金刚石钻头的分类(PDC钻头TSP钻头孕镶钻头)

PDC钻头的特点
1973年美国开发了聚晶金刚石复合片钻头，国外广泛应用于软-中硬地层。

在中东和北海的深井及海洋钻井中首先获得了高井尺、高钻速，大大缩短了建井周期，降低了钻井成本，受到了钻境界的广泛重视，成为钻井工具的一项重大成就。

国内对PDC钻头也引起了极大
的关注和兴趣，随着钻井技术人员对PDC钻头的认识和实践，它正在逐步取得较好的使用效果。

按钻头材料及切削齿结构划分，PDC钻头有钢体和胎体两大类别(间上图1-2)
胎体钻头用碳化钨粉末烧结而成，用人造聚晶金刚石复合片钎焊在碳化钨胎体上，用天然金刚石保径。

碳化钨胎体耐冲蚀、耐磨、强度高、保径效果好。

钻头水眼水道面积可以根据钻井工艺需要的水力参数来设计，有较大的灵活性。

胎体外形可以根据地层特点设计，变化胎体形状只要改变模具而不需要增加设备。

钢体PDC钻头，是用镍、铬、钼合金机械加工成形。

经过热处理后在钻头体上钻孔，强人造聚晶金刚石复合片压入(紧配合)钻头体内，用柱状碳化钨保径。

它比胎体钻头成本低20%左右，但不耐磨且易被冲蚀。

金刚石复合片钻头/PDC drill bit
金刚石复合片（PDC）是在高温高压条件下，由人造金刚石与硬质合金一次性合成的特殊超硬材料，它不但具有金刚石硬度高、耐磨等优点，同时还具备了硬质合金抗冲击性强、出刃大等特点，用它做钻头的刀翼可大大提高钻头的工作效率，是钻进中硬岩层和坚硬岩层的理想钻头。

本系列金刚石PDC钻头，托体采用优质钢材锻压成型，经过真空全自动热处理设备进行增加机械性能处理。

普通型采用国内优质复合片做刀翼，超强型采用美国ＧＥ公司生产的刀片，根据地质条件的不同选用相应的质量等级，可达到更高的性价比，达到节能高效的经济指标。

金刚石钻头遍布全国煤田、石油钻探、地质勘探、水利水电、铁路公路、隧道建设等行业。

两翼PDC锚杆钻头（标准型）适应岩层八级以下，在同等岩层条件下钻进寿命是普通合金钻头的10-30倍，效率至少提高60%以上，不需修磨，大大降低工人的劳动强度，节约工时。

两翼PDC锚杆钻头（加强型）刀翼关键原材料由美国ＧＥ公司生产，其金刚石含量是普通钻头的１.５倍，耐磨性极好，效率显著提高，综合成本降低，适应１２级以下中硬岩层。

高强型金刚石钻头刀翼采用最新研制的球型金刚石刀片，特点是钻进速度快，抗冲击能力强。

当钻头钻进时，唇边用于正常均匀地层岩石的刮削，突出部分可以抑制钻头钻进过程中遇到缝隙时瞬间大幅
度进尺,大大降低了钻头的意外损坏，提高了应对复杂岩层的钻进水平。

PDC钻头英文：Polycrystalline Diamond Compact聚晶金刚石复合片钻头的简称。

是石油钻井行业常用的一种钻井工具。

PDC产品性能不断改进。

在过去的几年间，PDC切削齿的质量和类型都发生了巨大的变化。

如果将２０世纪８０年代的齿与当今的齿进行比较的话，差异是相当大的。

由于混合工艺与制造工艺的变化，当今的切削齿的质量性能要好得多，使钻头的抗冲蚀以及抗冲击能力都大为提高。

工程师们还对碳化钨基片与人造金刚石之间的界面进行了优化，以提高切削齿的韧性。

层状金刚石工艺方面的革新也被用于提高产品的抗磨蚀性和热稳定性。

除了材料和制造工艺方面的发展以外，PDC产品在齿的设计技术和布齿方面也实现了重大的突破。

现在，PDC产品已可被用于以前所不能应用的地区，如更硬、磨蚀性更强和多变的地层。

这种向新领域中的扩展，对金刚石（固定切削齿）钻头和牙轮钻头之间的平衡发生了很大的影响。

8-1/2TD164A 4刀翼PDC钻头2TD194B 4刀翼PDC钻头8-1/2TD165A 5刀翼PDC钻头8-1/2TD196A 6刀翼PDC钻头9TD195A5刀翼PDC钻头9-1/2TD166A 6刀翼PDC钻头最初，PDC 钻头只能被用于软页岩地层中，原因是硬的夹层会损坏钻头。

