PDC钻头在使用中的问题.docx

第4章PDC钻头在使用中的问题

现阶段来说我们还需要不断加强对钻头材料技术的开展，提高产品的使用性能。目前我国仍在不断地对PDC钻头材料技术进行研究，因此在一些新钻头、新工具方面也有了很大的突破，让新产品能够被广泛推广所以我们要加大对PDC钻头的研制开发，要将绿色理念运用到其中，使其提高工作效率和资源利用率，降低生产的本钱，实现可持续开展。当然要到达这些目标就要解决PDC在钻进过程中的一些问题，下面就要通过一些调查来发现存在的问题。

4.1PDC钻头泥包的简介以及出现的一些现象

4.1.1泥包的简介

早在1973年，剪力作用就被用来切削岩石，同时运用于PDC切削齿，也为PDC钻头的开展奠定了根底。因为PDC钻头有着较高的钻速以及使用寿命比拟长等优点，使得PDC钻头多用于软和中软地层。在使用PDC钻头勘探时，假设产生的岩屑没有能够很快地从PDC钻头的排屑槽中排出来的话，那些一个一个的岩屑就会黏在一起，并且形成一条带状的页岩片很难再去分开。因为形成的带状页岩片尺寸比拟大，所以就更难从排屑槽中排出，这样就会导致相互结块，形成泥包。同时，大量的钻井工作都发生在页岩以及其他的含水岩石中，这些岩石层会和水发生作用从而膨胀。虽然页岩与粘土足以让PDC钻头钻进，但是膨胀的粘土会有可塑性，会黏在切削齿和钻头体上面，从而形成了泥包如图4.1所示。

图4.1PDC钻头泥包

4.1.2出现泥包产生的现象

〔a〕钻进时的进尺速度明显变得缓慢，钻进时间明显变长；

〔b〕增大或减小钻压对钻速没有明显的影响；

〔c〕在地层发生变化时对钻速没有太大的影响；

〔d〕泵压会稍有升高或者没有明显的变化，有时会出现高的泵压，甚至会堵死水眼，堵塞通道。

4.2影响PDC钻头产生泥包的因素

通常，影响PDC钻头产生泥包的因素有很多种，下面我们主要从土壤质量、在PDC正常工作时人为因素以及泥浆性能这几个个方面分析。

地质土壤质量的因素。在土壤的表层，主要是较软的土壤，这些土壤往往下有很强的粘结性，这样就会使土壤包裹在PDC钻头上，随着使用时间的增加，这些包裹在钻头上的土壤就会在钻头上形成泥包。具体来说，在土壤下部有一层很厚的泥页岩，泥页岩虽然属于岩石，但很容易被分散，尤其是在水分的作用下，分散后的岩石层逐渐包裹着钻头外部，随着钻头的不断工作，在钻头上产生较大的压力差，导致使钻头钻出来的土壤无法迅速脱落，一点点在钻头上累积起来了，随着时间增加，堆积的量也会越来越多，这样就会形成泥包。

在PDC人为操作因素。钻头在土壤的表层时所受压力较大，就会直接导致岩石层直接与钻头接触后形成泥包。如果钻头继续工作，随着钻头工作时间的延长，钻头工作的深度也会随之增加，这样钻头的压力越来越不均匀，当钻头工作更深时，钻进时间会随着钻头的不断深入而减缓，逐渐形成泥包。

泥浆性能的因素。在钻头正常工作时，泥浆的粘结性不强，这样就无法控制被水分分散的页岩。随着粘性的越来越大，清理钻头上的岩石的难度也加大了，时间长了，钻头的润滑性逐渐变差，导致钻头说明难以形成保护膜，促进了泥包的形成。

钻头本身的特性。钻头水孔的位置和角度不对，容易形成涡旋，没有方法清洗复合片，使得岩屑没方法排出；钻头的排屑槽太小，使得岩屑没方法顺利的排出；水孔的喷嘴太小了，使得泵压缺乏，阻碍了岩屑的排出。

第5章绿色设计理念在PDC钻头中的改善

PDC钻头的绿色设计是一种产品的设计理念，尽可能的引用低碳技术，具有比拟鲜明的先进性，对PDC钻头的可靠性、功能、舒适度和质量都有着非常重要的意义，当然设计者还需要考虑PDC钻头在整个生命周期内的环境属性。绿色设计不仅满足了人们对PDC钻头的根本要求，也实现了最大限度地资源利用率，将环境污染降到最低水平，减少污染物的排放，更好地为企业实现最正确的设计要求，同时具有良好的、低碳环保设计的PDC钻头可以在产品的研发当中就具备了对环境污染小，能源消耗低点的特点。

PDC钻头的设计直接会影响钻头使用的效果，对钻头会不会产生泥包有着重要的影响。我们可以通过优化水力、布齿、结构、涂层设计等设计方法，提高PDC钻头泥包的产生。

5.1优化水力设计

通过合理放置喷嘴数量以及喷嘴的角度，使得复合片能够充分冷却从而防止漩涡的产生，防止了岩屑的破碎，最终就减少了泥包的产生。可以采用一些专用的水力软件来进行模拟分析，当主刀翼两个喷嘴之间的间距太大时，就会存在井底的流苏不均匀的现象，从而导致形成非常大的漩涡，这样也就不利于岩屑的排出，这时可以减小两个喷嘴之间的距离，使得流速均匀，从而使得岩屑能够很好的排出，也减少了泥包的产生，所以说根据模拟分析的结果来确定喷嘴的几何位置在PDC钻头的水力设计中非常重要。

5.2优化布齿设计

首先，我们可以根据以往的实验成果得出：〔1〕