江钻新型复合破岩PDC钻头在川中高磨区块的应用

我队使用的PDC是胜利产的五刀翼
φ222.3P5263MF钻头，喷嘴直径 10*10*10*10*10*11。在桐31-26井中，使用地层 为环河至洛河，由于经验不足致使机械钻 速为21.5米/小时，在桐30-24井，使用PDC 钻头复合钻进，使用地层为环河至洛河， 机械钻速为41.39米/小时。但在庄74-29井组 中，庄74-29井，使用PDC钻头常规钻进， 机械钻速为33.91米/小时，庄75-30井使用 PDC钻头复合钻进，机械钻速为31.92米/小 时。
浅谈PDC钻头的使用
作者：李炳任、张健 （30530钻井队）
摘要：随着钻井工艺的不断完善和钻 井技术的不断更新，优质高效成为石 油钻井的主旋律。近年来，大量的技 术进步使PDC钻头在钻头市场上占有 重要份额，而且其份额还在不断增 长,PDC钻头使用逐渐普及.因此，PDC 钻头的合理使用，将成为提高钻速、 降低成本、增加效益的重要环节。
关键词：PDC钻头 优选 使用
今年，我们选择了PDC钻头及复 合定向钻井技术。通过使用我们认为： PDC钻头的优点很多。PDC钻头机械 转速高，耐磨性非常强， 寿命长， 极 大的提高了钻井时效； 钻进时钻压小， 不容易井斜且降低钻具事故， 提高钻 具的使用寿命等。
一.PDC钻头的技术优点
首先是采用了抗研磨性和抗冲击 性更好的人造金刚石材料；其次是聚 晶金刚石薄片与碳化钨圆片接触面的 几何形状也更合理；最后是PDC钻头 的热稳定性很好，热稳定极限可以达 到1150℃。PDC钻头的破岩机理就是剪 切。剪切作用在破岩时起主要作用。
只要运用合理的钻井参数及良 好的钻井液，常规钻进并不比 复合钻进机械钻速低，而且还 可以降低螺杆费用，节约成本。
在庄77-31井中，二开后直井段，使用PDC钻头

PDC钻头钻井过程中的岩性描述归位随着石油和天然气行业的蓬勃发展，PDC（聚晶金刚石复合）钻头被广泛应用于岩石勘探和开采行业中。

PDC钻头钻井过程中，岩性的描述对于勘探和生产具有极为重要的意义，它能够帮助钻井工程师确定岩层的性质和类型，从而使得钻井过程更加有效率和安全。

岩性描述可以根据岩层的成分、结构、密度、耐磨性等方面进行分类。

下面，我们将针对PDC钻头钻井过程中的岩性描述进行详细介绍。

1. 砂岩砂岩是一种富含石英的沉积岩石，其颗粒度大小和形状不同，可以使得PDC钻头的切削效果和钻速发生变化。

当PDC钻头遇到细粒度（小于200目）的砂岩时，由于石英颗粒的硬度高，会使得钻头磨损增加，钻速逐渐减慢。

而对于大颗粒砂岩，钻头的切削作用更容易有效，钻速也可以得到提高。

2. 页岩页岩是一种富含粘土和石英的沉积岩石，具有高密度和难以切削的特点。

页岩的磨损会导致PDC钻头的工作效率下降，使得钻速减慢。

当钻头碰到页岩时，其涂层和牙齿之间的间隙会紧缩，导致切削效果减少。

在这种情况下，可以使用高流量、高压强度的冲洗来帮助清洁钻头表面，提高工作效率。

3. 石灰石石灰石是一种沉积岩石，硬度较高，含有大量的石英颗粒。

PDC钻头可以比较容易地切割石灰石，但钻头的磨损速度也很快。

当切割工作在石灰石的情况下，冲洗液的注入可以帮助清洁钻头，保证钻速、切削效果和钻头寿命的稳定。

4. 花岗岩花岗岩是一种高硬度和极度坚硬的岩石，其含有石英和长石。

由于其难以切削的特点，PDC钻头在挖掘花岗岩时需要特殊的钻头设计。

通常，可以采用最佳涂层和口径尺寸来帮助降低钻头磨损和提高切削效果。

总结：PDC钻头钻井过程中岩性的描述对于钻井工程师来说是非常重要的。

岩性类型的不同将会影响钻速和切削效果，而岩层硬度和密度的不同是关键的因素之一。

因此，钻井过程中需要针对不同类型的岩层进行相应的设计和调整，从而保证钻井的顺利完成。

一种新型 PDC钻头在片麻岩地层应用摘要：太古界片麻岩地层，由于地层压实程度高，结构致密坚硬，对常规PDC钻头伤害大，故而只能使用牙轮钻头，从而造成机械钻速低。

针对这一情况，研制一种新型PDC钻头，增加钻头的抗冲击性能，从而提高PDC钻头的使用寿命，提高机械钻速。

关键字：PDC钻头、太古界、片麻岩、机械钻速1.片麻岩地层概况片麻岩是一种变质程度较深的变质岩，具有片麻状构造或条带状构造，鳞片粒状变晶结构，主要由长石、石英、云母等组成，其中长石和石英含量大于50%，长石多于石英。

