古代人是怎么制作出钻井工具的？
由于天然气层较深，要开凿气井必须有优良的钻井设备。我国当时已有先进的铁制业，为钻井提供了铸铁冲枯燃造的钻头。动力则用人力。人先跳到杠杆的一端把钻头抬高，再跳下来使钻头砸下去。钻井用的竹缆是由竹条制成的。竹缆具有很强的抗拉强度，与一些钢缆的抗拉强度相当。而且竹缆有极好的挠性，容易绕在钻头提升鼓上，而且遇水后强度增加，恰好用来冲击岩石。在不断的劳动实败咐践中，古巴蜀人民发明了一系列专用的钻井工具，总结出一整套钻井技术，开凿出一大批很深的天然气井。这些深井钻探技术迅速传播开散虚来，被世界各国仿效采用。
钻进工具是什么？
钻进工具包括钻头、钻柱等钻进工具，是破碎岩石的主要工具。
一、钻头
钻头质量的优劣及其与岩性和其他钻井工艺是否适应，将直接影响钻井速度、钻井质量和钻井成本。
（一）钻头破碎岩石的工作原理
钻头破碎岩石的工作原理与方式告圆扰有三种：
（1）切削：利用轴向压力使破碎工具吃入岩石，钻头旋转挤压破碎岩石并进行切削，其方式类似于金属切削。
（2）冲压：利用轴向载荷使岩石在冲击和挤压作用下破碎。
（3）研磨：利用抗磨性高的材料，在一定压力和适当的转速下，对岩石进行研磨破碎。
上述三种方式中，钻头对岩石的作用形式主要是压挤和切削。实际上钻头在井内破碎岩石钻进时，这三种破岩方式兼有，只是根据岩石的强度和钻头类型以某种破碎方式为主而已。塑性岩石一般强度较小，钻头以切削破碎为主；塑脆性和脆性岩石一般强度较高，以冲击和压挤破碎为主；对强度和硬度都很大的岩石，则以研磨破碎为主。
（二）钻头的类型
目前常用的钻头按其破碎岩石的方式和作用原理分为刮刀钻头（切削型）、牙轮钻头（冲压型）及研磨型钻头（金刚石钻头）三大类，见图4-2。其中牙轮钻头使用较多，而刮刀钻头使用量最小。钻头尺寸以其钻出的井眼内径为公称尺寸，国际上已形成基本统一的系列。常见钻头尺寸为26in，20in，
图4-2 典型钻头结构图
1．刮刀钻头
刮刀钻头为切削型钻头，适用于软塑性岩层。这种钻头体上镶焊有几个刮刀片，在刮刀翼上加焊上耐磨的硬质合金材料，根据塑性岩石软硬的特点，刮刀钻头有两翼的（称鱼尾钻头）、三翼的和四翼的，最常用的为三翼刮刀钻头。
2．牙轮钻头
牙轮钻头在石油钻井中使用最多、适应性最广。它主要用于钻中硬至硬度较大的塑脆性及脆性地层。牙轮钻头是在钻头体上安装几个能随钻头公转又能绕着牙轮轴自转的牙轮。有两牙轮钻头、三牙轮钻头及四牙轮钻头，用得最多的是三牙轮钻头。根据岩石破碎规律，牙轮钻头结构设计应满足在旋转动力及钻压作用下，牙轮在公转和自转运动中，具有滚动产生冲击和挤压作用，又有滑动产生刮削的作用，有效破碎岩石。牙齿长、齿排少、刮削功能强、冲击力小的牙轮钻头用于钻硬度不大的地层；牙齿短、齿排多、冲击力大、刮削功能弱的钻头用于钻硬地层。
3．研磨型钻头
研磨型钻头用腔携于钻坚硬的地层。它选用硬度大于岩石而耐磨性强的材料（如金刚石、特种硬质合金）镶焊在钻头体上，在钻头旋转和钻压作用下研磨岩层，如同用砂轮打磨铁器一样。
（三）钻井工艺对钻头的要求
钻井工艺对钻头有两个基本要求：一是钻进速度要快，能直接缩短钻井时间；二是使用寿命要长，更换钻头次数要少，单个钻头钻进的总进尺要多。这两项分别称为钻头的机械钻速和钻头的总进尺，是钻头的两个主要技术指标。为了降低钻井成本，提高上述两项技术指标，石袜旦油科技人员一直致力于改善钻头结构，提高钻头破碎效率，延长钻头使用寿命的研究工作。20世纪70年代末开始采用高硬度、高耐磨性的聚晶金刚石钻头，将聚晶金刚石材料镶焊在牙轮上，因而成倍地提高了钻井效率。
二、钻柱
钻柱是钻头以上、水龙头以下部分钻具的总称。钻具的连接如图4-3所示。
（一）钻柱的作用
1．钻柱的主要作用
（1）为钻井液由井口流向钻头提供通道；
（2）给钻头施加适当的压力（钻压），使钻头的工作刃不断吃入岩石；
