大庆油田钻技一公司钻头厂 黑龙江大庆
摘要：随着社会发展对石油能源需求量的不断增多，石油开采力度正在逐年递长，而作为石油开采中最主要的一个组成部分，钻井作业进行时最常用的工具便是PDC 钻头。PDC 钻头的科学应用有助于提升钻井效率，保证周边地质不会发生变化，进而为相关工作人员的生命财产安全带来巨大保障。根据所使用的钻头体材料的不同，PDC 钻头可以被分为钢体 PDC 钻头和胎体 PDC 钻头，其中，前者由于具有较高的工作效率、使用安全性、抗冲击性等优势，在钻井作业中受到了广泛的重视和应用。基于此，本文将对钢体 PDC 钻头的发展及应用进行详细的分析，希望可以为PDC 钻头的可持续发展带来一定的参考价值。
关键词：钢体；PDC；钻头；发展；应用
1 引言
在石油资源日渐枯竭的时代背景下，石油开采需要更具经济性与高效性。因此，需要在油田钻井作业开展过程中采用合适的工具来提升整体钻井效率与质量，PDC 钻头便是应用最为广泛的一种钻井工具，其工作性能的高低是与钻井作业质量、成本和安全性等有着直接关联的。而随着科学技术的不断进步，PDC 钻头的种类也变得越来越多，这为钻井作业的开展提供了更多的选择和保障。钢体 PDC 钻头与胎体 PDC 钻头相比较而言，其生产工艺流程较短，生产率高但生产成本低，且提升该类钻头的使用寿命较长，将其应用在油田钻井作业中有助于提升钻井速度和钻井效益。
2、有关钢体 PDC 钻头的最新研究分析
一般而言，PDC 钻头可以按照钻头体材料及切削齿结构划分的不同来进行分类，这样的分类是非常精准和详细的，具体可以分成胎体钻头和钢体钻头这两类。胎体钻头与烧结天然金刚石钻头及 TSP 钻头具有一致性的地方在于其所采用的钻头体制作方法及工艺与上述两个钻头相同，通过利用铸造碳化钨粉来烧结成钻头体，并在其工作面的合适位置留有窝槽，复合片可以被直接焊接到窝槽上。钢体钻头与胎体钻头之间存在的最大差异便是其钻头体的制作乃是由整块合金钢经过机械加工而成，这种钻头的复合片需要先焊接到碳化钨材料齿柱上，经过一系列操作制作成切削齿，进而在将制好的切削齿镶嵌在钻头体上。钢体钻头的保径部位所使用的材料也是金刚石块或其他耐磨材料，因此，为了降低这类钻头出现冲蚀问题的几率，需要将耐磨材料均匀的喷涂在钻头工作面上。在对胎体钻头和钢体钻头进行对比后可知，钢体钻头的造型受刀翼强度的影响较小，其钻头冠部主体和复合片钎焊都具有非常高的强度，这样就会促使钢体钻头的使用能够有效的降低钻井事故的发生率，并在钻头出现损坏后可以快速的进行修复，以免耽误到钻井作业效率与质量。但是钢体钻头的使用却也存在着巨大的缺陷，其本体耐冲蚀性较差，保径部位也不具备良好的耐磨性。在这样的背景下，可以基于这两大缺陷来对传统钢体钻头进行改进与优化，积极的研发出全新的钢体 PDC 钻头，以便为钢体 PDC 钻头的广泛应用与长远发展奠定坚实基础。
2.1针对钢体 PDC 钻头刀翼结构及流道结构的改进措施研究
使用整块合金钢来加工的钻头体的好处便是可以增加钢体 PDC 钻头的刀翼韧性，促使其在实际应用过程中不容易发生折断现象，为此，可以适当的将钻头刀翼往高和薄的方向上制作，这样有助于提升钻头整体工作速度；除此之外，也应有效的拓宽钻井水道，这样可以方便泥浆和岩屑的正常排出，降低钻头进行岩屑二次切削的几率，从而有效的提升了复合片使用寿命
2.2积极做好钻头刀翼表面的硬化处理
能够影响到钻头使用寿命的主要因素之一有钻头体的表面硬化质量，为此，在对钻头刀翼表面进行硬化处理的过程中需要严格遵循以下几点要求：（1）提升表面硬化层的整体硬度；（2）加强钻头刀翼表面与基体结合的强度；（3）确保钻头刀翼表面具有较好的耐冲蚀性。在充分满足以上三点要求的前提下，可以采用碳化钨焊条堆焊技术来达成钻头刀翼表面的硬化处理目标，这样就可以促使钢体 PDC 钻头在钻井过程中不会受到冲蚀破坏影响，从而有效的延长了其使用寿命。
2.3全面研究钢体 PDC 钻头的保径部位
能够对钢体 PDC 钻头的导向能力起到决定性影响的部位主要有钻头剖面、保径齿和保径块，为了充分的发挥出保径部位作用，需要采取合适手段来提升其耐磨性。为此，可以选用堆焊或是与复合片相结合等技术来加强保径块整体性能。
3、钢体 PDC 钻头的应用实例分析
某区块地层复杂，岩石可钻性差。地表为松散黄土层，中生界地层为志丹统至刘家沟组，主要为薄层砂岩和泥岩互层；延安组和延长组上部的砂岩研磨性较强；延长组底部到纸坊组中上部有砾石，对 PDC 钻头冲击磨损严重；刘家沟组为硬质泥岩层，PDC 钻头切削齿难以吃入地层；古生界地层为石千峰组至马家沟组，泥岩或砂岩以及碳酸盐岩地层厚度较大，石千峰组岩性软硬交错，存在着可钻性很差的灰色和杂色泥岩，石盒子组盒 8 段和山 1 段都是储气层，中上部有大粒径砾石，下部有硬质泥岩盖层，可钻性很差，这两个储气层位上具有致密盖层，可钻性差；本溪组有菱铁矿，PDC 钻头很难穿越；马家沟组为白云岩和石灰岩，也是储气层。调研了某区块20只PDC钻头（钢体、胎体各 10 只）的使用情况（图 1）：
图1 某区块20只PDC钻头的使用情况表
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调研结果表明，在某区块这种复杂地层中，钢体 PDC 钻头充分发挥了耐冲击、抗泥包等优势，更加适合在该区块使用。
结语
综上所述，在市场竞争越发激烈化的时代背景下，钻井企业想要实现长远发展目标，其就需要不断的优化钢体 PDC 钻头的制作工艺流程，提升该钻头的整体使用性能，并促使钢体PDC 钻头在油田钻井作业中的应用能够全面的发挥出自身优势，这样才能有效的减少钻井所需成本，避免钻井安全事故的发生，从而为钢体 PDC 钻头的应用开拓更为广阔的发展前景。
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