但由于新技术的出现以及结构的变化，目前PDC 钻头已能够用于钻硬夹层和长段的硬岩地层了。

PDC 钻头正越来越多地为人们所选用，特别是随着PDC 齿质量的不断提高，这种情况越发凸显。

由于钻头设计和齿的改进，PDC 钻头的可定向性也随之提高，这进一步削弱了过去在马达钻井中牙轮钻头的优势。

目前，PDC 钻头每天都在许多地层的钻井应用中排挤掉牙轮钻头的市场。

PDC 钻头厚层砾岩钻进技术探索与实践:为了降低海上钻井作业成本、提高作业效率,开发了PDC 钻头厚层砾岩钻进技术.在保持普通PDC 钻头快速切削性能的基础上,通过优选新型高强度PDC 切削 齿、改进钻头切削结构提高钻头的整体强度,通过采用后倾角渐变、力平衡设计、加强切削齿保护等方法提高钻头的稳定性,并且在使用中通过优化钻具组合、采用 合理的钻井参数和"中低排量-中低转速-中高钻压"的平稳钻进模式预防PDC 钻头在砾岩段的先期破坏,有效延长了钻头在砾岩钻进中的寿命.应用该技术实现 了用PDC 钻头在辽东湾一次性钻穿馆陶组和东营组上部疏松地层中垂厚近80 m 的砾岩段,有的井钻穿砾岩段后又直接钻下部中硬地层至完钻井深.采用PDC 钻头厚层砾岩钻进技术,可以大量节省海上钻井作业时间,显著降低钻井费用.PDC 钻头工程技术措施石油钻井装备:1）、首先做好PDC 钻头的选型工作，钻头水眼、流道设计应利于排屑；2）、下入PDC 钻头之前，应充分循环泥浆，清洗井眼，防止起钻后滞留在井眼内的钻屑继续水化分散；3)、下钻时钻头不断刮削井壁，井壁上的泥饼或滞留于井内的钻屑会在钻头下堆积，到一定程度便会压实在钻头上，那么下钻中途进行循环，将钻头 冲洗干净也是有其必要的；4）、下钻过程中还应适当控制速度，防止钻头突然冲入砂桥，钻进一堆烂泥中；另外如果速度恰当，PDC 钻头会顺着上一只钻头所钻的螺旋形井眼轨道行 进，而不是在井壁上划拉下大量泥饼。