（3）把地面动力（扭矩等）传递给钻头，使钻头不断旋转破碎岩石；
（4）起下钻头；
（5）根据钻柱的长度计算井深。
2．钻柱的特殊作用
（1）通过钻柱可以观察和了解钻头的工作情况、井眼状况及地层情况等；
（2）进行取心、挤水泥、打捞井下落物、处理井下事故等特殊作业；
（3）对地层流体及压力状况进行测试与评价，即钻杆测试，又称中途测试。
（二）钻柱的组成
钻柱由方钻杆、钻杆段和下部钻具组合三大部分组成。钻杆段包括钻杆和接头，有时也装有扩眼器。下部钻具组合主要是钻铤，也可能安装稳定器、减震器、震击器、扩眼器及其他特殊工具。钻柱的具体组成随不同的目的、要求而不同。
图4-3 钻具连接图
1．普通钻杆
钻杆是钻柱的基本组成部分，位于方钻杆和钻铤之间。它是用无缝钢管制成，壁厚一般为9～11mm。其主要作用是传递扭矩和输送钻井液，并靠钻杆的逐渐加长使井眼不断加深。
1）钻杆结构与规范
钻杆由钻杆管体与钻杆接头两部分组成，见图4-4。钻杆管体与接头的连接有两种方式：一种是用细螺纹连接，即管体两端都车有外（内）螺纹，与接头一端的内（外）螺纹相连接；另一种是管体与接头用摩擦焊对焊在一起，称这种钻杆为对焊钻杆。我国现在生产或进口的钻杆全部为对焊钻杆。
图4-4 钻杆结构示意图
为了增强管体与接头的连接强度，管体两端加厚。常用的加厚形式有内加厚、外加厚、内外加厚三种。
最常用的钻杆长度8.230～9.144m（27～30ft），钻杆尺寸（直径）有88.9mm，114.3mm，127.0mm（3.5in，4.5in，5in）三种。
2）钻杆钢级与强度
钻杆的钢级是指钻杆钢材的等级，它由钻杆钢材的最小屈服强度决定。API规定钻杆的钢级有D、E、95（X）、105（G）、135（S）级共五种，其中，X、G、S级为高强度钻杆。
3）钻杆接头及螺纹
钻杆接头是钻杆的组成部分，分内螺纹和外螺纹，连接在钻杆管体的两端。螺纹的连接必须满足三个条件，即尺寸相等，螺纹类型相同，内外螺纹相匹配。不同尺寸钻杆的接头尺寸不同。同一尺寸钻杆的丝扣类型也不尽相同，主要有内平型（IF）、贯眼型（FH）、正规型（REG）和数字型（NC）。
2．加重钻杆
加重钻杆是一种和钻杆类似的中等重量钻具，其管壁比钻杆厚、比钻铤薄。管体连接有特别加长的钻杆接头。在钻具组合中，加重钻杆一般加在钻杆与钻铤之间，防止钻柱界面的突然变化，减少钻杆的疲劳。加重钻杆的总长度一般为9.3m，也有特殊长度为2m、3m、13m的。国产的有JZ-51型和JZ-5II型两种加重钻杆。加重钻杆除两端有超长的外加厚接头外，中部还有一外加厚部分，在其两端接头和中部加厚部分都有表面耐磨带，用以保护管体使不受磨损。长度为13m的加重钻杆还有2个中间加厚部分。
3．钻铤
钻铤处在钻柱的最下部，是下部钻具组合的主要组成部分。其主要特点是壁厚大（一般为38～53mm，相当于钻杆壁厚的4～6倍），具有较大的重量和刚度，见图4-5。它在钻井过程中主要起以下几方面的作用：
（1）给钻头施加钻压；
（2）保证压缩条件下的必要强度；
（3）减轻钻头的振动、摆动和跳动等，使钻头工作平稳；
（4）控制井斜。
钻铤有许多不同的形状，如圆形、方形、三角形和螺旋形等。最常用的是圆形（平滑的）钻铤和螺旋形钻铤两种。
图4-5 钻铤结构示意图
4．方钻杆
方钻杆位于钻柱的最上端，有四方形（见图4-6）和六方形两种。在转盘钻井中，钻进时，方钻杆与方补心、转盘补心配合，将地面转盘扭矩传递给钻杆，带动钻头旋转，并承受钻柱悬重；在涡轮和螺杆钻具的钻井中，承受钻柱悬重重量和反扭矩。一般大型钻机使用四方形方钻杆，小型钻机都用六方形方钻杆。标准方钻杆全长有12.19m和16.46m两种，驱动部分长度分别为11.25m和15.54m。为了配合钻柱，方钻杆也有多种尺寸和接头类型。方钻杆的壁厚一般比钻杆大3倍左右，并用高强度合金钢制造，故具有较大的抗拉强度及抗扭强度，可以承受整个钻柱的重量和旋转钻柱及钻头所需要的扭矩。
