬的岩石地层，钻头应选择直径较大、齿齿较少的钻头，以提高钻探效率和钻头寿命。

3. 钻头材质的选择钻头的材质直接影响钻具的切削性能和使用寿命。

常见的钻头材质有合金钢、硬质合金和切割器具等。

硬质合金的切削性能和耐磨性较好，适用于较坚硬的地层；合金钢具有较高的韧性和强度，适用于较软的地层和一般的土壤。

4. 钻头连接方式的选择钻具的连接方式包括直角扣、螺纹连接和销钉连接等多种形式。

选用合适的连接方式需要考虑到钻孔的直径、井深和钻机的具体情况等因素，以确保连接的可靠性和方便性。

二、旋挖钻头的使用1. 钻具存放和保养在使用旋挖钻头之前，需要将钻具存放在干燥通风的地方，防止受潮和锈蚀。

使用过程中，要做好钻具的清洁和保养工作，及时去除沉积在钻具上的泥沙和岩石屑，防止泥沙或坚硬的岩石粒子损坏钻具。

牙轮钻头的选型及分类法

牙轮钻头的选型及分类法

牙轮钻头的选型及分类法牙轮钻头的选型及分类法（一）牙轮钻头选型的原则及应考虑的问题(1)地层的软硬程度和研磨性。

(2)钻进井段的深浅。

(3)易斜地层。

(4)软硬交错地层。

选用的钻头对所要钻的地层是否适合，要通过实践的检验才能下结论。

对于同一地层使用过的几种类型的钻头，在保证井身质量的前提下，一般以“每米成本”作为评价钻头选型是否合理的标准。

(2)IADC牙轮钻头分类方法及编号IADC规定，每一类钻头用四位字码进行分类及编号，各字码的意义如下：第一位字码为系列代号，用数字1～8分别表示八个系列，表示钻头牙齿特征及所适用的地层：1一铣齿，低抗压强度高可钻性的软地层；2一铣齿，高抗压强度的中到中硬地层；3一铣齿，中等研磨性或研磨性的硬地层；4一镶齿，低抗压强度高可钻性的软地层；5一镶齿，低抗压强度的软到中硬地层；6一镶齿，高抗压强度的中硬地层；7一镶齿，中等研磨性或研磨性的硬地层；8一镶齿，高研磨性的极硬地层。

第二位字码为岩性级别代号，用数字1～4分别表示在第一位数码表示的钻头所适用的地层中再依次从软到硬分为四个等级。

第三位字码为钻头结构特征代号，用数字1～9计九个数字表示，其中1～7表示钻头轴承及保径特征，8与9留待未来的新结构特征钻头用。

1～7表示的意义如下：1一非密封滚动轴承；2一空气清洗、冷却，滚动轴承；3—滚动轴承，保径；4—滚动、密封轴承；5一滚动、密封轴承，保径；6一滑动、密封轴承；7一滑动、密封轴承，保径。

第四位字码为钻头附加结构特征代号，用以表示前面三位数字无法表达的特征，用英文字母表示。

目前，IADC已定义了11个特征，用下列字母表示：A一空气冷却；C一中心喷嘴；D一定向钻井；E一加长喷嘴；G一附加保径／钻头体保护；J一喷嘴偏射；R一加强焊缝(用于顿钻)；S一标准铣齿；X一楔形镶齿；。

