PDC钻头设计基础.ppt

PDC钻头设计理念介绍理解钻头剖面结构

剖面结构对钻头性能的影响

后倒角特点

力平衡设计

切削结构特点

新的设计软件的应用-IDEAS钻头剖面钻头剖面结构组成锥面角深锥面特点浅锥面特点：鼻部位置定义鼻部曲面特点鼻部与中心距离的关系肩部，外径曲面和保径钻头冠面的类型平抛面应用：
硬且中等研磨性地层
(Ej.:Calcareoussandstone,limestone,cherts)
典型的定向作业应用:
中硬到硬且研磨性强的地层
(i.e.:Sandstone,limestone,hardshales)
转盘或是马达钻井作业应用：
软且研磨性地层
(i.e.:硅质shales,siliciousclays)
适合转盘钻进钻头冠面的类型后倒角10°典型使用的后倒角6blades/16mmcutters
12.25”M616VPX,ER20091钻头冠面特点
切削结构
多套切削特点
单套切削结构-NewIDEAS2
力平衡
刀翼分布
刀翼和保径几何形状
Lo-Vibe(可选)特性
特殊切削结构(e.g.:ARCS)震动可能是由于钻头的特征产生的。

有些特征是可见的，而有些是不可见的。

可见的特征包括：刀翼形状和布置，保径形状，低磨阻块等；
不可见特征包括：力平衡，复合片性能和结构等。定义:
通过独特的设计，来布置PDC复合片从而达到预期的性能和寿命。

目标:
通过独特的井底覆盖模式来满足不同的需求（硬度，研磨性，潜在的震动等），达到用户满意。钻头的性能和钻井效率直接受切削齿的布置类型影响。
多种布齿特点可能达到理想的性能和寿命的目的。主要有两种类型:最早期的和最常用的切削齿布置模式。

切削齿沿着剖面分布，已达到完全的覆盖井底。
这种布置结构就是单一

模式，是每一颗齿都有独自的运动轨迹。SingleSet(NoRedundancy)顺时针旋转顺时针旋转
顺时针旋转
顺时针旋转
比逆时针旋转类型稳定性要差，很难达到要求的稳定性。
攻击性相对较强。

逆时针旋转
非常好的稳定性。
攻击性比顺时针旋转设计要弱。
稳定性
脊高钻头的性能（稳定性）和钻井效率（ROP）都直接的受切削齿布置得影响。

在实际使用中，切削齿的不同的布置方式可能起到钻头性能和寿命的最佳效果。所谓多元是指多套的切削齿结构；
其中每一套都包含了一系列的切削齿
在每一套中的切削齿都有其各自的运动轨迹多元化的布置会形成比单一模式的更明显的脊结构力平衡切削齿的位置由以下因素来确定：
径向位置
剖面角度
刀翼圆周角
后倒角
侧倒角
切削齿外露高度切削齿的分布和定位角位置
如图所示，钻头的0°基准线和通过复合片面中心线的角度

侧倒角
指复合片面部延长线和通过钻头中心线的夹角。纵向位置

从基准水平线到复合片面中心线间的垂直距离。切削的形状

切削地层形成的形状对钻头的稳定性有影响。

对称切削(理想状态)没有偏离的作用力产生(径向力).

非对称的切削形状会产生使钻头产生偏心运动偏离作用力欠平衡力
随着钻头的工作，钻压作用在切削齿上，总扭矩也就通过所有转动力（FC)产生了。CIF2直刀翼和螺旋刀翼
刀翼的形状和布置对减少钻头震动，有一定的影响。直刀翼和螺旋刀翼

对于直刀翼来说，切削齿的径向力完全累加到了保径上。
而螺旋刀翼，仅是部分的径向力作用在了保径上，是比直刀翼的影响小的。直刀翼和螺旋刀翼(cont.)

较低的保径应力减小了钻头随保径本身转动的几率。

同时，因为转动而产生的震动破坏了也降低到了最小化。螺旋刀翼对称与非对称

对称刀翼是指在相邻的两个刀翼之间的角度是相等的。

由于是对称的，产生的震动是重复的且不断扩大对称与非对称

非对称刀翼，通常是相邻的两个刀翼间的所夹的角度是不同的。
和声被打破，两个信号之间的间隔时间是最大的。“Lo-Vibe”(可选)

限制吃入深度，提高稳定性。(DOC)1)地层的特性与钻头剖面的对应关系.

A.软且研磨性 1.短抛
B.硬但没有研磨性 2.中抛
C.中软且没有研磨性 3.平抛
D.中到硬且有研磨性 4.长抛

2)判断：刀翼的形状，lo-vibe和力平衡是可见的稳定性特征。
T F
3)IndicateForcesonaPDCcutter:

A.Radialforce;B.Normalforce;C.Circumferentialforce;D.WOB回顾5）下图反映了钻头的攻击性:
1.弱;2.中等;3.强
此课件下载可自行编辑修改，供参考！
感谢您的支持，我们努力做得更好！