片麻岩主要存在于太古界地层，由于地层压实程度高，结构致密坚硬，其抗扭破力可达176MPa[1]。

由于片麻岩地层具有岩性坚硬，研磨性强的特点，故而该地层对PDC钻头损害非常大，钻进几米就会造成钻头报废，常规PDC钻头完全不适用于该地层。

使用牙轮钻头时，又存在机械钻速低；因为跳钻，易发生钻头先期破坏及钻头故障，导致牙轮钻头使用寿命减少，需要频繁起下钻作业，从而增加使用周期。

2.新型PDC钻头设计和结构参数针对片麻岩地层岩性坚硬，研磨性强的特点，对常规PDC钻头重新设计，制作出一种新型抗冲击PDC钻头，大幅增加钻头使用寿命，提高机械钻速。

2.1 冠部设计钻头轮廓设计是根据地层的特点进行的，由于片麻岩地层坚硬，因此，钻头轮廓设计按照中硬地层的特点进行，所以采用双圆弧剖面[2]。

2.2 切削齿的选择为了加大切削齿切削量，提高钻井速度，选择优质进口φ16mmPDC切削齿作为切削元件，选择高抗冲击和研磨的综合复合片，提升切削结构的整体抗冲击性能。

采用锥齿、双排齿辅助切削稳定结构，预先犁削砂砾岩硬基质增加钻头的破岩效率。

2.3 切削齿的排布PDC钻头的布齿密度是根据所钻地层的硬度和研磨性而决定，在地层的硬度和研磨性一定时，布齿密度越高，钻头寿命越长；布齿密度越低，钻头寿命越短。

过高密度的布齿会导致分配到每个齿的破碎功变小，因而影响机械钻速，过低密度的布齿又会影响钻头寿命，经权衡地层与切削齿情况，选择中密度布齿，以达到理想的使用效果。

２０２３年第５２卷第５期第１２页石油矿场机械犗犐犔　犉犐犈犔犇　犈犙犝犐犘犕犈犖犜２０２３，５２（５）：１２ ２０文章编号：１００１ ３４８２（２０２３）０５ ００１２ ０９犘犇犆钻头复合冲击钻进动力学研究邓银江１，郭正伟１，魏秦文１，程泽正１，向荣洵２（１．重庆科技学院，重庆４０１３３１；２．重庆青山工业有限责任公司，重庆４０２７７６）摘要：深部地层的环境温度高，岩石硬度大、研磨性强。

