聚晶金刚石复合片钻头的简称。是地质钻探行业常用的一种钻井工具。其实它的演变是从 金刚钻演变来的。
复合片外形是圆形被镶焊在圆柱的切削具上,将切削具镶装在钻头体上,成为PDC钻头。PDC钻头远比天然金刚石钻头成本低,但是只适用于软到中硬地层。PDC钻头在20世纪70年代初制造和使用成功以后,得到迅速发展,它可用较低钻压和较高转速,钻头进尺高,单位进尺成本低。中国某些油田利用金刚石聚晶复合片镶焊在刮刀上,也获得了良好的效果。
PDC钻头为一整体式钻头,整个钻头没有活动零部件,结构比较简单,大致由钻头基体、钻头切削齿、喷嘴及排屑槽等几部分组成。
钻头基体
按钻头体材料及制造方法,PDC钻头可分为钢体PDC钻头和碳化钨胎体PDC钻头。 钢体式PDC钻头的表面不耐冲蚀,规径易于磨小,而胎体式钻头的碳化钨合金耐冲蚀、耐磨损,允许使用较高的钻头压力降、较高钻井液含砂量,易于进行优化水力设计,具有较大的设计灵活性,钻头寿命较长。
PDC钻头基体有四种基本冠部外形:鱼尾形、浅锥形、短抛物线形和抛物线形。
鱼尾形PDC钻头的翼片很长,增加了复合片的出刃高度,同时也增加了钻头冠部与地层之间的间隙,使岩屑易于排向环形空间不致于粘附于钻头体,有利于射流的洁洗。这种钻头的最大特点是能减少泥包和与泥包相关的钻井问题。鱼尾形PDC钻头适用于转盘钻井的直井和定向井钻进,适于钻进粘性极高的泥页岩层。
浅锥形PDC钻头在四种冠部形状中,冠部面积最小,水力能量集中,易于清洗。由于其外形依靠较长的保径和适当的扶正,因而在快速钻进中,也能保持方位和井斜的稳定。这种钻头复合片密度不易过大,而且只能用于转盘钻井,适用于钻进夹层。
短抛物线形钻头有一个带锥度的冠部,其冠顶相当圆顿。这种设计可使钻头外侧布置更多数量的切削齿,使钻头的磨损更为平衡。短抛物线形PDc钻头用于转盘钻井、井下动力钻井及定向钻井都比较稳定,最适合于钻可能遇到硬夹层的地区。
抛物线形钻头的整个冠部载荷分布均匀,无明显载荷过渡区,载荷不致过分集中。这种冠部外形可使钻头肩部及规径部位布更多的切削齿,故最适合于高速井下动力钻进。抛物线形钻头具有良好的磨损寿命,但该型钻头具有较大的冠部表面,要求较高的流量和水力能量来实现清洗和冷却,钻头的鼻部在钻夹层时局受损坏。
⒈胎体式PDC钻头
胎体式金刚石复合片(PDC)钻头是将金刚石复合片通过钎焊方式焊接在钻头胎体上的一种切削型钻头。胎体钻头用碳化钨粉末烧结而成,用人造聚晶金刚石复合片钎焊在碳化钨胎体上,用天然金刚石保径。
⒉钢体式PDC钻头
钢体PDC钻头,是用镍、铬、钼合金机械加工成形。经过热处理后在钻头体上钻孔,将人造聚晶金刚石复合片压入(紧配合)钻头体内,用柱状碳化钨保径。
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