钻井利器—PDC钻头简介

PDC钻头

基本介绍

PDC钻头英文：Polycrystalline Diamond Compact bit

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。

复合片外形是圆形被镶焊在圆柱的切削具上,将切削具镶装在钻头体上,成为PDC钻头。PDC钻头远比天然金刚石钻头成本低,但是只适用于软到中硬地层。PDC钻头在20世纪70年代初制造和使用成功以后,得到迅速发展,它可用较低钻压和较高转速,钻头进尺高,单位进尺成本低。中国某些油田利用金刚石聚晶复合片镶焊在刮刀上,也获得了良好的效果。

基本结构

PDC钻头为一整体式钻头，整个钻头没有活动零部件，结构比较简单，大致由钻头基体、钻头切削齿、喷嘴及排屑槽等几部分组成。

钻头基体

按钻头体材料及制造方法，PDC钻头可分为钢体PDC钻头和碳化钨胎体PDC钻头。

钢体式PDC钻头的表面不耐冲蚀，规径易于磨小，而胎体式钻头的碳化钨合金耐冲蚀、耐磨损，允许使用较高的钻头压力降、较高钻井液含砂量，易于进行优化水力设计，具有较大的设计灵活性，钻头寿命较长。

PDC钻头基体有四种基本冠部外形：鱼尾形、浅锥形、短抛物线形和抛物线形。

鱼尾形PDC钻头的翼片很长，增加了复合片的出刃高度，同时也增加了钻头冠部与地层之间的间隙，使岩屑易于排向环形空间不致于粘附于钻头体，有利于射流的洁洗。这种钻头的最大特点是能减少泥包和与泥包相关的钻井问题。鱼尾形PDC钻头适用于转盘钻井的直井和定向井钻进，适于钻进粘性极高的泥页岩层。

浅锥形PDC钻头在四种冠部形状中，冠部面积最小，水力能量集中，易于清洗。由于其外形依靠较长的保径和适当的扶正，因而在快速钻进中，也能保持方位和井斜的稳定。这种钻头复合片密度不易过大，而且只能用于转盘钻井，适用于钻进夹层。

短抛物线形钻头有一个带锥度的冠部，其冠顶相当圆顿。这种设计可使钻头外侧布置更多数量的切削齿，使钻头的磨损更为平衡。短抛物线形PDc钻头用于转盘钻井、井下动力钻井及定向钻井都比较稳定，最适合于钻可能遇到硬夹层的地区。

抛物线形钻头的整个冠部载荷分布均匀，无明显载荷过渡区，载荷不致过分集中。这种冠部外形可使钻头肩部及规径部位布更多的切削齿，故最适合于高速井下动力钻进。抛物线形钻头具有良好的磨损寿命，但该型钻头具有较大的冠部表面，要求较高的流量和水力能量来实现清洗和冷却，钻头的鼻部在钻夹层时局受损坏。

钻头分类

根据材料分类

⒈胎体式PDC钻头

胎体式金刚石复合片(PDC)钻头是将金刚石复合片通过钎焊方式焊接在钻头胎体上的一种切削型钻头。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。

⒉钢体式PDC钻头

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，将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。

根据行业分类

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。

维护保养

1、在钻削钢件时，请保证充分的冷却量并使用金属切削液。

2、良好的钻杆钢性与导轨间隙能提高钻孔的精度及钻头的寿命

3、请确保磁座与工件之间的平整与清洁。

4、钻薄板时，要将工件加固，钻大型工件时，请保证工件的稳固。

5、在钻孔开始与结束时，进给量应降低1/3 。

6、对钻削时出现大量细小粉未的材料，如铸铁、铸铜等，可以不使用冷却液，而采用压缩空气帮助排屑。

7、请及时清除缠绕在钻体上的铁屑，以保证排屑顺畅。

安全操作

1、在操作时，请穿戴好工作服，安全眼镜、安全帽等;请不要穿戴松散的衣服和纱手套，以免发生危险。

2、为防止铁屑将手划伤，钻孔时请使用铁钩来清除铁屑。

3、使用前，请检查钻头是否有伤痕，如有伤痕请不要使用。

4、如果聚晶金刚石复合片钻头被卡住，请立即关闭电机。

5、更换、拆卸钻头时，应确保设备电源处于断开状态。

6、在钻头旋转时，请不要用手触摸，以免发生危险。

7、聚晶金刚石复合片钻头刃部非常坚硬，但也很脆，请小心保护，如果聚晶金刚石复合片钻头崩刃会影响钻孔效果，也可引起钻头断裂。

发展状况

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。

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。