pdc钻头工作原理
PDC钻头（聚晶金刚石钻头）是一种用于钻井穿越地层的工具。

它由金刚石颗粒和金属结合剂制成。

PDC钻头的工作原理如下：
1. 切削地层：PDC钻头的主要工作部分是刀翼。

刀翼上镶嵌有大量的金刚石颗粒。

当钻杆旋转时，刀翼会与地层接触并切削地层。

2. 破碎地层：金刚石颗粒具有非常高的硬度和耐磨性。

当刀翼与地层接触时，金刚石颗粒会磨擦和破碎地层，将地层断裂成小块。

3. 清除碎屑：钻井时，钻泥会通过钻杆注入到钻孔中。

在切削地层的过程中，钻泥会冲刷碎屑并把它们带上地面。

4. 冷却和润滑：钻头的钻杆内部和外部都有润滑液循环系统。

润滑液冷却钻头，防止过热，并减少钻头与地层的摩擦。

5. 控制钻向：钻头的设计和使用可以控制钻井的方向。

通过改变刀翼的角度和形状，可以调整钻头的钻向，使其按照预定的路径前进。

综上所述，PDC钻头通过切削、破碎、清除碎屑等方式，实现了穿越地层的目标。

它的高硬度和耐磨性使得PDC钻头具有更长的使用寿命和更高的效率，被广泛应用于石油勘探和钻井行业。

第一章金刚石钻头基本知识第一节概述金刚石钻头的发展历史金刚石钻头是不同于牙轮钻头的另一类钻井破岩工具，其使用可以追溯到19世纪60年代。

最初人们以天然金刚石为切削元件制作打炮眼和挖掘隧道的工具，后来出现了用于石油钻井的钢体鱼尾式天然金刚石全面钻进钻头和取心钻头。

早期的金刚石钻头是将天然金刚石冷镶在低碳钢上的。

由于天然金刚石来源有限，价格昂贵，加之本身尺寸、性能方面的原因以及当时落后的制造工艺，大大限制了金刚石钻头在石油钻井工业中的应用。

随着粉末冶金技术的发展，出现了采用烧结碳化钨作为钻头体的胎体式金刚石钻头。

这种技术的出现使金刚石钻头的制造水平大大提高。

胎体式金刚石钻头具有耐冲蚀、耐磨损的特点，具有良好的使用性能，其制造工艺也不复杂，因此一经出现就迅速推广开来。

人造聚晶金刚石的研制成功，对金刚石钻头技术的发展起了巨大的推动作用。

人造聚晶金刚石复合片钻头（PDC钻头）的出现一度被称为20世纪80年代钻井工业技术的一大突破，这种新技术对石油钻井业的发展产生了巨大的影响。

现场使用证明，软到中等硬度地层钻井用PDC钻头具有机械钻速高、进尺多、寿命长、工作平稳、井下事故少、井身质量好等优点，并能与井下动力钻具配合用于高速钻井。

合理使用金刚石钻头可以大大缩短建井周期，降低钻井成本，提高钻井经济效益。

金刚石钻头的发展前景经过近二十多年的发展，金刚石钻头已经成为继牙轮钻头之后的又一重要破岩工具。

时至今日，PDC钻头在石油钻头市场所占的份额越来越大，几乎每年以30%的速度侵吞牙轮钻头市场。

随着新的设计理论、设计方法和材料等技术的发展，PDC钻头的适用范围也在不断扩展，以前被认为不适用于PDC钻头的地层现在也广泛使用，比如我国中原油田的文留区块的沙二至沙三地层由于地质情况复杂、夹层多，可钻性差，以前一直被认为是PDC钻头的禁区，在这里钻的井除了取心之外用的都是牙轮钻头。

可是从2000年开始，PDC钻头在这个区块的使用量逐渐增多，效果也很好，而2001年底我公司的一只8 1/2 BK542-4型PDC钻头更在该区块的文－133井创下了1600米（东营组）入井，打到3390米（沙三上）完井，纯钻时间小时，进尺1790米，平均机械钻速米的好指标。

第三章金刚石钻进金刚石又称“钻石”，是大自然中最坚硬的宝石。

英文中钻石一词，源自希腊文“adnmas”，是“无法征服”的意思。

长期以来，人类就利用金刚石特有的坚硬性来钻凿岩石或切割瓷器等。

但金刚石以切削具的形式用于钻探工作，则是近百年来的事情。

世界上第一台金刚石手摇钻机，出现于1862年，当时用于隧道工程掘进中的爆破孔。

此后，金刚石钻进逐渐在一些发达国家中获得应用；由于当时所用金刚石都是大颗粒的高级品，价值十分昂贵，所以它的发展受到了限制，后来随着粉末冶金技术的发展，廉价的细粒金刚石被应用于钻孔技术；从此，金刚石钻进才得到较大的发展。

近年来随着人造金刚石和金刚石复合超硬材料的应用，更展示了金刚石钻进技术具有广阔的发展前景，目前，金刚石钻进是矿山勘探中的主要钻进、探矿方法。

我国金刚石钻进技术的研究工作，开始于1957年，1963年制成了表镶天然金刚石钻头。

与此同时，人造金刚石在我国也已开始制造；1972年制成了人造金刚石钻头并试用于生产实践中；此后，金刚石钻进技术在我国迅速发展起来，人造金刚石厂和钻头制造车间大量兴起，产品成倍增加，质量不断提高，品种亦不断增多，制造钻头的新方法也相继研究成功。