图4-6 四方形方钻杆结构示意图
方钻杆旋转时，上端始终处于转盘面以上，下部则处在转盘面以下。方钻杆上端至水龙头连接部位的螺纹均为左旋螺纹（反扣），以防止方钻杆转动时松动。方钻杆下端至钻头的所有连接螺纹均为右旋螺纹（正扣），在方钻杆带动钻柱旋转时，螺纹越上越紧。为减轻方钻杆下部接头螺纹（经常拆卸部位）的磨损，常在该部位装一保护接头。
（三）钻具的组合
钻具的合理组合是确保优质快速钻井的重要条件。钻具尺寸的选择，首先取决于钻头尺寸和钻机的提升能力，还要考虑井身结构及防斜措施。通常钻具组合考虑的原则是：在可能条件下选用大尺寸方钻杆；在钻机提升能力及钻杆下入深度允许的条件下选用大尺寸的钻杆；钻铤长度根据钻压及防斜措施来选择，一般情况下钻铤总重量应大于最大钻压的20%～30%，以保证钻杆在不受压条件下正常工作。
常见的钻具组合有：正常钻进时，“钻头+钻铤+钻杆+方钻杆+水龙头”；用涡轮（螺杆）钻具钻井时，“钻头+涡轮（螺杆）钻具+钻铤+钻杆+方钻杆+水龙头”。
常用钻头有哪几种类型？
常用钻头有麻花钻、扁钻、深孔钻、扩孔钻、锪钻等等几种类型。
1、麻花钻：麻花钻是应用最广的孔加工刀具。通常直径范围为0.25～80毫米。它主要由工作部分和柄部构成。工作部分有两条螺旋形的沟槽，形似麻花，因而得名。
2、扁钻：扁钻的切削部分为铲形，结构简单，制造成本低，切削液轻易导入孔中，但切削和排屑性能较差。扁钻的结构有整体式和装配式两种。整体式主要用于钻削直径0.03～0.5毫米的微孔。装配式扁钻刀片可换，可采用内冷却，主要用于钻削直径25～500毫米的大孔。
3、深孔钻：深孔钻通常是指加工孔深与孔径之比大于6的孔的刀具。常用的有枪钻、BTA深孔钻、喷射钻、DF深孔钻等。套料钻也常用于深孔加工。
4、扩孔钻：扩孔钻有3～4个刀齿，其刚性比麻花钻好，用于扩大已有的孔并提高加工精度和光洁度。
5、锪钻：锪钻有较多的刀齿，以成形法将孔端加工成所需的外形，用于加工各种沉头螺钉的沉头孔，或削平孔的外端面。
扩展资料：
印制板钻孔用钻头一般都采用硬质合金，因为环氧玻璃布复铜箔板对刀具的磨损特别快。所谓硬质合金是以碳化钨粉末为基体，以钴粉作粘结剂经加压、烧结而成。通常含碳化钨94%，含钴6%。由于其硬度很高，非常耐磨，有一定强度，适于高速切削。
但韧性差，非常脆，为了改善硬质合金的性能，有的采用在碳化基体上化学汽相沉积一层5～7微米的特硬碳化钛（TIC）或氮化钛（TIN），使其具有更高的硬度。有的用离子注入技术，将钛、氮、和碳注入其基体一定的深度，不但提高了硬度和强度而且在钻头重磨时这些注入成份还能内迁。还有的用物理方法在钻头顶部生成一层金刚石膜，极大的提高了钻头的硬度与耐磨性。
硬质合金的硬度巧岩与强度，不仅和碳化钨与钴的配比有关，也与粉末的颗粒有关。超微细颗粒的硬质合金钻头，其碳化钨相晶粒的平均尺寸在1微米以下。这种钻头，不仅硬度高而且抗压和抗弯强度都提孝猛御高了。
为了节省成本现在许多钻头采用焊接柄结构，原来的钻头为整体都是硬质合金，现在后部的钻柄采用了不锈钢，成本大大下降但是由于采用不同的材质其动态的同心度不及整体硬质合金钻头，特别在小直径方面。
钻头维护保养
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末的材料，如铸铁、铸铜等，可以不使用冷却液，而采用压缩空气帮排屑。
7、请及时清除缠绕在钻体上的铁屑，以保证排屑顺畅 。
参考资料：百度百科知芦——钻头
钻井机械分为几种？
