1刮刀钻头
刮刀钻头结构口可分为四部分:上钻头体、下钻头体、刀翼、水眼。
上钻头体,位于钻头上部,上部有丝扣用以连接钻柱,侧面包有装焊刀片的槽。一般用合金钢制成。
下钻头体,焊在上钻头体的下部,内开三个水眼孔,以安装喷嘴,用合金钢制造。
刀翼,也称刮刀片,是刮刀钻头直接与岩石接触、破碎岩石的工作刃。刮刀钻头以其刀翼数量命名,如三刀翼的称作三刮刀钻头,两刀翼的称作两刮刀钻头或鱼尾刮刀钻头。目前常用三刮刀钻头。
2牙轮钻头
(1)牙轮钻头的结构
常用的牙轮钻头为三牙轮钻头。钻头上部车有丝扣,供与钻柱连接用;牙爪(也称巴掌)上接壳体,下带牙轮轴(轴颈);牙轮装在牙轮轴上,牙轮带有牙齿,用以破碎岩石;每个牙轮与牙轮轴之间都有轴承。水眼(喷嘴)是钻井液的通道;储油密封补偿系统储存和向轴承腔内补充润滑油脂,同时可以防止钻井液进入轴承腔和防止漏失润滑脂。
(2)牙轮钻头的选型
牙轮钻头是应用范围最广的钻头,主要原因是改变不同的钻头设计参数(包括齿高、齿距、齿宽、移轴距、牙轮布置等等),可以适应不同地层的需要。
牙轮钻头选型的原则及应考虑的问题:
①地层的软硬程度和研磨性。地层的岩性和软硬不同,对钻头的要求及破碎机理也不同。软地层应选择兼有移轴、超顶、复锥三种结构,牙轮齿形较大、较尖,齿数较少的铣齿或镶齿钻头,以充分发挥钻头的剪切破岩作用;随着岩石硬度增大,选择钻头的上述三种结构值应相应减小,牙齿也要减短、加密。
研磨性地层会使牙齿过快磨损,机械钻速迅速降低,钻头进尺少,特别容易磨损钻头的保径齿、背锥以及牙掌的掌尖,使钻头直径磨小,更严重的是会使轴承外露、轴承密封失效,加速钻头损坏。因此,钻研磨性地层,应该选用有径齿的镶齿钻头。
②钻进井段的深浅。浅井段岩石一般较软,同时起下钻所需时间较短,应选用能获得较高机械钻速的钻头;深井段地层一般较硬,起下钻时间较长,应选用有较高总进尺的钻头。
③易斜地层。在易斜地层钻进时,地层因素是造成井斜的客观因素,而下部钻柱的弯曲以及钻头的选型不当则是造成井斜的技术因素。在易斜地层钻进,应
选用不移轴或移轴量小的钻头;同时,在保证移轴小的前提下,所选的钻头适应的地层应比所钻地层稍软一些,这样可以在较低的钻压下提高机械钻速。
④软硬交错地层。在软硬交错地层钻进时,一般应按其中较硬的岩石选择钻头类型,这样既在软地层中有较高的机械钻速,也能顺利地钻穿硬地层。在钻进过程中钻井参数要及时调整,在软地层钻进时,可适当降低钻压并提高转速;在硬地层钻进时可适当提高钻压并降低转速。
3金刚石材料钻头
(1)金刚石材料钻头结构
金刚石材料钻头属一体式钻头,整个钻头无活动部件,主要有钻头体、冠部、水力结构(包括水眼或喷嘴、水槽亦称流道、排屑槽)、保径、切削刃(齿)五部分。
钻头的冠部是钻头切削岩石的工作部分,其表面镶装有金刚石材料切削齿,并布置有水力结构,其侧面为保径部分(镶装保径齿),它和钻头体相连,由碳化钨胎体或钢质材料制成。
钻头体是钢质材料体,上部是丝扣,和钻柱相连接;其下部与冠部胎体烧结在一起(钢质的冠部则与钻头体成为一个整体)。
金刚石材料钻头的水力结构分为两类。一类用于天然金刚石钻头和TSP钻头,这类钻头的钻井液从中心水孔流出,经钻头表面水槽分散到钻头工作面各处冷却、清洗、润滑切削齿,最后携带岩屑从侧面水槽及排屑槽流入环形空间。另一类用于PDC钻头,这类钻头的钻井液从水眼中流出,经过各种分流元件分散到钻头工作面各处冷却、清洗、润滑切削齿。PDC钻头的水眼位置和数量根据钻头结构而定。
(2)金刚石钻头选型
金刚石材料钻头的用量远远低于牙轮钻头,主要因为金刚石材料钻头对地层的适应性较差,但地层及其他条件适合于金刚石材料钻头时,可以取得高的使用效益;反之,则不行。因此金刚石材料钻头的选型特别重要。
与牙轮钻头相比,金刚石材料钻头具有以下特点:
①金刚石材料钻头是一体性钻头,它没有牙轮钻头那样的活动部件,也无结构薄弱环节,因而它可以使用高的转速,适合于和高转速的井下动力钻具一起使用,取得高的效益;在定向钻井过程中,它可以承受较大的侧向载荷而不发生井下事故,适合于定向钻井;
②金刚石材料钻头使用正确时,耐磨且寿命长,适合于深井及研磨性地层使用;
③在地温较高的情况下,牙轮钻头的轴承密封易失效,使用金刚石材料钻头则不会出现此问题;
④在小于165.1mm的井眼钻井中,牙轮钻头的轴承由于空间尺寸的限制,强度受到影响,性能不能保证,而金刚石材料钻头则不会出现问题,因而小井眼钻井宜使用金刚石材料钻头;
⑤金刚石材料钻头的钻压低于牙轮钻头,因而在钻压受到限制(如防斜钻进)的情况下应使用金刚石材料钻头;
⑥金刚石材料钻头结构设计、制造比较灵活,生产设备简单,因而能满足非标准的异形尺寸井眼的钻井需要;
⑦金刚石材料钻头中的PDC钻头是一种切削型钻头,切削齿具有自锐优点,破碎岩石时无牙轮钻头的压持作用,切削齿切削时的切削面积较大,是一种高效钻头。实践表明,这种钻头适应地层时可以取得很高的效益;
⑧金刚石材料钻头由于热稳定性的限制,工作时必须保证充分的清洗与冷却;
⑨金刚石材料钻头抗冲击性载荷性能较差,使用时必须遵照严格的规程;
⑩金刚石材料钻头价格较高。