R一圆锥形镶齿；Z一其他形状镶齿。

有些钻头，其结构可能兼有多种附加结构特征，则应选择一个主要的特征符号表示。

钻头选型方法综述

钻头选型方法综述

1. 3 经济效益指数法 根据钻头进尺 、机械钻速 、钻头成本 3个因素的
综合指标来评价钻头的使用效果 ,其评价结果与每 米钻井成本法总体上是一致的 。钻头经济效益指数 计算模型为 [ 7 ]
Eb
=α FR
Cb
(3)
式中 , Eb 为钻头经济效益指数 , m ·m / (元 ·h) ;α
为系数 。 Eb 越大 ,钻头使用效果越优 。
神经网络模型决定地层 、钻头性能和作业参数之间
陈德光 、唐念登 ( 1995, 2000 年 )等利用灰类白
的复杂关系 。该方法输入参数为 :钻头尺寸 、钻头总 化权函数聚类法 ,将岩石按硬度 、可钻性 、抗压强度
张 辉等 :钻头选型方法综述
3
等参数进行聚类 , 为钻头选型提供可靠的依 据 。 [ 15～16 ]
1. 4 灰类白化权函数聚类法
王越之 (1991年 )将钻头进尺 、纯钻时间 、机械
钻速和钻头成本作为钻头使用效果的评价指标 ,应 用灰类白化权函数法 ,根据聚类值的大小对钻头的 优劣进行评价 [ 8 ] 。 1. 5 综合指数法 (主分量分析法 )
于润桥 (1993年 )选择机械钻速 、牙齿磨损量 、 轴承磨损量 、钻头进尺 、钻头工作时间 、钻压 、转速 、 泵压 、泵排量及井深 10项指标 ,应用主成分分析法 , 综合钻头的使用效果和使用条件 ,提出了评选钻头 的“综合指数法 ”[ 9 ] 。应用华北油田 132 口井实钻 资料 ,给出了综合指数的表达式为
料计算综合指数 ,进行定量选型 [ 30 ] 。阎铁等 ( 2002 年 )提出利用自适应共振神经网络进行钻头优 选 [ 31 ] 。该神经网络共选用 12个神经元 ,包括地区 、 井深 、可钻性系数 、研磨性系数 、机械钻速 、钻头进 尺 、钻压 、转速 、井底水功率 、井底压差 、钻头牙齿磨 损和钻头轴承磨损 ;输出层为钻头型号 。神经网络 方法在实际应用中较复杂 ,有些输入参数不易求取 ,

钻头选型方法综述

钻头选型方法综述

钻头选型方法综述
张辉;高德利
【期刊名称】《石油钻采工艺》
【年(卷),期】2005(027)004
【摘要】钻头的合理选型对提高钻进速度、降低钻井综合成本起着重要作用.对近年来国内外钻头选型的主要方法进行了比较全面的总结与评述.目前,钻头选型方法大致可概括为3种:一是钻头使用效果评价法;二是岩石力学参数法;三是综合法.钻头使用效果评价法把反映钻头使用效果的一个或多个指标作为钻头选型的依据;岩石力学参数法根据待钻地层的某一个或几个岩石力学参数,结合钻头厂家的使用说明进行钻头选型;综合法把钻头使用效果和地层岩石力学性质结合起来进行选型.详细介绍了各种选型方法的基本原理,并分析其不足之处.最后指出PDC钻头合理选型方法研究是今后钻头选型领域研究的重点.
【总页数】5页(P1-5)
【作者】张辉;高德利
【作者单位】中国石油大学石油天然气工程学院,北京,102249;中国石油大学石油天然气工程学院,北京,102249
【正文语种】中文
【中图分类】TE921.1
【相关文献】
1.钻头选型方法综述 [J], 夏广强;
2.钻头选型方法的现状及发展趋势 [J], 白萍萍;步玉环;李作会
3.基于虚拟强度指数的钻头选型方法研究 [J], 陈志学;孙宁;史东辉;王世永;余金海;杨华斌
4.基于岩石抗钻特性的BP神经网络钻头选型方法 [J], 张辉;王昊;姜敞;熊天文;范国宏
5.中石化胜利石油管理局钻井工艺研究院等概钻头选型方法 [J],
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Part II--钻头选型解析