钻井机主要用于开发地下水资源，包括生活用水、农业用水和工业用水等钻井工作，同时也适用于水文地质勘探、建筑工程、桥梁基础打孔等。重庆腾冠机械有限公司主要钻井机类型有：岩石钻机乱扮氏、车载钻机、小型钻井机、哗散农用钻井机几种。岩石钻机是一种用于矿井、隧道等掘岩用的钻井机。车载钻机就是一种能够用交通工具进行装载的钻井机。小型缺坦钻井机主要是根据钻井机的规格来分类的钻机。农用钻井机主要用于农业灌溉、农用水井等方面的钻井机。
钻头(工具)详细资料大全
在钻井过程中，钻头是破碎岩石的主要工具，井眼是由钻头破碎岩石而形成的。一个井眼形成得好坏，所用时间的长短，除与所钻地层岩石的特性和钻头本身的性能有关外，更与钻头和地层之间的相互匹配程度有关。钻头的合理选型对提高钻进速度、降低钻井综合成本起着重要作用。
钻头是进行石油钻井工作的重要工具之一，钻头是否适应岩石性质及其质量的好坏，在选用钻井工艺方面起著非常重要的作用，特别是对钻井质量、钻探速度、钻井成本方面产生著巨大的影响，PDC钻头是当今石油和天然气勘探开发行业广泛使用的一种破颜工具，它有效地提高了机械钻具，缩短了钻井周期。
基本介绍
中文名 ：钻头 外文名 ：bit 繁体 ：钻头 拼音 ：zuàn tóu 关键 ：合理选型 材质 ：金属 作用 ：一般用于钻孔 广泛使用 ：PDC钻头 介绍,分类及选择,金刚石,牙轮,金刚石复合片,钻头发展简史,钻速影响因素, 介绍 钻头是钻井设备的主要组成部分，其主要作用是破粹岩石、形成井眼。旋转钻头是目前石油行业普遍使用的钻头，在机械的带动下旋转钻头会产生旋转，从而带动整个钻头产生向心运动，并通过侵削、研磨使岩石发生裂痕并破碎，起到向下钻探的作用。钻头是主要的钻井设备之一，根据工作环境、地域环境的不同，钻头的规格、形状也应当有所不同，在进行石油钻井工作时，应当以具体需要、具体设计方案为根据，合理地、科学地选择钻头。在具体的钻井工作中科学选择钻头、合理确定钻井液，从而提高石油钻井的工作效率、工作质量，才能使石油钻井更好地发挥自身的价值，为促进石油事业的发展作出一定的贡献。 石油钻井 分类及选择 目前石油行业使用的钻头有很多种类，以不同的钻进方式为根据对钻头进行分类，可以将其分为金刚石钻头、牙轮钻头与刮刀钻头，这三种钻头是最基本的钻头形式。在这三种钻头中，在石油钻探工作中套用最为普遍、最为广泛的一种是牙轮钻头，其套用程度也比较深。将这三种钻头进行对比，使用范围最小的一种钻仿和敬头是刮刀钻头。本文主要介绍的是金刚石钻头与牙轮钻头。 刮刀钻头 金刚石 切削刃使用的是金刚石材料的钻进刀具就是金刚石钻头，金刚石钻头的主要优势在于能够适应研磨性较高、地质较硬的地层，切割性能也比较优棚物良。在高速钻探方面具有非常显著的优势。 金刚石钻头 以所适应地层的差异为根据，可以将金刚石钻头分为普通金刚石钻头、聚晶金刚石复合片钻备慎头两大类。在这两大类之中，普通金刚石钻头适用于研磨性较高、地质较硬、地质复杂的地层；聚晶金刚石复合片钻头能够被广泛的套用于硬质地层、软质地层、软硬适中的地层，其套用范围十分广泛。刀片的不同是这两种金刚石钻头的主要差别所在。 聚晶金刚石复合片钻头主要有四个组成部分，即金刚石复合片、喷嘴、胎体以及钻头体；普通金刚石钻头主要有四个组成部分，即金刚石颗粒、喷嘴、胎体以及钻头体。因为金刚石钻头的切割性能比较优良，因此在选择金刚石钻头当做石油钻井工具时，能够高速钻探，也能够在一定程度上扩大钻深。在使用金刚石钻头进行石油钻井作业的过程中，需要高度注意的有以下几个方面： 聚晶金刚石 第一，金刚石钻头的价格比较高，因此在使用时应小心操作，降低损坏程度； 第二，金刚石钻头在热稳定性方面具有一定的缺陷，因此在使用时要保证钻头的冷却性能、清洗情况； 第三，其质地比较脆，因此金刚石钻头的抗冲击性能会比较差，应该严格按照金刚石钻头的相关规程来进行严格的、规范的操作。 牙轮 以牙轮钻头的结构为依据，可以将其分为水眼、轴承、巴掌、牙轮以及钻头体这五个部分。如果是密封喷射式的牙轮钻头，在一般情况下还包括储油补偿系统这一部分。螺纹一般会在牙轮钻头的上部，钻柱与螺纹进行相互连线，钻头下部会存在牙轮，其上带有三个巴掌，牙轮轴上装上牙轮，牙轮轴与各个牙轮之间装有轴承，牙轮