采用ＰＤＣ钻头常规钻井方式，钻头的破岩效率低、机械钻速慢。

介绍了１种轴扭复合冲击破岩工具的结构和工作原理。

建立ＰＤＣ钻头破岩理论模型和数值分析模型，并进行对比分析，得出了常规钻进和轴扭复合冲击钻进过程中ＰＤＣ钻头的运动轨迹和岩石破碎过程应力变化规律。

分析发现，复合冲击作用下岩石裂纹发生快，更容易产生体积破碎，岩石表面能够形成连续均匀的破碎坑，相比常规钻进能够提速３０％左右。

该研究为轴扭复合冲击破岩提供了理论依据，对深井油气田开发具有重要意义。

关键词：ＰＤＣ钻头；复合冲击工具；动力学中图分类号：ＴＥ９２１．１０７ 文献标识码：Ａ 犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ３４８２．２０２３．０５．００２犛狋狌犱狔狅狀犘犇犆犅犻狋犆狅犿狆狅狌狀犱犐犿狆犪犮狋犇狉犻犾犾犻狀犵犇狔狀犪犿犻犮狊ＤＥＮＧＹｉｎｊｉａｎｇ，ＧＵＯＺｈｅｎｇｗｅｉ，ＷＥＩＱｉｎｗｅｎ，ＣＨＥＮＧＺｅｚｈｅｎｇ，ＸＩＡＮＧＲｏｎｇｘｕｎ（１．犆犺狅狀犵狇犻狀犵犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犆犺狅狀犵狇犻狀犵４０１３３１，犆犺犻狀犪；２．犆犺狅狀犵狇犻狀犵犜狊犻狀犵狊犺犪狀犐狀犱狌狊狋狉犻犪犾犆狅．，犔狋犱．，犆犺狅狀犵狇犻狀犵４０２７７６，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＴｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｄｅｅｐｐｕｍｐｉｎｇｗｅｌｌｓｉｎＳｈｅｎｇｌｉＯｉｌｆｉｅｌｄｈａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄａｎｎｕａｌｌｙ，ａｎｄｔｈｅａｖｅｒａｇｅｐｕｍｐｗｏｒｋｏｖｅｒｐｅｒｉｏｄｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｓｈｏｒｔ．Ｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｒｅａｓｏｎｓｉｓｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｏｆｔｈｅｐｕｍｐ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｄｅｅｐｓｕｃｋｅｒｒｏｄｐｕｍｐ，ｔｈｅｌｅａｋａｇｅｏｆｔｈｅａｍｂｉ ｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｔｈｅｄｅｅｐｅｒｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｉｓｈｉｇｈａｎｄｔｈｅｒｏｃｋｉｓｈａｒｄａｎｄａｂｒａｓｉｖｅ．Ｔｈｅｃｏｎｖｅｎ ｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｕｓｉｎｇＰＤＣｂｉｔｈａｓｌｏｗｒｏｃｋ ｂｒｅａｋｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄａｓｌｏｗｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｒｉｌｌ ｉｎｇｒａｔｅ．Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆａｎａｘｉａｌｔｏｒｓｉｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｍｐａｃｔｔｏｏｌｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＴｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒＰＤＣｂｉｔｂｒｅａｋｉｎｇｒｏｃｋｗｅｒｅｅｓｔａｂ ｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄａｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｏｆＰＤＣｂｉｔａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｖａｒｉａｔｉｏｎｌａｗｏｆｔｈｅｒｏｃｋ ｂｒｅａｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｄｕｒｉｎｇｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄａｘｉａｌｔｏｒｓｉｏｎａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｍｐａｃｔｄｒｉｌｌｉｎｇ．Ｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｕｎｄｅｒｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｍｐａｃｔ，ｒｏｃｋｃｒａｃｋｉｎｇｏｃｃｕｒｓｑｕｉｃｋｌｙａｎｄｖｏｌｕｍｅｃｒｕｓｈｉｎｇｉｓｍｏｒｅｌｉｋｅｌｙｔｏｏｃｃｕｒ，ａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓａｎｄｕｎｉｆｏｒｍｃｒａｔｅｒｓｃａｎｂｅｆｏｒｍｅｄｏｎｔｈｅｒｏｃｋｓｕｒｆａｃｅ，ｗｈｉｃｈｃａｎｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｓｐｅｅｄｂｙａｂｏｕｔ３０％ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇ．Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｐｒｏｖｉｄｅｓａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒａｘｉａｌ ｔｏｒｓｉｏｎａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｍｐａｃｔｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｄｅｅｐ ｗｅｌｌｏｉｌａｎｄｇａｓｆｉｅｌｄｓ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ＰＤＣｂｉｔ；ａｘｉａｌｔｏｒｓｉｏｎａｌｉｍｐａｃｔｔｏｏｌ；ｄｙｎａｍｉｃｓ　收稿日期：２０２３ ０３ １６　基金项目：重庆市自然科学基金项目“异形单牙轮钻头破岩机理研究”（ＣＳＴＣ２０２０ＪＣＹＪ ＭＳＸＭＸ０１６９）；重庆市自然科学基金项目“气体钻井钻具传动主轴动力学建模与安全控制研究”（ＣＳＴＣ２０２０ＪＣＹＪ ＭＳＸＭＸ０４１２）；重庆市教委科学技术研究项目“深井硬岩地层异形单牙轮钻头结构与性能关系研究”（ＫＪＱＮ２０２１０１５０４）。

适应高研磨性地层的孕镶式金刚石钻头设计及使用试验发布时间：2021-06-17T11:07:29.213Z 来源：《科学与技术》2021年第29卷第6期作者：赵云[导读] 为了有效地提高PDC钻头在花岗岩等强磨性地层中的适用性，有必要设计和应用孕镶式金刚石钻头，并且通过必要的使用试验赵云中石化江钻石油机械有限公司湖北武汉 430223摘要：为了有效地提高PDC钻头在花岗岩等强磨性地层中的适用性，有必要设计和应用孕镶式金刚石钻头，并且通过必要的使用试验，优化钻头在花岗岩和硬砂岩中的最佳排齿方式。

在这过程中，相关试验结果可以有效地表明，让PDC切削齿磨损慢慢增高，纯PDC钻头在岩石中的钻速由慢变快。

当PDC切削齿磨损度慢慢超过最大值时，金刚石孕镶块的布置又能提高钻头钻速，在实际应用中还具有孕镶式金刚石钻头有较高的破岩效率，金刚石钻头使用寿命长的特点，在花岗岩中，PDC齿布置在前排，而后排的浸渍嵌件布置在PDC切削主齿0.4mm至0.9mm之中的同一轨道上。

在硬砂岩中，PDC齿布置在前排，后排的浸渍嵌件比PDC切削主齿低0.1～0.4mm。

在运用和了解适用于强研磨性硬地层的PDC嵌块金刚石钻头的过程中可以知道，该新结构孕镶式PDC钻头比普通钻头具有更好的钻动效率和更持久的使用时间，也大大降低了钻井的时间，让钻井的成本变得更低，让发展的空间有一个更好的未来。

