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2006年第8期探矿工程(岩土钻掘工程)75

用于砾石夹层钻进的新型PDC钻头的研制与使用

李天明,李大佛,陈洪俊,雷艳,刘红旗
(中国地质大学长江钻头有限公司,湖北武汉430074)

摘要:无压浸渍工艺生产的PDC石油钻头钻遇砾石夹层不适应。根据砾石夹层砾石坚硬、软硬互层、非均质、研
磨性强的特点,研究了新型PDC钻头,在钻头结构上主要采取外抛内锥带辅助切削齿的结构形式,在复合片上主要
采用非平面结合方式,即采用双向多条直槽非平面结合。按此方案设计与生产了3只钻头,分别在3口井试用,直
接钻穿砾石夹层馆陶组地层井段,钻井效率提高26%,突破了砾石夹层钻进不能使用PDC钻头的禁区。
关键词:砾石夹层;PDC钻头;辅助切削齿;非平面结合方式
中图分类号:TE921+.1文献标识码:A文章编号:1672-7428(2006)08-0057-04
DevelopmentandApplicationofaNewTypeofPDCBitDrillinginCobbleInterbed/LITian2ming,LIDa2fo,CHEN
Hong2jun,LEIYan,LIUHong2qi(ChangjiangBitCompany,ChinaUniversityofGeosciences,WuhanHubei430074,
China)
Abstract:PDCdrillbitmanufacturedbyinfiltrationprocesswithvibrationdoesnotworkeffectivelyincobbleinterbed,anew
typeofPDCbitwasdevelopedbecauseofthecharacteristicsofhighhardness,interbed,inhomogeneityandhighabrasiveness.
Thestructureofbitcrownisofoutsideparabola2insideconefeatureswithauxiliarycuttingedges;andPDCisofnon2plane,that
is,multigroovebindinghasbeenadopted.Accordingtothenewdesign,3bitswereproducedandtobetriedin3wellssepa2
rately.Itshowsdrillingefficiencyincreasedby26%,andthenewtypeofPDCbithasadvantagesindrillingcobbleformation.
Keywords:cobbleinterbed;PDCbit;auxiliarycuttingelement;non2planebinding

无压浸渍工艺生产的PDC石油钻头在我国已复合片钻头的切削刃应以负前角的安装位置切
经广泛应用,并且获得了很好的经济指标,但钻遇砾削岩石。这不仅提高了复合片的工作刚度,延长了
石夹层却不适应,操作规程规定要提钻换牙轮钻头复合片使用寿命,而且还将为提高切削速度起主要
钻穿砾石夹层后才能再用PDC钻头钻进,这样既费作用。因为这将有利于岩屑不致沿切削齿的刃面生
时费力,还要加大成本,可以说是PDC钻头钻进和长过高,从而避免或大为减少岩屑被挤压在钻头体
推广中的一个“拦路虎”。与地层之间。如果岩屑被挤压在钻头体与地层之
砾石夹层的特点是砾石坚硬、软硬互层、非均间,不仅会增加岩屑的排除困难,抵消钻进压力,而
质、研磨性强,因此PDC钻头在该地层工作环境恶且会延长岩屑在复合片前刃面的滞留时间,提高复
劣,钻进时钻头不平稳、跳动、PDC复合片崩裂、磨合片的工作温度以及岩屑沿其流动的阻力和摩擦系
损消耗快、机械钻速低、寿命短,这是被实践证明了数,严重者特别是塑性较大的岩石有可能发生粘结,
的普遍规律。为了攻克这个难关,我们采取了2条即所谓泥包或糊结。
措施:一是创造条件尽量使PDC钻头工作平稳,亦考虑砾石夹层地层钻进时机械钻速较低,为提
即减少或分散PDC钻头所承受的冲击载荷,这就涉高钻进速度,降低复合片负前角,我们设计的复合片
及到如何设计PDC钻头的结构形式。另外就是减主切削齿的负前角或后倾角为13°～18°。
少钻头上PDC复合片在工作中的崩裂与磨损,也就1.2复合片的旁通角
是如何研制与选取PDC复合片。由于复合片钻头在孔底接触面积小,比压高,加
之复合片耐磨,且能自锐,刃口锋利,因而时效高,岩
1复合片的安装屑(或岩粉)多,及时清除孔底岩屑就显得十分重
1.1复合片的负前角要。特别是在一些胶粘性地层,由于其岩屑有很强

收稿日期:2006-07-04
基金项目:中石化中原石油勘探局科研项目(编号:审技20