Part II--钻头选型解析

９．钻头期望值
➢ 钻头使用目的； ➢ 机械钻速； ➢ 钻头进尺．
１０．经济评价
Cb + Cr (Tb + Tc + Tt) Ｃf＝
H ➢ Cf-----每米钻井成本； ➢ Cb----钻头价格； ➢ Cr----钻机日作业费； ➢ Tb----纯钻进时间； ➢ Tc----辅助时间； ➢ Tt-----起下钻时间； ➢ H------钻头进尺．
200
400
600
800
TRQ (kn.m )--S91JT5737 0 5 10 15 20
200
400
600
800
FR (l/min)--S91JT5737 320 340 360 380 400 00000 200
400
600
800
1000
1000
1000
1200
1200
1200
1400
1400
泥 面：35.00m
20"隔水导管入泥45m 9-5/8"套管前置浆返至13-3/8"套 管 鞋 上 下 至 少 各 100m 17-1/2"井眼：205.00m 13-3/8"套管：200.00m
水泥返高1100m
12-1/4"井眼@1752米 9-5/8"套管@1750米
8-1/2"井眼1750－2205米 8-1/2"分支井眼100－150米
1. 地层岩性－－地层变性
地层较深的泥岩地层，在大钻压下， 机械钻速低于1.5米／小时，如果静液 柱压力＞6500 psi 时，将产生塑性， 岩屑又长又细． 即： 井眼垂深（英尺）Ｘ泥浆密度（磅／ 加仑）Ｘ0.052 ＞＝6500 psi

钻头怎么选 钻头选型方法【老师傅干货】

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但不同的作业环境我们选取的钻头种类也不同，常用的钻头主要有麻花钻、锪钻、中心钻和深孔钻。

扩孔钻和锪钻虽不能在实体材料上钻孔，但习惯上也将它们归入钻头一类。

麻花钻是应用广的孔加工刀具。

通常直径范围为0.25～80毫米。

它主要由工作部分和柄部构成。

工作部分有两条螺旋形的沟槽，形似麻花，因而得名。

标准麻花钻的切削部分顶角为118，横刃斜角为40°～60°,后角为8°～20°。

麻花钻的柄部形式有直柄和锥柄两种，加工时前者夹在钻夹头中，后者插在机床主轴或尾部的锥孔中；一般麻花钻用高速钢制造。

深孔钻通常是指加工孔深与孔径之比大于6的孔的刀具。

常用的有枪钻、BTA深孔钻、喷射钻、DF深孔钻等。

扩孔钻有3～4个刀齿，其刚性比麻花钻好，用于扩大已有的孔并提高加工精度和光洁度。

锪钻有较多的刀齿，以成形法将孔端加工成所需的外形，用于加工各种沉头螺钉的沉头孔，或削平孔的外端面。

中心钻供钻削轴类工件的中心孔用，它实质上是由螺旋角很小的麻花钻和锪钻复合而成，故又称复合中心钻。

模具制造业的钻削加工在几个关键要素上往往与常规钻削有所不同。

首先，在不规则表面上钻孔的情况很常见；其次，该行业所用的工件材料通常比常规材料更难加工。

为了成功应对这些加工特点，需要采用具有针对性的加工策略。

无论是使用可转位刀片式钻头、可换钻尖式钻头，还是整体硬质合金钻头乃至高速钢钻头，在不规则表面上钻孔或进行断续切削都有可能出现问题，这是因为加工表面越不规则，钻头挠曲变形的可能性就越大。