关键词：PDC切削齿；强研磨性硬地层；孕镶式金刚石钻头；引言：PDC切削齿磨损较快，也让混合钻头的使用时间变短，钻进效率低。

PDC切削齿是石油钻井的重要工具。

在火成岩和变质岩强磨硬地层钻井中，严重制约了致密储层的钻进速度和勘探开发效率。

国内专业队伍研究了所有的办法来提高PDC钻头的钻进功能。

王滨等试验发现：PDC金刚石块复合钻头能有效破断坚硬地层耐磨性强、降低钻井成本的能力。

在现有实验结果的基础上，针对我国16井的地层特点，研究了两种孕镶式PDC混合切削钻头，实践应用能够有效地破断了强研磨性的坚硬地层。

浅析PDC钻头地质录井措施【摘要】PDC钻头在地质录井中的应用意义非常重要，对于提高钻井效率和地质信息的获取具有关键作用。

本文首先介绍了PDC钻头的特点与优势，然后详细讨论了地质录井过程中PDC钻头的选择原则和使用方法。

还指出了PDC钻头地质录井措施的注意事项，包括钻头的保养和调整等。

通过对PDC钻头地质录井效果的评价，强调了其在地质勘探中的重要性。

结论部分总结了PDC钻头地质录井措施的重要性，并展望了PDC钻头在未来的发展前景。

通过本文的介绍与讨论，读者可以更好地了解PDC钻头在地质录井中的应用和优势，从而提高钻井效率和地质勘探的准确性。

【关键词】关键词：PDC钻头，地质录井，应用意义，特点，优势，选择原则，使用方法，注意事项，效果评价，重要性，未来发展。

1. 引言1.1 介绍PDC钻头在地质录井中的应用意义PDC钻头（Polycrystalline Diamond Compact）是一种利用多颗金刚石晶体通过高温高压技术固结在硬质合金基体上制成的超硬材料钻头，具有很高的硬度和抗磨损性能。

在地质录井中，PDC钻头的应用具有重要意义。

PDC钻头具有良好的钻进效率和稳定性，可以在不同地质条件下实现高效快速的钻井作业。

其优异的抗磨损性能和较长的使用寿命，有效减少了换钻次数和停工时间，提高了钻井效率，降低了钻井成本。

PDC钻头在地质录井过程中具有较强的适应性，可以钻探各种不同类型的地层，包括软岩、硬岩、砂岩等。

PDC钻头可根据不同地质条件进行合理配置和组合，提高了钻井作业的成功率和钻井质量。

PDC钻头的使用还可以减少对环境的影响，降低了潜在的安全风险。

通过合理选择PDC钻头和优化录井措施，可以有效避免钻井事故的发生，保障工作人员的安全和井下设备的完好。

PDC钻头在地质录井中的应用意义非常重大，不仅可以提高钻井效率和质量，减少钻井成本，还可以保障工作人员的安全，实现可持续发展。

对PDC钻头地质录井措施进行深入研究和应用具有积极的意义。

１ 国 内外发展现状
பைடு நூலகம்
以休斯 ． 克里斯坦森公 司为代表的一些公 司 ． 在钻头 的改进 和开 发方面做 了大量的工 作 ， 推出了混合式钻头 、 回旋钻头 、 抗 抗振钻 头、 快速硬地层钻头 、 双切削结构钻头 、 新型金刚石钻头等 。 国内外在针对深部地层钻井 中的硬地层 、 研磨性地层以及 难钻不 均质地层等的钻头技 术方面开展了大量研究 ． 也取得了不少成绩。近 年来 的研究和应用成果 主要包括 ： 第一 ． 一代高性能专 利 Ｐ Ｃ齿 。Ｐ Ｃ齿是 Ｐ Ｃ钻 头最关 键的 新 Ｄ Ｄ Ｄ 技术 ２ ０ 年开始 ． 国四大钻头制造商先后推 出了性能优异的新 从 ０３ 美 代专利 Ｐ Ｃ齿 ：ｅｉ ＲＺ齿 （ ｕｈ ｓ 司 ）Ｈ ｌｂ ｒ ｎ 司 ：３ Ｄ Ｚ ｎ ｈ （） Ｈ ｇ ｅ 公 ｔ ； ａｉ ｔ 公 ｌｕｏ ＺＴ Ｍ 齿 ；ｍ ｔ 司 ： ０ 齿 ； ｅ — ｙａ ｇ 司 ：Ｒ Ｘ Ｓｉ ｈ公 Ｈ Ｒ ｅ Ｈ ｃｌ 公 ｄ ｏ Ｔ ｅ Ｒ齿 和 Ｒ ｐ ｒ ａｔＴ ｏ Ｍ 齿。 这些新的 Ｐ Ｃ齿在耐磨性 、 冲击性以及热稳定性等方面明显优 Ｄ 耐 于原有 产品 ． 使得 Ｐ Ｃ钻头适应硬地层 、 因此 Ｄ 研磨性地层以及难钻不 均质地层 的能力明显增强 第二 ． 对付恶劣地层 的 Ｐ Ｃ钻头。 Ｄ 有了新一代专利 Ｐ Ｃ齿技术以 Ｄ 及先进钻头设计技术的支撑 ． 国外企业先后推出了用于对付恶劣或难 钻地层条件 的 Ｐ Ｃ Ｄ 钻头 。这些钻 头技术包括 ： ｕ ｈｓ Ｈ ｇ ｅ 公司 的 Ｇ ｎ ｓ ｅｅｉ ｓ ＸＴ和 Ｇ ｎｓｓＺ ｅ ｅｉ Ｘ系列 ： ｌｂ ｒ ｎ公 司 的 Ｈ ｐｒ ｕ 系列 。Ｒｅｄ Ｈａｉｕｔ ｌ ０ ｙ ｅＣ ｅ— Ｈ ｃｌｇ公司的 Ｔａｓｏｍａｉｎ ｙａ０ ｒｎＦ ｒ ｔ Ｒ系列 ；ｍｉ ｏ Ｓ ｔ 司的 Ｓ Ｒ ｈ公 ＨＡ Ｋ系列。这

PDC钻头齿的破岩机理和性能测试方法研究现状李彦操（中石化胜利油田分公司, 工程技术管理中心, 山东东营 257000）摘要　聚晶金刚石复合片（polycrystalline diamond compact，PDC）钻头，是钻井工程中主要破岩工具之一。

