石油钻头技术的现状研究及发展趋势

石油钻头技术的现状研究及发展趋势

蒋立宏

身份证号码：51102319841106217X

摘要：伴随着近年来我国城市化进程的加快，石油工程迎来了新的发展生机，石油钻井工程项目是为了探明已经证实的石油含油面积和储量，寻找与证明含油结构构造而存在的，属于石油开采工程项目的前期准备环节，为后续石油开采活动提供有效的技术支持和数据参考。钻头是石油钻井工程项目的重点问题，钻头质量直接影响石油开采效率和勘测价值。因此，必须要加强对石油钻井工程项目中钻头的选择分析。基于此本文将详细分析石油钻头技术的现状研究以及发展趋势，希望逐渐提高石油钻头技术水平。

关键词：石油钻头技术；现状；发展趋势

引言

现代钻井技术近些年不断完善，理论不断得到创新，现在流行的钻井方式有多种，以应对不同的地质以及开发环境。因此，对石油钻井技术的研究具有十分重要的意义，对我国未来石油行业的发展拥有不可替代的作用。

1钻头概述

钻头是石油钻井过程中最为重要的组成部分，直接关系着钻井活动是否能够安全稳定地进行，钻头质量的好坏直接影响所耗用的时间成本。在石油钻井过程中，钻头主要用于破碎石油勘测期间井口存在的岩石，破除比较坚硬的障碍物，然后形成井眼。钻头的选择与所钻地层的地质条件和地层性质息息相关，在钻头选择之前，技术人员要对钻井工程项目所在地的具体情况，包括地质水文特点、地下水深度、岩层特性以及气候条件进行系统全面的分析，明确钻井工艺，结合钻井功能选择适合的石油钻井钻头。不同地区和环境条件下所选择的钻头规格和形状都是各不相同的，因此需要因地制宜地开展钻头的选择工作，保证钻头选择的合理性和科学性，使得石油钻井工程项目能够顺利稳定地开展。

2石油钻头技术的现状研究

2.1深孔麻花钻钻杆

深孔麻花钻头在目前的石油钻头出产进程中有着非常广阔的应用前景。一般情况下，如果双绞线钻头直径＜14 mm，则选用灯条连接法。为了使焊接强度到达最大，必须确保焊接方位有必定的边角。钻头的直径一般比钻头的直径小。钻头的均匀直径比钻头的直径小0.2 mm左右。首要目的是通过操控钻头的直径来操控钻头的潜入方向。当钻头直径小于钻头直径时，钻头能够对钻头的切削方向起到一定的指导作用，然后有效地减少了在石油钻头的制作进程中可能呈现的偏颇现象。其次，钻头的粗细和钻头的强度也在一定程度上决定了深孔钻头的寿数。关于石油钻头和渔具来说，多为硬质合金材料，合金材料在切削进程中会产生极高的温度。钻头能够迅速将大量的岩屑从钻头中排出。这些高温碎屑严重影响杆的外表和结构。因此，确保了杆的质量和强度以及钻杆的表面粗糙度具有重要的意义和作用。

2.2固定切削结构钻头技术分析

以PDC钻头为代表的“固定切削结构钻头”特点：通过聚晶金刚石复合片借助自身硬度刮切作用破碎地层。适应于软到中硬的均质地层，具有机械钻速快，安全可靠等特点。但PDC钻头在硬地层和非均质地层中钻进时，由于岩性的高抗剪切载荷和软硬交替接地层的交变载荷极易导致聚晶金刚石复合片很快损坏，从而导致钻头短时间内失效。除此之外，PDC钻头在工作过程中，钻压和扭矩共同作用使聚晶金刚石复合片有效吃入岩层，绕着井底中心做螺旋运动破碎岩石，刮切破岩原理需要足够大的扭矩实现对岩石的切削，导致PDC钻头具有高扭矩现象，岩性的非均匀抗压性使得钻压变化从而会引起扭矩的大幅变化，导致定向钻进时工具面不稳定，不易控制。PDC钻头定向作业大部分时间花费在摆工具面上，定向效率低。虽然通过对PDC钻头结构优化设计提高了一定的导向能力，但仍弱于具有冲击方式破碎岩石的复合钻头。