旋挖钻头的选配与使用范本

旋挖钻头的选配与使用范本旋挖钻头是一种在土壤中进行钻孔作业的工具，广泛应用于建筑、地基工程、桥梁建设等领域。

选配和使用合适的旋挖钻头对于提高钻孔效率、保证施工质量至关重要。

本文将从旋挖钻头的类型、选择、使用注意事项等方面进行详细介绍，以供参考。

1. 旋挖钻头的类型旋挖钻头主要分为凿岩型和抛土型两种。

凿岩型适用于较硬的地质条件，具有较大的锤击力和较高的穿透力，能够有效地钻进较硬的地层。

抛土型适用于较松软的地质条件，能够将土壤快速抛掷出钻孔外，并具有较高的工作效率。

2. 选配旋挖钻头的原则（1）根据地质条件选择钻头类型：若地质条件属于较硬的地层，则选择凿岩型钻头，若地质条件属于较松软的地层，则选择抛土型钻头。

（2）根据孔径选择钻头尺寸：一般情况下，钻孔直径越大，所需的钻头长度越长。

选择钻头时，应根据所需钻孔直径和深度来确定钻头尺寸。

（3）根据工作环境选择钻头结构：若工作环境狭小或有限高度限制，则选择抛土型钻头；若工作环境开阔且无高度限制，则选择凿岩型钻头。

3. 旋挖钻头的使用注意事项（1）钻孔前的准备工作：清理钻孔周围的障碍物，确保工作环境开阔；检查钻机和钻头的连接是否牢固；确认钻孔位置和深度。

（2）钻孔过程中的控制：控制钻机的转速和下钻力度，避免因钻进速度过快而导致旋挖钻头卡死或损坏；时刻注意钻孔进展情况，及时调整钻进方式和操作参数。

（3）钻孔后的清理工作：钻孔完成后，及时将钻头从钻孔中取出，清理钻头上的土壤和碎石；对于凿岩型钻头，还需要及时更换磨损严重的齿条和壳体。

4. 旋挖钻头的维护保养（1）定期检查钻头的磨损情况，及时更换磨损严重的部件。

（2）依据工作环境和作业情况，适时进行润滑维护，保证钻头的正常工作。

（3）钻孔作业结束后，应对钻头进行清洗和防锈处理，放置在通风干燥的地方，防止钻头受潮生锈。

5. 旋挖钻头的故障处理（1）如果钻头卡死，应立即停机，并通过逆转钻杆的方式将钻头取出，避免损坏钻机和钻杆。

钻头的选用方法

图 ３ 锋 角大于 １０ 的内凹刃钻 ８。
２ ．焊接硬质合金钻头
焊接 硬质 合金 钻 头 是 在 钻 柄 螺 旋 槽 的尖 端 ，焊 接上 一块硬 质 合 金 钻 尖 ，如 图 ４所 示 。钻 尖 可 多次 重磨 ，刀具 成 本 低 于 整体 硬 质 合 金 钻 头 ，适 用 于直
性 夹套 ，故 刀柄 成 本 略 低 。侧 固刀 柄 定 位 精 度 略 低 于 圆柱 柄 ，适 用 于加工 孔 的精 度为 Ｉ９ １ 。特 别 Ｔ ～ ０级
图 ４ 焊接 硬质合 金钻 头
心 ，中心刀 片过 中心 内刃 钻 出 １ ８ 锥 面 ，可 引 导 钻 ２。 轴 不偏 。外 刀片 刀刃安 装 出 ８ 。 ９ 主偏角 ，形成 了 １ ８ ７。 顶 角 ，径 向力 极 小 ，同时 形 成 了 １ 的 副偏 角 。主 副 。 刀 刃转 角处 有 圆弧 刃 相 连 有 利 于修 光 。可 转 位 刀 片 钻 头可用 的切 削参 数 为 Ｖ＝１０～１０ ／ ｉ 、厂 ． ８ ２ ５ ｍ ｒ ｎ ＝０ ０ ａ
图 ８ 可转位刀片钻头 的钻镗功能
４ ．可 转 位 刀 片 钻 头 可 转位 刀 片 钻 头 也 称 可 转 位 浅 孔 钻 、ｕ 形 钻 ， 适 合用 于 Ｌ Ｄ＜ ／ ５的 中等直 径 孔加 工 ，可 在 车床 、钻 床 上使 用 。如 图 ６所 示 ，可 转 位 刀 片 交 错 分 布 在 钻
０ １ ｍ ／ ，钻孔效 率较 高 。 ．８ ｍ ｒ
称 刀头 ） 与 刀体 用 圆
柱 头 定 位 ，弹 性 加 紧
２ 。 ６
方 式 连 接 ，更 换 方
６ ９
便 ，重 复 定 位 精 度 较 高 ，加 工 精 度 可 达 Ｉ８级 。一 支 钻 体 可 Ｔ 配用 １ ｍｍ范 围 内的不 同尺 寸 的 刀 头 ，并 能 多次 更 换 刀 头 重 复 使