PDC钻头切削齿的破岩效率、耐磨性、热稳定性和抗冲击性等性能指标对PDC钻头的使用效果影响很大，相关研究在国内外备受关注。

本文总结了国内外有关PDC钻头齿破岩机理和性能测试的实验装置、测试方法等代表性成果，按照PDC钻头齿与岩石相互作用的方式，相关实验主要包括5大类：PDC钻头齿直线切削实验、旋转切削实验、落锤冲击实验、PDC钻头单齿静压实验以及全尺寸PDC钻头实验；按照测试目的，又可分为PDC钻头齿的破岩机理和性能测试2大类。

通过调研分析这些实验研究的优缺点，以期为PDC钻头齿的研究与优化、PDC钻头的整体个性化设计等提供参考。

关键词　PDC钻头齿；直线切削实验；旋转切削实验；落锤冲击实验；PDC单齿静压实验；全尺寸PDC 钻头实验中图分类号　TQ164; TG74; TG58　文献标志码　A 文章编号　1006-852X(2023)05-0553-15DOI码　10.13394/ki.jgszz.2023.0155收稿日期　2023-08-01　修回日期　2023-08-16自2000年起，随着科研人员对PDC钻头齿破岩机理的深化理解和超硬材料科学与生产工艺的不断进步，PDC钻头在石油和天然气钻井工程中的应用逐渐普及。

如今，PDC钻头在油气钻井领域占据了超过80%的市场份额，贡献了90%以上的全球钻井进尺，几乎成为全球高端钻头市场的主导力量[1]。

PDC钻头齿的技术进步极大地推动了油气钻井工程的效益增长，然而，其有限的耐磨性、热稳定性和抗冲击性仍是制约PDC钻头齿更广泛应用的因素。

因此，研究PDC钻头齿本身的材料特性及其破岩机理，存在着广阔的创新空间和潜力巨大的工业应用前景。

浅析复合钻井PDC钻头对岩屑录井的影响发布时间：2021-04-15T13:46:13.230Z 来源：《科学与技术》2021年第2期作者：马静[导读] 近年来，为了降低钻井施工成本，提升钻井施工速度马静大庆钻探工程公司地质录井一公司资料采集一分公司摘要：近年来，为了降低钻井施工成本，提升钻井施工速度，普遍采用PDC钻头结合扭力冲击器的钻具组合。

在提升钻井施工速度的同时造成岩屑破碎，给录井岩屑采集、识别定名带来了难题，为了提升岩屑录井质量，分析了PDC钻头对岩屑录井的影响，采取相应的技术措施来保障岩屑录井质量，对于保证录取资料的准确性、可靠性具有重要意义。

关键词：PDC钻头；岩屑录井；影响；对策1前言地质录井在油气勘探开发中发挥重要作用。

随着社会经济的发展，对石油资源的需求越来越多，勘探开发也渐渐由浅井到深井，甚至超深井，在这些区域，地层岩石的特点是，硬度大，研磨性强，可钻性差，这些都加大了破岩难度，阻碍了深部硬地层机械钻速的提高，增加了勘探开发成本。

为了提升钻井速度，普遍采用PDC钻头结合扭力冲击器的钻具组合，PDC 钻头是一类新型的钻井工具，切削齿采用人造的聚晶金刚石材料做成复合片，并且镶焊在钻头胎体上来切削岩石，在钻进软到中硬地层的时候，通常与井下的动力钻具相互配合使用，特点是转速快，通常高于牙轮钻头的两倍以上。