2.3液动

液动旋冲钻井技术的应用，主要是其冲击器将液动作为其动力源。在当前的深孔硬地层中钻井施工中的应用最为广泛。常见的有水力和高压油两种，其在钻井中主要是利用水作为驱动后介质，所以在燃料方面的消耗较低，加上其具有较高的利用率和较强的携带岩石的能力，设备投入也很少，因而在石油钻井施工中得到了广泛应用。常见的主要有吸射类、射流类以及阀式液力冲击器。尤其是阀式液力冲击器，在实际应用中，其所需的运动部件很少，一般井的深度和周围的压力不会对其的运行带来影响，并结合实际要求对钻井技术和井深等进行确定，并达到全面积破碎岩体的目的。冲击器的直径由小直径进步到大直径的创新，进而形成系列化的产品，完成工艺的多方向发展。石油钻井范畴内，旋冲钻井可以有效地的完成油井内部坚硬的岩石破碎。需要使用寿命长的冲击器，普遍规定超过3 000m的井段，还应加强冲击器应用方式的研究，提升可靠性能，使冲击器的寿命得到延长，以完成石油钻探的深部开采成效。对旋冲钻井进行相应研究，使用更加合理的、具备更高科技含量的旋冲钻井钻头，来进一步提升工作效率。必须扩大冲击器的使用范围，由直井进而向定向井开展，进而扩展冲击器的使用范围，与此同时也要应用计算机技术计算冲击器各个参数，了解冲击器的工作规律，进而根据精准的数据以及信息进行调节，进一步确保冲击器高效率施工以及应用。

3石油钻头技术的发展趋势

3.1探究石油钻头技术发展趋势

为了逐渐提高石油钻头技术应用水平，需要对钻头结构进行优化，并根据具体应用情况开展创新和研发石油钻头的类型，有效提升石油钻头整体的耐磨性、韧性和钻井效率、质量，同时能延长其使用寿命。对于钻头齿技术来说，材料作为非常重要的内容，对于轴承技术来讲密封作为重点内容。因此，牙轮钻头未来发展主要方向在于轴承密封技术以及齿材料方面。当前我国科学技术水平逐渐提高，在成本投入上有着明显的降低，同时广泛运用了金刚石复合齿。在未来发展过程中，对于石油钻头技术来说可以朝着以下几方面不断发展：首先，加强对钻头材料技术进行深入研发，合理完善超硬材料技术，确保牙轮钻头齿、PDC复合片等部件功能以及质量。当前我国逐渐追求高性价比石油钻头材料，有利于节约整体作业成本，同时确保作业质量。其次，针对石油钻头技术来说，需要逐渐提升难钻地层整体适应能力，在发展石油钻头技术过程中，需要充分重视这个发展方向。同时，在分析石油钻头技术时，应逐渐提升分析以及设计石油钻头技术水平。最后，针对新钻头、新工具以及新的破岩方式上需要取得很大的突破，同时应注重研发新技术，并加强推广和运用，才能取得很好的应用效果。

2.2实时监测与风险识别技术

地层性质、钻井模式(复杂运动方式)决定了钻头牙齿的载荷特性，对钻头牙齿的失效形式产生至关重要的影响。例如个性化PDC钻头复合片的失效形式有:正常磨损、崩刃磨损(金刚石层冲击崩损)、热磨损、强度失效(冲击断裂)等多种。钻头上不同区域的切削齿失效往往也有显著差异(心部一般为正常磨损，外部则容易崩损)，不同材料特性的复合片抵抗各种失效的能力也有明显差异。钻头上牙齿的失效有时为单一形式的磨损，更多的时候则是不同失效形式并存，多重因素的综合严重制约了PDC钻头在深部难钻地层的工作性能。因此，在千变万化的井下环境下监测钻头状态和预判风险至关重要，是确保钻头发挥极限、避免先期破坏的关键。

结语

综上所述，研究人员需要在目前的基础上不断进行改造创新，早日解决问题，将我国自主研发的先进技术运用到石油钻井上，为未来打下基础。

参考文献

[1]朱建玲.石油钻头体五轴数控加工工艺分析[J].机电工程技术，2021.

[2]郎卫生.旋冲钻井技术在大庆石油钻井中的应用[J].化学工程与装备，2021.

[3]赵永明，李亮.高强度低成本石油钻头胎体配方的研究[J].超硬材料工程，2016.