旋挖钻头的选配与使用

旋挖钻头的选配与使用
旋挖钻头是一种用于地基工程、建筑工程、矿业勘探等领域的
钻孔工具。

旋挖钻头的选配与使用是影响钻孔效率和钻孔质量的重
要因素。

本文将从旋挖钻头的选配和使用两个方面进行详细介绍。

一、旋挖钻头的选配
1. 选用合适的旋挖钻头类型
根据工作条件选择不同类型的旋挖钻头。

一般来说，旋挖钻头
的类型包括碳钢钻头、合金钢钻头、硬质合金钻头等。

碳钢钻头车
削性能好，适合钻孔深度较浅的软土和松散砂石层；合金钢钻头耐
磨性好，适合钻孔深度较深的硬砂岩和石灰岩层；硬质合金钻头耐
磨性能和刚性都很强，适合钻孔深度较深的硬岩层。

因此，根据不
同的钻孔层位选择不同类型的旋挖钻头，能够提高钻孔效率。

2. 选用合适的旋挖钻头直径
选用合适的旋挖钻头直径可以有效提高钻孔效率，并保证钻孔
质量。

通常来说，钻孔直径与旋挖钻头直径比值应该为1:1.1~1.3。

如果选择过大的旋挖钻头直径，可能会增加旋挖钻头的负载，导致
降低钻孔效率；如果选择过小的旋挖钻头直径，可能会导致钻孔壁
面不光滑、容易塌方。

3. 选用合适的机器和动力
在选用旋挖钻头前，需要根据工作条件合理选择挖掘机、铲斗
和破碎锤等辅助设备。

根据旋挖钻头的直径和工作条件，还需要合
理选择动力。

（如：转速、扭矩、功率等）
1。

国内外钻头优选方法述评


式 中 ：＿ 每 米钻井 成本 ， ｍ； 一钻 头费用 ， 只 ； ｃ＿ 元， 元／ Ｃ 钻 机 运转 作 业 费 ，元 ／ ； ｈ
一
钻 头纯 钻 时 间 ， ； ｈ
（ ｊ ３ ）
钻 井 辅 助 时 间 （ 下 钻 、 环 钻 井 液 及 接 单 根 时 起 循
间 ）ｈ 钻 头总进 尺 ， ，； ｍ。
用 相应 的软 硬程 度 予 以标 识 ． 此 相 互 匹 配选 择 钻 据
头 成本 ３ 因 素 的数 学计 算 结 果 来评 价 钻 头 的使 用 个
效果 。计 算公 式如 下 ：
Ｅ＝ ｌ ｂＯ ——
Ｃｂ
（） ２）
头 ； 量则 是 钻头 使用 效果 评 价法 ， 已钻井 的钻 头 定 用
第 １ ３卷 第 ４期
重 庆科 技学 院学报 （ 自然科 学版 ）
２１ ０ １年 ８月
国 内外钻 头优选方法述评
杨仲 涵 何世 明 周晓红 唐 洪发ｓ 周怀光 章景城
（ ． 南石 油 大学 ， 都 ６ ０ ０ ； １西 成 １５ ０
２塔 里木 油田公 司 ， 尔勒 ８ １０ ； ． ． 库 ４ ０ ０ ３川庆 钻探 工程 有 限公 司培训 中心 ， 都 ６ ０ １ ） 成 １２ ３
在经济效益。 关 键 词 ： 头 优 选 ； 轮 钻 头 ； Ｄ 钻 头 ； 头 使 用 资 料 ； 石 力 学 参 数 钻 牙 Ｐ Ｃ 钻 岩 中图 分 类 号 ： Ｅ ２ Ｔ ９２ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ３ １ ８ （０ ） ４ ０ ８ — １７ — ９ ０ ２ １ ０ — ０ ７ ０ １ ４
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
１ 钻 头选 型传 统 方 法
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王俊良 、刘明等 ( 1994 年 )将钻头进尺 、纯钻时 使用说明进行选型 。这种方法综合考虑了对钻头影
