文档介绍：第 4 卷第 2 期石油工程技术 ,
2006 年 6 月 PETROLEUM%ENGINEERING%&%TECHNOLOGY June 2006
荨荩
李祖奎耿应春唐洪林
(胜利石油管理局钻井工艺研究院, 山东东营 257017)
在简要介绍国内研发的 PDC 钻头测定方法与分级标准的基础上, 分析了 PDC 钻头钻进特性的室内实
验情况, 论述了数据处理分析过程及其获取的定性定量结论, 提出了钻头切削齿有效吃入岩石、地层岩性与切削
齿相融、钻进技术参数互补的 PDC 钻头选择与使用方法。
PDC 钻头可钻性测定方法微实验机理研究选择和使用方法
用选取的地层岩样或岩石地面露头岩样制成试
PDC 钻头在钻压和扭矩的作用下, 以人造聚样, 并置于 KZX-1 型多功能岩石可钻性测定仪
晶金刚石复合片吃入地层并充分利用其极硬、耐中, 微型 PDC 钻头(图 1) 垂直于
磨、自锐等特点犁削、剪切地层和破碎岩石。 PDC 岩样钻出 4mm 深的实验孔( 钻压 、转速
钻头无活动部件, 在低钻压、高转速条件下可获得 55r/min), 记录后 3mm的钻进时间, 其中前 1mm
较高的钻速和进尺, 因而现场应用广泛。为预钻孔。实验时, 每种岩石通常钻 3 个或 3 个以
对于硬度小的塑性岩石, 在钻压的作用下, 切上的孔, 将测定数据的均值作为本块岩样可钻性代
削齿极易吃入地层, 在扭矩的作用下, 刀刃前方的表值。
岩石产生塑性流动, 使岩石出现切削破碎; 对于硬 20°
度较大的塑脆性岩石, 在钻压和扭矩的同时作用
× 复合片
下, PDC 钻头切削齿切入岩石, 使岩石产生剪切
4 压板
破碎[1]。所以, PDC 钻头的破岩方式不仅取决于钻
内六角螺钉
头冠部轮廓形状、切削结构、切削齿材质、布齿密
度/方式与方法等设计因素, 而且受控于钻头与所
钻头体
钻地层及其岩性的匹配性。
国内外钻井工程界不仅致力于钻头结构、水力
结构、切削齿材质/布置方式、制造工艺等方面的
研发与技术创新, 还十分重视 PDC 钻头特性的室
内实验研究。图 1 微型 PDC 钻头示意图
行业标准中, PDC 钻头岩石可钻性分级标准
20 世纪 80 年代末, 为推广应用 PDC 钻头, 与牙轮钻头的相同: 根据大数定理计算样本数据的
原石油天然气总公司石油勘探开发科学研究院在进代表值; 选用均方差作为数据的标准误差; 按照三
行大量文献调研与分析后, 通过各种实验并参照模倍均方差的原理, 运用肖维特舍弃法则, 选定相对
拟牙轮钻头破岩机理的岩石可钻性测定方法, 建立误差小于 15%的实验数据作为取舍标准; 将样本
了模拟 PDC 钻头破岩机理的岩石可钻性测定方法数据的均值取以“2”为底的对数计算岩石可钻性
[2]
与分级标准。级值 Kd(表 1)。
收稿日期: 2006-03-17 改回日期:2006-05-29
作者简介:李祖奎(1949—),男,1977 年毕业于华东石油学院开发系钻井工程专业,高级工程师,国际岩石力学与工程学会(ISRM)中国小组成
员。联系电话:(0546)8