在钻探设备方面还研制出多种适用于小口径金刚石钻进的新型钻机；小口径管材和工具亦形成系列；此外，还研制出各种适用的冲洗液及孔内、地表用的各种仪表。

现今。

金刚石钻进技术已推广到全国各行业的矿山勘探中。

金刚石钻进的常用钻具由钻头1、扩孔器2、岩心管3、异径接头4和钻杆5等所组成，如图3-1所示。

钻头1镶有作为切削具的金刚石以破碎岩石；扩孔器2上也镶有金刚石以修整孔壁；岩心管3以容纳所钻岩心，有单层与双层之分。

双层岩心管应用较为广泛。

单层岩心管如图3-2(a)所示；卡簧2装在钻头1上方的扩孔器3内，提钻时，卡簧可把岩心卡住并随钻具提出孔外。

单管钻具只用于钻进完整地层。

双层岩心管如图3-2(b)所示；内管7是静止不转的，可容纳岩心使之不受扰动。

PDC钻头是聚晶金刚石复合片钻头的简称。

是地质钻探行业常用的一种钻井工具。

其实它的演变是从金刚钻演变来的。

金刚石PDC钻头适用行业分类：
⒈地质勘探用复合片钻头
主要用于地质勘察勘探的复合片钻头，适用于软到中硬岩层，现在有些厂家新研发的新型复合片可以应用到十级硬度的岩层。

⒉煤田钻采用复合片钻头
主要是用于煤矿上煤层钻探采挖。

一般来讲煤田的岩层相对较软，复合片钻头被大量应用，如锚杆钻头，三翼钻头等。

⒊石油勘探用复合片钻头
主要是应用在油气田的钻采用钻头。

目前来说，油田用复合片钻头是所有复合片钻头里面造价最高，要求最高的。

可以说是复合片钻头里面的贵族了。

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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。

pdc钻头生产工艺
PDC钻头生产工艺是指通过一系列加工流程和工艺技术，将金刚石颗粒与金属基体结合形成PDC切削刃，从而制造出高效耐磨的PDC钻头。

下面是PDC钻头生产工艺的主要步骤：
1. 金刚石颗粒混合：将金刚石颗粒按一定比例混合，确保颗粒的大小和形状均匀。

2. 金刚石预处理：将混合后的金刚石颗粒进行预处理，包括洗涤、酸洗、烘干等工序，以去除杂质和增加金刚石颗粒的表面活性。

3. 金刚石涂层：将经过预处理的金刚石颗粒与金属基体进行涂层处理，常用的涂层方法有电化学沉积、化学气相沉积等。

涂层的目的是使金刚石颗粒能够牢固地与金属基体结合，并提高钻头的耐磨性和切削性能。

4. 压制：将经过涂层处理的金刚石颗粒与预制的金属基体层堆叠在一起，然后通过高温高压的压制工艺，使金刚石颗粒与金属基体结合紧密。

5. 烧结：将压制成型的钻头在高温下进行烧结处理，使金刚石颗粒和金属基体之间形成牢固的化学结合，并改善钻头的硬度和耐用性。

6. 研磨和修整：对烧结后的钻头进行研磨和修整，以达到所需的尺寸和表面精度。

7. 检测和质量控制：对生产出的PDC钻头进行检测，包括外观检查、尺寸测量、切削性能测试等，并根据质量标准进行筛选和分类。

8. 包装和出厂：对合格的PDC钻头进行包装，并按照订单要求出厂。

总结起来，PDC钻头的生产工艺包括金刚石颗粒混合、金刚石预处理、金刚石涂层、压制、烧结、研磨和修整、检测和质量控制、包装和出厂等步骤。

这些工艺流程的严密操作和精细控制，能够确保PDC钻头具有优良的性能和品质，提高钻头的使用寿命和工作效率。