硬岩钻进用石油钻头研究现状及发展趋势

能源与矿产的持续安全供给是经济快速增长的保证,而中硬岩层钻进一直限制着油气钻井向深部发展。针对硬岩地层钻进,地质行业主要采用金刚石钻头钻进,而油气钻井行业除按传统方法采用牙轮钻头和金刚石钻头钻进之外,也逐渐开展了PDC钻头钻进硬岩的研究。本文分别介绍了牙轮钻头、金刚石钻头和PDC钻头在油气勘探硬岩钻进中的应用研究现状。其中,牙轮钻头研究主要集中在增强轴承密封性能、改进布齿结构和提高切削齿强度三个方面,而金刚石钻头研究则集中在碎岩机理、金刚石参数和胎体性能,以及钻头结构三个方面。提出了三类钻头的研究方向和发展趋势,为硬岩钻探技术发展提供参考。     

涡轮钻和改进的PDC钻头在硬岩钻进中的应用

涡轮钻和改进的ＰＤＣ钻头，在硬岩钻进中的应用Ｒｏｂｅｒｔ　Ｃ．Ｂｏｕｄｒｅａｕｘ等马保松译孙友宏校在墨西哥湾地区，采用涡轮钻进配合具有改进的导轨式切削结构的ＰＤＣ钻头，提高了中硬一硬岩层中的钻进效率，与使用容积式马达的回转钻进相比，无论在什么样的钻进...     

冲击回转挤密钻头及钻进方法的研究

在高层建筑和地下工程的地基加固而进行的土层锚杆施工中，采取圆锥形冲击回转挤密钻头与气动潜孔锤结合，形成了冲击回转挤密成孔的钻进方法。通过在回填土，淤泥质亚粘土，亚粘土和粘土地层中采用该方法获得不同钻进速度的比较，对影响钻进速度的因素，圆锥形冲击回转挤密钻头在钻进过程中同钻头前方土层的相互作用及土层性质变化进行分析，指出圆锥形冲击回转挤密钻头的缺点及适用条件，并提出对该钻头结构的改进方案。     

卵砾石地层金刚石钻头的试验研究

卵砾石地层钻进是钻探的难题之一,不仅钻进速度低,钻头的使用寿命短,而且钻探成本高。针对卵砾石地层钻进,开展了新型结构钻头的试验研究,研制成一种金刚石-聚晶体复合型钻头,现场试验表明,钻头的钻进速度能够≮1.8 m/h,使用寿命能够达到50 m,钻探成本较低。     

孕镶金刚石钻头钻进控制新方法的研究

在分析了目前常用钻进控制方法的基础上提出了钻进中应采用控每转进尺的钻进控制方式，并对部分孕镶金刚石大钻头和做钻头进行了室内钻进试验，由每转进尺ｈ和单位钻压每转进尺ｈ／ｐ得出不同岩石中不同钻头的合理每转进尺范围，且由ｈ／ｐ值对不同岩石进行的最佳钻头的选择。     

三角聚晶阶梯形钻头设计的合理性探讨

我所研制的人造金刚石三角聚晶阶梯形钻头（照1）在3～5级塑性软地层及粉砂岩地层中试验钻进,具有时效高（最高达24.60m/h）、寿命长（最长达691.74m）、成本低的特点（试验效果见表1）。为进一步在煤田地质勘探中普及绳索取芯钻进工艺创造了良好的条件。对于绳索取芯厚壁钻头来说,在塑性软地层中钻进,聚晶钻头的结构形式一般常采用阶梯形、抛物形和平底形（图1）。三角聚晶钻头采用什么样的结构形式更好呢? 1 合理利用聚晶从聚晶的合理利用出发,阶梯形优于抛物形和平底形。      

热-机碎岩孕镶金刚石钻头的设计及试验研究

为提高钻进效率,合理利用钻进过程中产生的热量,本文采用摩擦热能辅助机械能碎岩（简称：热-机碎岩）的方法,将氮化硅作为摩擦元件引入孕镶金刚石钻头中,以提高钻头工作层的钻进性能。本文通过对钻头水口、摩擦元件的尺寸计算,钻头胎体、结构的设计,制造了一种新型热-机碎岩孕镶金刚石钻头（简称：热-机碎岩钻头）,并与常规六水口钻头和三水口钻头开展了室内钻进试验对比。结果表明,与六水口钻头和三水口钻头相比,热-机碎岩钻头加入摩擦元件后能够因摩擦生热而使岩石产生弱化作用,钻头钻速提高,在相同钻井液流量下最高可比六水口钻头的机械钻速高33.3%。热-机碎岩钻头胎体的磨损程度比三水口钻头小,热-机碎岩钻头可用于强研磨性地层的钻进。     

大口径正循环钻探的钻头设计

近几年来，尽管泵吸反循环、气举反循环等钻进方法被广泛应用于钻孔灌注桩施工，但是，正循环钻进方法仍占有相当的地位。不论正循环钻进还是反循环钻进，钻头的结构是很重要的。下面就大口径正循环钻进钻头结构设计作一些探讨。     

PDC无心钻头结构参数与钻进性能的关系

ＰＤＣ无心钻头结构参数与钻头钻进性能有密切联系，通过全尺寸钻头室内实钻正交试验，研究了各结构参数与钻头钻进速度的关系，确定了ＰＤＣ无心钻头优化结构参数组合。     

高温硬岩空气潜孔锤钻头设计

干热岩试验性开发井钻井施工,在高温硬岩的地层条件下,如何实现高效钻进仍存在很多技术难点。空气潜孔锤钻进技术是解决硬岩地层钻进的有效方法之一,潜孔锤钻头是空气潜孔锤钻进的关键器具。根据青海共和干热岩GH-01井空气潜孔锤钻进技术应用情况,分析探讨了空气潜孔锤钻头断齿、掉齿、磨损严重、使用寿命短等问题,从钻头结构设计、钻头材料选取、钻头冷压固齿工艺等几个方面对空气潜孔锤钻头进行了优化。固齿优化过程中采用有限元分析方法,对钻头冷压固齿过盈量进行仿真分析计算,根据分析计算结果确定最优固齿过盈量。通过对潜孔锤钻头结构、材料、加工等优化,为适用于高温硬岩的空气潜孔锤钻头研制提供了借鉴。为提高空气潜孔锤钻进综合效率,为干热岩钻探开发提供了技术支持和技术储备。