间 、机械钻速和钻头成本作为钻头使用效果的评价 响较大的几种地层岩性下的地层分类问题 ,比较符
指标 ,应用灰关联分析法 ,根据关联度的大小对钻头 合实际情况 。如果事先知道新区地层的岩石力学参
进行优劣排序 [ 11 ] 。
明 ,岩石研磨性和内摩擦角有很好的相关性 ,根据岩 钻井成本最低的 PDC钻头为优选结果 。
石内摩擦角可确定地层研磨性 。岩石内摩擦角低于 40°,则认为地层研磨性不太强 , 可以 选用 一般 的 PDC钻头钻进 。如果岩石内摩擦角高于 40°,则认 为地层研磨性比较强 ,宜选用耐磨性好的特殊加工 的 PDC钻头或天然金刚石钻头 [ 17 ] 。 2. 4 灰色关联聚类法
上根据隶属函数对每个对象作单因素评判 ,形成单 要指标 (岩石可钻性 、研磨性 、硬度 、塑性系数和抗
因素评判矩阵 ,然后再结合各因素权重对各评判对 压强度 )为研究对象 ,按各地层间对应岩性的相似
象进行优劣排序 。
程度进行模糊动态聚类 ,建立好动态聚类图后 ,根据
1. 7 灰关联分析法
所钻地层与已知地层的亲疏关系 ,结合钻头厂家的
选型 。该方法首先利用误差反向传播神经网络方
法 ,根据地层岩性和钻井方式等因素进行定性优选 , 然后在定性优选结果的基础上 ,利用钻头的使用资
3. 1 岩石声波时差法 M ason K L、张传进等 ( 1987、1997年 )提出了用
横波时差进行钻头选型的方法 。该方法的原理为 , 统计某区块所有已钻井的牙轮钻头资料 ,按层段挑 选出使用效果最好的牙轮钻头 ,借助声波时差曲线 得到最优钻头所对应的的横波时差的界限 ,进一步 得出整个地区以横波时差优选牙轮钻头的选型模
素模糊综合评判法 [ 10 ] 。该方法以所研究的所有牙
周德胜 、姜宁文 (1994年 )提出了在对地层进行
轮钻头作为评判对象集 ,选择机械钻速 、纯钻时间及 模糊聚类的基础上 ,进行钻头选型的方法 [14 ] 。该方
深度 、钻头成本以及钻头新度组成因素集 ,在此基础 法以地层岩石力学性质中影响钻头钻速及磨损的主
1. 4 灰类白化权函数聚类法
王越之 (1991年 )将钻头进尺 、纯钻时间 、机械
钻速和钻头成本作为钻头使用效果的评价指标 ,应 用灰类白化权函数法 ,根据聚类值的大小对钻头的 优劣进行评价 [ 8 ] 。 1. 5 综合指数法 (主分量分析法 )
于润桥 (1993年 )选择机械钻速 、牙齿磨损量 、 轴承磨损量 、钻头进尺 、钻头工作时间 、钻压 、转速 、 泵压 、泵排量及井深 10项指标 ,应用主成分分析法 , 综合钻头的使用效果和使用条件 ,提出了评选钻头 的“综合指数法 ”[ 9 ] 。应用华北油田 132 口井实钻 资料 ,给出了综合指数的表达式为
板 ,用以指导新井的钻头选型 [ 19～22 ] 。
其选型结果对样本数据的选取具有很强的依赖性 。
这种方法的优点是 ,只要知道对应井段的横波 3. 5 地层综合系数法
时差就可很快优选出适合该井段的牙轮钻头 。缺点
E = a1 R
+ a2 ( 1 - Hf )
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
+ a3 (1 - B f )
+
a4
F
+
a5
T
+ a6 W
+ a7 N
+ a8 Pm
+ a9 Q
+ a10 H
