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金剛石鉆頭

金剛石鉆頭

 

做切削刃的鉆頭稱為金剛石鉆頭。該鉆頭屬一體式鉆頭,整個鉆頭沒有活動的零部件,結構比較簡單,具有高強度、高耐磨和抗沖擊的能力,是20世紀80年代世界鉆井三大新技術之一。現場使用證明,金剛石鉆頭在軟-中硬地層中鉆進時,有速度快、進尺多、壽命長、工作平穩、井下事故少、井身質量好等優點。

    金剛石鉆頭不但使用時間長,還可以重復利用,返廠修復的金剛石鉆頭使用起來和出廠的 金剛石鉆頭使用效果差不多,能大量的節約鉆井成本。
    鉆頭質量的好壞、鉆頭類型與地層巖性是否適應,對加快鉆井速度和提高單只鉆頭進尺起著重要的作用。鉆一口油氣井一般要使用不同尺寸的多只鉆頭,在鉆上部地層時要使用直徑較大的鉆頭,因鉆頭鉆進的地層較軟,單只鉆頭進尺多、使用的時間短,一個鉆頭一般可重復使用幾口井;而在鉆下部地層時要使用直徑較小的鉆頭,因地層硬、單只鉆頭的進尺少,一般要使用多只鉆頭。一只下井新鉆頭鉆井進尺的多少主要取決于鉆頭的尺寸、類型、地層的軟硬和鉆進參數的配合。一般來說,鉆頭尺寸越大、地層越硬,進尺越少;鉆頭尺寸越小、地層越軟,鉆頭進尺就越多。
    1 力平衡設計使鉆頭具有良好的導向性,適應配合井下馬達應用于定向鉆井,具有較小的徑向震動; 
    2 不同結構的專利PDC復合片在鉆頭不同位置的合理布置使鉆頭具有較強的攻擊性和抗研磨性; 
    3 強攻擊性設計使鉆頭可獲得高的機械鉆速; 
    4 動態流場模擬技術應用于水力設計,使井底流場最優化,有利于提高排屑速度和防泥包。 
    因為PDC鉆頭的材料主要為鑄造碳化鎢和金剛石符復合片,所以它壽命長,價值高。金剛石鉆頭的破巖機理
    金剛石鉆頭的破巖作用是由金剛石顆粒完成的。要知道鉆頭的破巖作用,就須了解單粒金剛石的破巖作用。在堅硬地層中,單粒金剛石在鉆壓作用下使巖石處于極高的應力狀態下(約4200-5700MPa,有的資料認為可達6300MPa)使巖石發生巖性轉變,由脆性變為塑性。單粒金剛石吃入地層,在扭矩作用下切削破巖,切削深度基本上等于金剛石顆粒的吃入深度。這一過程如同“犁地”故稱為金剛石鉆頭的犁式切削作用。
    在一些脆性較大的巖石里(如砂巖、石灰巖等),鉆頭上的金剛石顆粒在鉆壓扭矩的同時作用下,破碎巖石的體積遠大于金剛石顆粒的吃入與旋轉體積。當壓力不大時,只能沿金剛石的運動方向形成小溝槽,加大壓力則會使小溝槽深部與兩側的巖石破碎,超過金剛石顆粒的斷面尺寸。
    金剛石鉆頭的破巖效果,除與巖性以及影響巖性的外界因素(如壓力、溫度、地層流體性質等)有關外,鉆壓大小是重要的影響因素。它和牙輪鉆頭一樣,破巖時都具有表層破碎、疲勞破碎、體積破碎三種方式。只有當金剛石顆粒具有足夠的比壓吃入地層巖石,使巖石發生體積破碎時,才能取得理想的破巖效果。
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