会通过其自身所带的切削齿进行破碎岩石工作。钻井液的通道就是钻头的水眼。在进行石油钻井工作的过程中，通过钻进过程中的横向剪下作用、纵向振动作用，牙轮钻头会实现破碎岩石的目的，从而能够提升钻井速度。 牙轮钻头 在选择牙轮钻头当做石油钻井工具时，需要按照钻井设备的实际情况、地层的实际条件以及相邻油井的地质资料、地层资料来进行牙轮钻头的选型。在进行选择时，需要考虑的问题主要有以下几点： 首先，应考虑钻井地层中的软硬交错情况是否存在；其次，应考虑在石油钻井工作中是否需要防斜钻进、曲线作业； 再次，应考虑同一油井中的不同钻进井段的实际深浅情况； 最后，应考虑钻井地质、地层的可研磨性以及软硬程度。 金刚石复合片 PDC钻头是当今石油和天然气勘探开发行业广泛使用的一种破颜工具，它有效地提高了机械钻具，缩短了钻井周期。 金刚石微粉 金刚石复合片(PDC—Polycrystalline DiamondCompact)是采用金刚石微粉与硬质合金衬底为原料，在超高压高温条件下烧结而成的复合超硬材料，它既具有金刚石的硬度与耐磨性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，是一种卓越的切削工具与耐磨工具材料，现已广泛地套用于金属与非金属切削刀具、木材加工刀具、石油与天然气钻头等许多领域。PDC研发及其在石油、天然气钻头方面的套用历史已过去了35年，在这漫长的旅程中许多科学研究者为此作出了杰出的贡献。 在PDC研发方面，GE公司1970年公布，1972～1973年正式进行商品化生产的Compax具有划时代意义，而该公司1976年叉推出了专用于石油、天然气的PDC系列产品——Stratapax钻井钻头用PDC，为钻头的研制提供了良好的基础。自此以后许多PDC制造公司在技术创新上也取得了重大进展，其中美国合成公司(US Synthetic)制造的金刚石层更厚、更耐冲击的PDC于上世纪90年代中期进入钻井市场后，使PDC钻头的钻井效果显著提高。1997年该公司即成为了市场份额的领头羊。 硬质合金 我国郑州三磨所于1987年研制成功PDC并逐步进入钻井市场，虽然产品性能还不完美，但其却以极低廉的价格赢得了我国刚起步的钻头制造业的青睐。 1992年郑州新亚复合超硬材料有限公司建成投产后，对PDC的制造技术作了持续不断的改进，使PDC的性能有了长足的进步。 PDC石油、天然气钻头的开发与套用也可追溯到30多年前，1973年Tulsa大学钻井研究中心与GE公司所进行的最初的平面PDC钻头设计以及在美国几大油田进行的几次现场钻井试验具有开创性、里程碑性的重大意义。自此以后，钻头制造商也不断在钻头设计、制造与使用诸多方面作了不懈的努力和持续的改进，才得以使PDC钻头在石油、天然气钻井中广泛推广，并给PDC及其钻头制造业、石油与天然气开采业带来丰厚的经济回报。 油田 1985年我国四川石油管理局与美国克里斯坦森(Eastman Christensen)公司合资建立了川石一克里斯坦森金刚石钻头公司。 1994年新疆石油管理局与Halliburtos的secarity DBS公司合资建立了新疆一帝陛艾斯钻头工具公司，这两家企业都利用了国外成熟的PDC钻头制造技术，有力地促进了我国PDC钻头的制造与套用技术的进步、促进了PDC钻头在我国各大油田的推广和普及。 钻头发展简史 在PDC的生产技术尚未成熟，或者说PDC钻头刚开始开发之前的一段时间，就有厂家用无硬质合金衬底的聚晶人造金刚石取代天然大颗粒金刚石来制造表镶钻头。