(4)
式中 , Hf 为牙齿磨损量 ; B f 为轴承磨损量 ; T为钻头 过流面积 、起钻井深 、进尺 、机械钻速 、最大和最小钻
工作时 间 , h; Q 为 泵 排 量 , L / s; Pm 为 立 管 压 力 , 压 、最大和最小转盘转速以及钻井液返速 ;输出参数
第 27卷 第 4期 石 油 钻 采 工 艺 Vol. 27 No. 4 2005年 8月 O IL DR ILL ING & PRODUCTION TECHNOLOGY Aug. 2005
文章编号 : 1000 - 7393 (2005) 04 - 0001 - 05
了根据井底有围压抗压强度进行 PDC钻头选型的 方法 [ 28～29 ] 。该方法将使用效果最佳的 PDC钻头的 有围压抗压强度范围作为选型的依据 。这种钻头选
型方法由于考虑了围压对岩石强度的影响 ,因而更 能真实地反映钻头钻进时井底岩石的状况 。但是 , 横波时差不易求准限制了该方法的应用 。
3. 4 人工神经网络法 冯定 (1998年 )将人工神经网络方法用于钻头
杨进 、高德利 (1999年 )利用灰色关联聚类分析 方法 ,将岩石硬度 、可钻性 、塑性系数 、抗压强度以及 抗剪强度所归属的岩石类别聚类为一个综合岩石特 性参数 ,来综合定量描述岩石力学特性的差异 ,为钻 头选型提供科学依据 [ 18 ] 。
3 综合法
3. 3 有围压岩石抗压强度法 Fabian Robert T和 Ronald B rich ( 1995 年 )提出
数 ,用这种方法可以对新区待钻地层进行分类 ,进而
1. 8 神经网络法
进行钻头选型 。但是 ,这种方法急需解决的问题是
B ilgesu H I等 ( 2000 年 )提出了用 3 层反馈神 把地层分为几类比较合理 。
经网络进行钻头优选 [ 12 ] 。该方法使用几个不同的 2. 2 灰类白化权函数聚类法
关键词 钻头选型 岩石力学 参数 方法 指标
中图分类号 : TE921. 1 文献标识码 : A
在钻井过程中 ,钻头是破碎岩石的主要工具 ,井 眼是由钻头破碎岩石而形成的 。一个井眼形成得好 坏 ,所用时间的长短 ,除与所钻地层岩石的特性和钻 头本身的性能有关外 ,更与钻头和地层之间的相互 匹配程度有关 。如何优选出既与所钻地层相适应又 比较经济的钻头 ,以实现安全 、高效 、优质钻井 ,一直 是人们长期致力研究的课题 [ 1 ] 。目前 ,钻头选型方 法大致可以分为 3 类 :第 1 类是钻头使用效果评价 法 ,该方法从某地区已钻的钻头资料入手 ,分地层对 钻头的使用情况进行统计 ,把反映钻头使用效果的 一个或多个指标作为钻头选型的依据 ;第 2 类是岩 石力学参数法 ,该方法根据待钻地层的某一个或几 个岩石力学参数 ,结合钻头厂家的使用说明进行钻 头选型 ;第 3类是综合法 ,该方法把钻头使用效果和 地层岩石力学性质结合起来进行选型 。在对大量文 献资料调研分析的基础上 ,通过介绍各种选型方法 的基本原理 ,分析各种方法存在的不足 ,指出钻头选 型方法研究应立足于 PDC钻头 。
由于影响钻井成本因素并不都与钻头选择有
关 ,因而成本分析法不能直接反映钻头方案的好坏 。
1. 2 比能法
比能这一概念最早是由 Farrelly等人于 1985年
提出来的 。比能的定义为 :钻头从井底地层上钻掉
单位体积岩石所需要做的功 。其计算公式为