PDC钻头结合扭力冲击器的破岩方式在提高机械钻速的同时，会造成岩屑颗粒破碎，给录井岩屑识别定名带来了难题。

针对复合钻井特征，采取相应技术措施，提升岩屑录井质量，对于保障地质录井资料的准确性和可靠性具有重要意义。

2 PDC钻头破岩原理 PDC 钻头因其特殊的结构构造和独特的破岩机理，造成岩屑细小，由于一些细小粉末状的岩屑随钻井液一起飘走，对地质录井岩屑样品的采集、鉴定、识别、分析、描述带来难题。

因此，解决这些技术难题首先要搞清楚PDC 钻头与岩屑特征的关系。

PDC 钻头的特点是，耐磨性高，抗冲击性强，所以可以替代传统的硬质合金钻头，广泛的应用在硬地层钻进。

Ｐ Ｃ钻 头又 称 聚 晶金 刚石 复合 片 钻头 、 刚 石 Ｄ 金 复合 片 ， 在 高 温 、 压 下 由人造 金 刚石 与 硬 质 合 是 高 金 一 次性合 成 的超硬 材 料，它不 但具 有金 刚石 所 具 备 的强度 高。 磨等 优 点， 耐 同时还 具 备 了硬 质合 金 所 具 备 的抗 冲击 性 强 、 出刃 大等特 点 。用 Ｐ Ｃ作为 钻 Ｄ 头 的切削 具可 大 大提 高钻 头 的工 作 效 率 ， 是钻 进 中
头 降低 ６ ％一 ７ ， １ ６ ％ 同时 还对 Ｐ Ｃ钻 头 如何 钻 进 破 碎 带进 行 了探 讨 ， 对 该 钻 头 在使 用 中 的注 意事 项 进 行 了说 明 。 Ｄ 并
关键 词 ： Ｄ Ｐ Ｃ钻 头 ： 探 ； 效 ： 钻 时 中硬 岩 中 图分 类 号 ： ６ ４５３ Ｐ３． 文 献 标 识码 ： Ａ
泥浆 泵 ： Ｂ ２ ０６ ； Ｎ Ｂ ５ ／０
动力 ：０ Ｗ 柴 油机 ： ６ｋ 钻塔 ：７５ Ａ型塔 ； １．ｍ 钻头 ： Ｄ Ｐ Ｃ钻 头 １３ ｍｍ） １（ 。
２２３钻 进参 数 ＿＿
钻压 ：０ １ｋ １～ ６ Ｎ：
转 速 ：５ ～ ５ ｒ ｉ ； １０ ２ ０／ ｎ ｍ
作 者 简 介 ： 远 丰 （９ ７ ） 男 ， 北 保 定 人 ，９４年 毕 业 于 长 兴 地 张 １５ 一 ， 河 １８ 校 钻探 专 业 ， 探 工 程 师 、 理 工 程 师 ， 任 副 总 工 程 师 ， 钻 监 现 主 要从 事 煤 田地 质 勘 探 工 作 。 收 稿 日期 ：０ ８ Ｏ —４ ２ ０ 一 １ １ 责 任 编 辑 ： 小 舟 樊
硬 岩层 的理想 钻头 。
碎屑 岩沉 积建造 。主要 岩性 为杂砂 岩 、 泥质砂 岩 、 粉 砂岩 、 细砾 岩 、 砂砾 岩 、 泥岩等 ， 石硬 度一 般 为 ４ ５ 岩 —

PDC-牙轮复合钻头在川西须家河组地层的应用李和焱;刘茂森【期刊名称】《内江科技》【年(卷),期】2018(039)011【总页数】2页(P20-21)【作者】李和焱;刘茂森【作者单位】中石化西南石油工程有限公司重庆钻井分公司;中石化西南石油工程有限公司重庆钻井分公司【正文语种】中文川西地区须家河组地层岩石致密、硬度高、可钻性差，常规牙轮和PDC钻头磨损快、使用寿命短，严重制约了钻井工程进度。

针对以上难点，研究了PDC-牙轮复合钻头的破岩机理，优选KPM系列的2牙轮4刀翼复合钻头在川西地区进行试验。

现场实践结果表明，PDC-牙轮复合钻头在地层研磨性强、软硬交错频繁的地层中具有良好的效果，机械钻速和进尺都大大提高，为川西地区复杂难钻地层的提速提效提供了参考。

川西地区须家河组地层以砂岩、石英、泥岩互层为主，地层硬度高、研磨性强、可钻性差[1]，采用常规PDC或牙轮钻头时，机械钻速低，钻头使用寿命短，钻头磨损严重。

同时，由于须家河组地层裂缝发育，地层稳定性差，易发生井壁失稳、掉块、垮塌等井下复杂情况，限制了气体钻井工艺和高效螺杆的使用，因此针对川西地区须家河组高研磨性地层进行钻头的优选成为提速的关键。

实验和实践结果表明，结合了PDC和牙轮两种钻头优势的复合钻头具有较好的提速效果。

1 川西须家河组地层地质特征川西地区须家河组地层以砂岩、页岩互层为主，岩石石英含量较高，部分层位含砾石，研磨性强，抗压强度高，可钻性差，同时伴有强烈的非均质性，是油气钻井中的一种典型难钻地层[2]。

文献资料显示：川西蓬莱镇组-须家河组五段地层岩石可钻性极值均值在4～6区间，属软-中硬地层;须四、须三段可钻性极值均值增大，属中硬-硬过渡型；须二段增大至8，属硬地层范筹[3]。

同时，须家河组地层软硬交错频繁，以砂岩、页岩互层最多，夹有泥岩、煤线等。

通过对PZ103，PZ113，PZ115等5口井的统计结果发现，须家河组砂岩、页岩（含煤线）平均互层次数高达62次，地层软硬交错对钻井速度和钻头寿命的影响较大。

川中须家河组牙轮－PDC混合钻头钻井提速实践
刘强;贺明敏;黄媚
【期刊名称】《钻采工艺》
【年(卷),期】2016(039)006
【摘要】四川高石梯－磨溪区块须家河组地层岩性致密、抗压强度高、研磨性强、软硬交错频繁，牙轮钻头磨损速度快、进尺短，不能满足快速钻进的要求，常规PDC钻头切削齿钝化较快，崩齿较为严重，长期以来都是高石梯－磨溪区块钻井
提速的瓶颈地层。

针对高石梯－磨溪区块须家河组地层特点，结合其他区块须家河组及类似复杂地层的钻头选型经验，选用的牙轮－PDC混合钻头，兼具牙轮和PDC钻头两者的优点，适合在须家河组地层长段钻进。

牙轮－PDC混合钻头不仅单只钻头进尺大幅度提高，配合螺杆辅助钻进后，平均机械钻速也明显优于常规PDC钻头，实现了高石梯－磨溪区块须家河组复杂地层钻井提速瓶颈技术突破，
积累了重要的实践经验。