聚晶体的形状有一端为圆锥的圆柱形、三角块形、圆片形及矩形、块形等多种，如GE公司的Geoset、Fomset，De Beers公司的Syndax3以及郑州三磨所的TSP，它们的共同特点是具有高热稳定性，即耐1000℃～1100℃的高温，可直接烧结到由碳化钨粉未及粘结金属组成的钻头胎体的冠部作为钻齿，破碎与切削地层。 碳化钨粉未 1969～1975年郑州三磨所分别生产了几种不同直径的JR20SN一2聚晶体，首先用于保径的孕镶钻头和扩孔器的制造，钻进矿山7级以下的地层，而后用6x 6mm聚晶体制造石油刮刀钻头，在胜利油田进行试验，以钻进同一井深2400m为例，聚晶刮刀钻头与硬质合金刮刀钻头相比，每口井可节约1.1～1.2万元，并节省78%的时间；聚晶刮刀钻头与牙轮钻头相比，节省成本50%以上，钻井时间减少5～8天。另外1.8×5mm聚晶体制造的地质取芯钻头、扩孔器以及2.5×5mm聚晶体用于冶金、煤田及地质孕镶钻头的保径，其效果也与天然金刚石相近。 在上世纪80年代初期我国自主研发的PDC尚未成功之前，6×6mm聚晶体曾大量用于石油、天然气钻井的取芯钻头和西瓜皮式的全面钻进钻头。三角块形聚晶也曾大量用于制造中硬至硬地层(如石灰岩、白云岩)、轻微研磨性地层的取芯或全面钻进钻头。自90年代国产PDC大规模生产之后，聚晶人造金刚石逐渐退出了钻井市场，被PDC全面取代。 金刚石 石油、天然气钻井用PDC钻头的研发与套用经历了一个相当长的时间，早期PDC的抗冲击性不高、存在分层现象，加上钻头设计制造方面存在问题及石油、天然气钻井具有风险性，占据钻井市场较大份额的牙轮钻头制造厂商表现不是那么积极，因此PDC钻头的研发和套用遇到了较大的困难与阻力。 美国在1973～1975年间采用GE公司生产的8.38×2.8mm、金刚石层为0.5mm厚的PDC(Compax)焊接到硬质合金齿柱上再安装到钢体钻头上进行试验，大量的原始试验数据表明：PDC可取代用于钻进最硬和磨蚀性很高的岩石的表镶钻头上的天然金刚石。但考虑到PDC的结构与性能特点以及石油、天然气地层大都为软一中硬地层，于是钻头制造厂商把PDC套用重点放到了具有重大市场前景的石油钻井市场。美国Tulsa大学钻井研究中心参与了最初的平面PDC钻头设计，并对PDc本身进行了关键性试验。在此期间GE公司在南德克萨斯州、科罗拉多州、犹他州、上密西根州进行了4只PDC钻头的试验，暴露了PDC柱齿、钻头设计与制造方面的一些问题。 取芯钻头 初期试验存在的问题解决后，1976年12月GE公司推出了钻头专用PDC系列产品Stratapax，其性能有所改进，更耐冲击，也更有利于固定到钻头体上。与此同时Diamant B0art公司在波斯湾和北海盐岩中、East.man Christensen公司在北海也进行了一些较为成功的PDC钻头试验。 通过上述初步探索性试验之后，80年代末一直到现在，PDC制造厂对PDC进行了一系列的改进与创新，使PDC的各项性能得到了很大提高，而各大钻头公司随着能源市场的景气、原油价格的不断创新高，他们与石油公司一起积极开发了一系列新型PDC钻头，改善了使用效果与扩大了使用领域。 90年代起，从钻头水力学角度出发，通过完善钻井泥浆以控制页岩中钻头泥包现象获得了成功，使解决钻进页岩夹层存在的问题获得了突破性进展。PDC钻头的最大发展是Amoco公司发现了钻头损坏的最主要原因是钻头旋转偏摆(回旋)造成的，随之发展了防钻头偏摆设计技术，各钻头制造厂从钻头设计角度出发对布齿结构、刀翼结构、钻头剖面形状等采用了一系列防偏摆设计技术，将旋转偏摆程度降低到最小。此外，Eastman Christensen公司将Amoco的防偏摆产品实现了商品化，采用了稳定钻头工作装置，使PDC在钻进时降低导致其破坏的剧烈偏摆载荷，正式推出了防旋转偏摆钻头，这种钻头在多层(非均质夹层)岩层钻进中更为有利。