Se
=π4WD2
+
kN D2
Tb R
(2)
式中 , Se 为比能 ; Tb 为钻头扭矩 , kN ·m; N 为转速 , r/m in; R 为机械钻速 , m / h; W 为钻压 , kN; k为常数 ;
料计算综合指数 ,进行定量选型 [ 30 ] 。阎铁等 ( 2002 年 )提出利用自适应共振神经网络进行钻头优 选 [ 31 ] 。该神经网络共选用 12个神经元 ,包括地区 、 井深 、可钻性系数 、研磨性系数 、机械钻速 、钻头进 尺 、钻压 、转速 、井底水功率 、井底压差 、钻头牙齿磨 损和钻头轴承磨损 ;输出层为钻头型号 。神经网络 方法在实际应用中较复杂 ,有些输入参数不易求取 ,
D 为钻头直径 , mm。
该方法将钻头比能作为衡量钻进效果好坏的主
要因素 。钻头比能越低 ,表明钻头的破岩效率越高 , 钻头使用效果越优 [ 3～6 ] 。该方法在原理上很简单 ,
但在现场应用时 ,钻头扭矩不易计算和直接测量 。
3基金项目 :国家自然科学基金的重点项目 (批准号 50234030)和重大研究计划项目 (批准号 90410006) 。
1 钻头使用效果评价法
1. 1 每米钻井成本法 以钻头 的 每 米 钻 井 成 本 作 为 钻 头 选 型 的 依
据 [ 2 ] ,其计算模型为
C = Cb + Cr ( T + TT )
(1)
F
式中 , C为每米钻井成本 ,元 /m; Cb 为钻头费用 ,元 / 只 ; Cr 为钻机运转作业费 ,元 / h; T为钻头纯钻时间 , h; TT 为起下钻 、循环钻井液及接单根时间 (钻井辅 助时间 ) , h; F为钻头总进尺 , m。
作者简介 :张辉 , 1971年生 。1994年毕业于石油大学 (华东 )钻井工程专业 ,现从事油气井信息开发与应用 、油气钻井经济评价等方面的
研究 。电话 : 010 - 89733702, E - mail: zhanghui3702@163. com。
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石油钻采工艺 2005年 8月 (第 27卷 )第 4期
神经网络模型决定地层 、钻头性能和作业参数之间
陈德光 、唐念登 ( 1995, 2000 年 )等利用灰类白
的复杂关系 。该方法输入参数为 :钻头尺寸 、钻头总 化权函数聚类法 ,将岩石按硬度 、可钻性 、抗压强度
张 辉等 :钻头选型方法综述
3
等参数进行聚类 , 为钻头选型提供可靠的依 据 。 [ 15～16 ]
钻头选型方法综述 3
张 辉 高德利
(中国石油大学石油天然气工程学院 ,北京 102249)
摘要 钻头的合理选型对提高钻进速度 、降低钻井综合成本起着重要作用 。对近年来国内外钻头选型的主要 方法进行了比较全面的总结与评述 。目前 ,钻头选型方法大致可概括为 3种 :一是钻头使用效果评价法 ;二是岩石 力学参数法 ;三是综合法 。钻头使用效果评价法把反映钻头使用效果的一个或多个指标作为钻头选型的依据 ;岩 石力学参数法根据待钻地层的某一个或几个岩石力学参数 ,结合钻头厂家的使用说明进行钻头选型 ;综合法把钻 头使用效果和地层岩石力学性质结合起来进行选型 。详细介绍了各种选型方法的基本原理 ,并分析其不足之处 。 最后指出 PDC钻头合理选型方法研究是今后钻头选型领域研究的重点 。