【总页数】4页(P7-10)
【作者】刘强;贺明敏;黄媚
【作者单位】中国石油西南油气田公司勘探事业部;川庆钻探工程有限公司川西钻
探公司;中国石油西南油气田公司勘探事业部
【正文语种】中文
【相关文献】
1.川西须家河组地层PDC钻头结构参数优化及选型 [J], 肖国益;胡大梁;廖忠会;王希勇;李群生
2.川西北自流井-须家河组地层钻井提速配套技术 [J], 董明键
3.PDC-牙轮复合钻头在川西须家河组地层的应用 [J], 李和焱;刘茂森
4.川西气田须家河组致密坚硬地层钻井提速关键技术 [J], 刘伟
5.川西气田须家河组致密坚硬地层钻井提速关键技术 [J], 刘伟
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浅谈PDC钻头的使用首先，PDC钻头的结构特点是由聚晶金刚石片组成。

聚晶金刚石是由高温高压下人工合成的一种具有均匀结构和均匀硬度的功能材料，其硬度仅次于自然金刚石。

聚晶金刚石片固定在钻头刀具上，可以直接与岩石接触，具有很高的切削能力。

其次，PDC钻头的应用范围非常广泛。

PDC钻头适用于各种地质环境和井段类型，例如软岩、硬岩、致密油层、煤层等。

与传统的钻井工艺相比，PDC钻头能够提高钻进速度、降低钻井成本、减少钻井事故的发生，因此得到了广泛的应用。

在使用PDC钻头时，需要注意以下几点：首先，合理选择PDC钻头。

根据地层的硬度、颗粒度和尺寸等因素来选择合适的PDC钻头。

一般来说，钻进较硬的地层时需要选择具有较大颗粒度和较高硬度的PDC钻头，而钻进较软的地层时则需要选择具有较小颗粒度和较低硬度的PDC钻头。

其次，正确调整钻进参数。

在不同地层和井段中，需要根据具体情况来调整钻进参数，包括转速、钻进压力、切削速度等。

过高的转速和钻进压力可能会导致PDC钻头过早磨损或甚至损坏，过低的转速和钻进压力则可能导致无法稳定地钻井。

此外，定期进行钻头修复和更换也是必要的。

由于PDC钻头在钻井过程中会受到很高的工作负荷和局部超负荷的磨损，因此定期对钻头进行修复和更换是必要的。

一般情况下，当PDC钻头磨损超过一定程度时，需要及时更换。

最后，加强对PDC钻头的维护和保养。

PDC钻头在使用过程中需要进行定期的清洗和润滑，以保持其正常工作和延长使用寿命。

同时，还需要进行防腐和防锈处理，以避免钻头表面生锈和腐蚀。

总之，PDC钻头是一种功能强大、使用广泛的钻井工具。

在使用PDC 钻头时，需要合理选择钻具，调整钻进参数，定期修复和更换钻头，并加强维护和保养工作。

只有这样，才能更好地发挥PDC钻头的优势，提高钻进效率，降低钻井成本，确保钻井安全。

PDC钻头的原理和应用摘要PDC钻头在胜利油田的成功应用,大大地提高了机械钻速。

但由于PDC 钻头在结构与钻进参数上的特殊性,造成其在定向井中井眼轨迹控制方面的不足。

关键词PDC;原理;定向井;问题1对PDC钻头的分析PDC钻头于20世纪70年代投入应用。

在过去的30多年中,大量的技术进步使PDC钻头在钻头市场上占有重要份额,并且成增长趋势。

过去,PDC钻头只限于钻软到中硬地层,不能钻研磨性地层。

今天,大量的发明和技术突破使PDC钻头的钻速更快、钻井质量更好而且钻井深度更深,其应用范围也扩大到硬地层和研磨性地层。

1.1聚晶金刚石复合片(PDC)钻头的材料聚晶金刚石复合片是以金刚石粉为原料加入粘结剂在高温高压下烧结而成。

由于聚晶金刚石内晶体间的取向不规则,不存在单晶金刚石所固有的解理面,所以PDC的抗磨性及强度高于天然金刚石且不易破碎。

但由于多种材料的存在,热稳定性较差,同时脆性较强,不能经受冲击载荷。

后来随着PDC钻头的技术进步使得聚晶金刚石薄片与碳化钨圆片接触面的几何形状有了改进,也使PDC钻头的热稳定极限也由原先的700。

C提高到1150℃。

1.2聚晶金刚石复合片(PDC)钻头的结构与牙轮钻头不同,PDC钻头没有运动部件。

按钻头体材料及切削齿结构把PDC钻头分为胎体及钢体两类。

胎体钻头的钻头体用碳化钨制成,再将复合片直接焊接在本体;钢体钻头的钻头体用整块的合金钢加工而成,再将复合片焊接在碳化钨材料齿柱上制成切削齿,然后将切削齿镶嵌在钻头体上。