此外，钻头冠部形状也由平面状变为3～8刀翼甚至更多刀翼(螺旋形)的西瓜皮状。 原油 PDC钻头不断提高与创新的另一原因是开发与套用了更为现代、更为复杂的计算机数据模型系统(CAD/CAM)，并与实验室验证相结合，增加了钻头成功套用的把握。在我国，PDC钻头的开发因为受到PDC国产化的影响，相对美国要晚15年左右，在上世纪80年代中期，江汉钻头厂、大港总机厂钻井研究所及北京石油大学等单位开始着手研发PDC钻头，1985年川石一克里斯坦森金刚石钻头公司与1990年新疆一帝陛艾斯钻头工具公司成立后分别引进了国外成熟的PDC钻头技术及后续新技术，并采用GE、DeBeers、USS公司生产的质量稳定可靠的PDC，它们制造的钻头在钻井中均有卓越的表现，为我国PDC钻头的开发与套用迅速铺平了道路，展现了PDC钻头在石油、天然气钻井市场的光明前景。但因钻头成本过高及售价昂贵，其套用主要在新疆地区油田及海洋油田钻井中推广。 1988年郑州三磨所自主研制的价格十分低廉的PDC投放市场后，加速了我国PDC钻头国产化的步伐，先后出现了江汉钻头厂钻井研究所、大港石油总机厂、胜利油田钻井院、大庆石油管理局钻头厂等一批PDC钻头制造厂，完全国产化的PDC钻头在大庆油田、中原油田、大港油田、胜利油田、辽河油田、吉林油田等地区得到了推广和普及。 由于20世纪90年代初国产PDC的性能还不令人满意以及部分钻头厂家钻头设计与制造水平相对较低，钻井效果尚不太理想，直到郑州新亚复合超硬材料有限公司投产后，在PDC制造技术上坚持不懈地进行研究和创新，产品的规格与国外产品一致，产品的质量及可靠性提高，才基本上满足国内外钻头客户用于钻进软一中硬地层钻头的技术要求，目前该公司主要致力于开发适合于硬地层、夹层、深井等难攻地层钻头用的PDC。另外，在钻头制造方面，除川石一克里斯坦森金刚石钻头公司、新疆帝陛艾斯钻头工具公司外，又涌现了一批具有高质量水平的钻头制造公司：如成都百施特金刚石钻头公司、武汉亿斯达工具公司、成都迪普金刚石钻头公司及四川川石金刚石钻头公司等。可以相信，不久的将来，国产PDC钻头的使用效果及套用领域会随着PDC品质的改善以及钻头设计、制造水平的提高而迅速进步。 大庆油田 当今，在世界钻井市场上，在钻头制造技术与生产数量上占主导地位的知名公司有休斯(BakerHughes)公司、DBS(HaIliburton的Secarity DBS)公司、史密斯(Smith International)公司以及瑞特(Hycalog Tool—Reed)公司四家。 钻速影响因素 1) 地层沉积年代远，地层硬度高、不均质，部分层段研磨性高。 厚度在500m以上的自流井组，泥页岩，砂岩互层，砂泥岩致密，硬度高，须家河段为泥岩夹石英砂岩，矽质胶结，岩石硬度达7级；二叠系阳新统地层岩石可钻性级值为4.7～7.5，岩石软硬变化大，因高围压作用，二叠系灰岩硬度高出三叠系3倍以上，且央带燧石结核，煤及黄铁矿。 燧石结核 2) 井眼不稳定。 川东高陡构造井的上部沙溪庙组一珍珠冲组地层(井深0～2500m)，岩性主要是砂，泥、页岩互层。由于岩石水敏性强以及高陡构造的地应力联合作用，使井眼很容易失稳，井壁严重坍塌。为了平衡垮塌而提高钻井液密度.导致机械钻速大幅降低，如天东26井在沙溪庙组、自流井组地层钻井中钻井液密度提至1.35～1.63g/cm 3 ，由高液柱压力产生的“压持效应”使机械钻速降至0.96m/h；二叠系的龙潭组、梁山组也极易垮塌。 井眼 3)地层倾角大，地层倾角8～55 。 ，最高达85 。 ，容易发生地层自然造斜。 为了控制井斜往往采取轻压吊打的措施，从而大大降低了钻井速度。 4)地层压力系统复杂，从负压到异常高压相互交错，具有纵向上压力系统的多样性和横向上压力系统相对独立性。 碳酸盐岩气藏有裂缝性、孔隙性和裂缝一孔隙性3类产层。孔隙性气藏压力规律性较清楚，基本表现为常压，能实现平衡钻井，如川东石炭系、长兴生物礁等。而裂缝性气层压力依赖于地质运动的强弱及岩石本身的强度·规律性差，很难预测。钻井时按有裂缝存在而采用高密度钻井液钻进。导致过平衡影响机械钻速，但采用低密度钻井液快速强钻，突遇裂缝井喷的风险很大。阳新组、长兴组两个高压产层，由于压力梯度高，岩石硬度大，并且地层深度深，钻井液密度通常为1.50g/cm 3 ；(云安6井最高压力梯度达2.45MPa/hm，钻井液密度2.41g/cm 3 )，致使钻速长期徘徊在1.00m/h左右。 井喷 5)大尺寸井眼长。 川东地区大于 311.Imm井眼的井段约占总进尺的1/2～3/4，由于井斜因素导致钻压加不上。 in头钻压一般只能加到120～180kN，转速一般为60r/min。大尺寸井眼钻头破岩体积大，如 in钻头的破岩体积为8Min钻头破岩体积的4.24倍， in钻头的破岩体积为 in钻头的2.08倍。显然钻头在井底的机械破岩能量严重不足，牙齿很难吃入地层.破岩方式主要以研磨为主，而不是体积破碎，导致钻头破岩效率很低。由于井眼尺寸大、井深，实际环空返速在0.8m/s以下，水力能量也严重不足，导致井底清洗效果差，岩屑重复破碎；同时，深井钻井经验表明，随着大尺寸井段的加深.牙轮钻头的蹩跳现象尤为突出，钻头在井底的有效钻进时间不到50%，也严重影响了机械钻速的提高。 岩屑
常用钻头有那几种类型？
常用的钻头，大概分为轧制麻花钻，全磨制钻，又分为直柄钻、锥柄钻、1/2等柄钻、双头钻、单头短钻、中心钻、六角柄钻头、电锤钻、冲击钻等，材质又可以大致分为，4241#、4341#、9341#、6542#、M35、M42、合金等。
石油行业使用的钻头有很多种类，以不同的钻进方式为根据对钻头进行分类，可以将其分为金刚石钻头、牙轮钻头与刮刀钻头，这三种钻头是最基本的钻头形式。
在这三种钻头中，在石油钻探工作中应用最为普遍、最为广泛的一种是牙轮钻头，其应用程度也比较深如姿。将这三种钻头进行对比，使用范围最小的一种钻头是刮刀钻头。本文主要介绍的是金刚石钻头与牙轮钻头。
扩展资料：
钻头是钻井设备的主要组成部分，其主要作用是破粹岩石、形成井眼。旋转钻头是目前石油行业普遍使用的钻头，在机械的带动下旋转钻头会产生旋转，从而带动整个钻头产生向心运动，并通过侵削、研磨使岩石发生裂痕并破碎，起到向下钻探的作用。
钻头是主要的钻井设备之一，根据工作环境裤袜、地域环境的不同，钻头的规格、形状也应当有所不同，在进行石油钻井工作时，应当以具体需要、具体设计方案为根据，合理地、科学地选择钻头 。
在具体的钻井工作中科学选择钻头、合理确定钻井液，从而提高石油钻井的工作效率、工作质量，才能使石油钻井更好地发挥自身的价值，为促进石油事业的发展作出一定的贡献。
金刚石需要高度注意的有以下几个方面：
第一，金刚石钻头的价格比较高，因此在使用时应小心操作，降低损坏程度；
第二，金刚石钻头在热稳定性方面具有一定的缺陷，因此在使用时要保证钻头的冷却性能、清洗情况；
第三，其质地比较脆，因此金刚石钻头的抗冲击性能会比较差，应该严格按照金刚石钻头的相关规程来进行严格的、规范的操作
在选择牙轮钻头当做石油钻井工具时，需要按照钻井设备的实际情况、地层的实际条件以及相邻油井的地质资料、地层资料来进行牙轮钻头的选型。在进行选择时，需要考虑的问题主要有以下几点渣纯绝：
首先，应考虑钻井地层中的软硬交错情况是否存在；其次，应考虑在石油钻井工作中是否需要防斜钻进、曲线作业；
再次，应考虑同一油井中的不同钻进井段的实际深浅情况；
最后，应考虑钻井地质、地层的可研磨性以及软硬程度
参考资料：百度百科——钻头
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