1.3PDC钻头的水力结构PDC钻头采用水眼供给钻井液,通过切削齿的排列分配钻井液的方式保证切削齿的清洗、冷却和润滑。

PDC钻头有刮刀式、单齿式和组合式三种排列及分布方式。

1.4PDC钻头的工作原理PDC钻头工作原理和刮刀钻头基本相同。

1)PDC钻头在钻进某些硬地层时,在钻压作用下压入岩石,使与金刚石接触的岩石处于极高的应力状态而使岩石呈现塑性。

在塑性(或岩石在应力作用下呈塑性)地层,金刚石吃入地层并在钻头扭矩的作用下使前方的岩石内部发生破碎或塑性流动,脱离岩石基体,形成岩屑。

江苏油田地层PDC钻头个性化设计及应用摘要：江苏油田处水网地带，地面条件差，地下构造复杂，断层繁多，属复杂小断块油田。

根据江苏油田地质分层特点，岩性主要以砂、泥岩为主。

分散性强、容易泥包钻头，给使用PDC钻头带来限制，给提高机械钻速、节约时效、降低钻井成本造成很大的难度。

制约了江苏油田优快钻井。

利用实钻岩心和测井资料对江苏油田地层可钻性和硬度等进行了分析，结果表明地层可钻性级别为1-6级，硬度为169-733MPa，属于软到中地层。

设计中优选应用了4刀翼和深内锥低密度布齿设计，利用计算流体动力学技术对钻头水力结构进行优化，采用螺旋保径结构，设计研制出了FL1654M高效PDC钻头。

现场应用表明：机械钻速和钻井进尺提高了16%以上;解决了江苏油田钻头泥包机械钻速慢的问题。

关键词：江苏油田；泥岩；可钻性；硬度；PDC钻头设计江苏油田地处水网地带，地面条件差，地下构造复杂，断层繁多，属复杂小断块油田。

地层中含有大段的泥岩，分散性强、容易泥包钻头，给使用PDC 钻头带来限制，给提高机械钻速、节约时效、降低钻井成本造成很大的难度。

江苏油田从常规定向井、丛式井到大斜度井与水平井，井身质量要求越来越高，因此，容易造成摩阻增大，容易出现键槽，易形成岩屑床，使得施工难度越来越大，2005－2007年平均钻机月速度2467m/台月。

通过研究攻关，形成了适合于江苏油田的地层可钻性预测技术。

研制出了个性化高效钻头，使江苏油田地层的钻井速度比同一区块最高机械钻速提高了约7%以上，缩短了钻井周期，降低了钻井成本，取得了良好的技术经济效益。

江苏油田地层可钻性分析利用实钻岩心对硬度和可钻性级值进行了室内试验(表1)，岩心分别取自各井阜宁组层位的岩样。

表1 江苏油田地层岩石硬度和可钻性室内实验数据由表1可知，江苏油田阜宁组地层岩石可钻性级别分为2-4级，岩石硬度为262-733MPa，根据国内硬度分级分为2-4级，属于软到中软地层。

构
[12-13]
面优化
、 切削齿材料与碳化钨基体与人造金刚石界
[14-15]
进行了研究, 使得 PDC 钻头的适应能力
通过有限元软件 ABAQUS 建立 PDC 单齿破岩
模型, 如图 1 所示。
图 1 PDC 切削破岩模型
Fig. 1 Rock cutting model of PDC bit
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石 油 机 械
2023 年 第 51 卷 第 7 期
CHINA PETROLEUM MACHINERY
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◀钻井技术与装备▶
PDC 钻头在砾岩地层中的破岩机理与适应性分析
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刘丁源1 李 军1,2 高德伟3 郭 鹤4 连 威2 杨宏伟1 高热雨5
(1. 中国石油大学 ( 北京) 2. 中国石油大学 ( 北京) 克拉玛依校区 3. 四川长宁天然气开发有限责任公司
层受力由压应力逐渐转变为剪应力, 同时切削齿侧
砾石随机分布的切削情况如图 2 所示。 由图 2
密度 /
弹性模量 /
泊松比
内摩擦角 /
可知, 切削齿在砾岩地层受力波动较大, 且受力大
2 500
GPa
60
0-20
0. 30
大, 需要的切削力越大。 在砾岩地层中, 由于砾石
700
0. 40
35. 00
0. 07
2023 年 第 51 卷 第 7 期
刘丁源, 等: PDC 钻头在砾岩地层中的破岩机理与适应性分析
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为模拟砾石分布的随机性, 编写 Python 程序
①认为砾石内部为均质, 不考虑微裂隙; ②不考虑

金刚石复合片（PDC）钻头在中硬以上强研磨性岩层中...张贺建;赵彩生
【期刊名称】《建材地质》
【年(卷),期】1990(000)003
【摘要】多种类型的金刚石复合片(PDC)钻头,在中硬以上强研磨性岩层中钻进的初步试验表明,全埋型和密集型PDC效果较好,很有发展前景。

【总页数】4页(P46-48,F003)
【作者】张贺建;赵彩生
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】P634.53
【相关文献】
1.中硬岩层钻进孕镶金刚石复合片钻头的研究与应用 [J], 马杰;隆威;杨洪武;许华松
2.PDC钻头在中硬岩钻进中的应用 [J], 张远丰
3.适合强研磨性硬地层PDC-金刚石孕镶块混合钻头设计与应用 [J], 王滨;李军;邹德永;杨宏伟;王凯
4.强研磨性硬岩P DC钻头磨损机理及磨损分布规律研究 [J], 王滨;李军;邹德永;杨宏伟;黄涛
5.PDC钻头在砾岩层中的磨损规律研究 [J], 黄鹏;管锋;郑立伟;王丽丽;杨明合
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