PDC钻头设计基础.ppt

PDC钻头设计理念介绍;理解钻头剖面结构 剖面结构对钻头性能的影响 后倒角特点 力平衡设计 切削结构特点 新的设计软件的应用 - IDEAS;钻头剖面;钻头剖面结构组成 ;锥面角;深锥面特点 ;浅锥面特点：;鼻部位置定义 ;鼻部曲面特点 ;鼻部与中心距离的关系;肩部，外径曲面和保径;钻头冠面的类型;平抛面;应用： 硬且中等研磨性地层 (Ej.: Calcareous sandstone, limestone, cherts) 典型的定向作业;应用: 中硬到硬且研磨性强的地层 (i.e.: Sandstone, limestone, hard shales) 转盘或是马达钻井作业;应用： 软??研磨性地层 (i.e.: 硅质 shales, silicious clays) 适合转盘钻进;钻头冠面的类型;后倒角 ;10°;典型使用的后倒角 ;6 blades / 16mm cutters 12.25” M616VPX, ER20091;钻头冠面特点 切削结构 多套切削特点 单套切削结构 - New IDEAS2 力平衡 刀翼分布 刀翼和保径几何形状 Lo-Vibe (可选)特性 特殊切削结构 (e.g.: ARCS);震动可能是由于钻头的特征产生的。 有些特征是可见的，而有些是不可见的。 可见的特征包括：刀翼形状和布置，保径形状，低磨阻块等； 不可见特征包括：力平衡，复合片性能和结构等。;定义: 通过独特的设计，来布置PDC 复合片从而达到预期的性能和寿命。 目标: 通过独特的井底覆盖模式来满足不同的需求（硬度，研磨性，潜在的震动等） ，达到用户满意。;钻头的性能和钻井效率直接受切削齿的布置类型影响。 多种布齿特点可能达到理想的性能和寿命的目的。;主要有两种 类型:;最早期的和最常用的切削齿布置模式。 切削齿沿着剖面分布，已达到完全的覆盖井底。 这种布置结构就是单一 模式，是每一颗齿都有独自的运动轨迹。;Single Set (No Redundancy);顺时针旋转;顺时针旋转 ;顺时针旋转; 顺时针旋转 比逆时针旋转类型稳定性要差，很难达到要求的稳定性。 攻击性相对较强。 逆时针旋转 非常好的稳定性。 攻击性比顺时针旋转设计要弱。 ;稳定性 脊高;钻头的性能（稳定性）和钻井效率（ROP）都直接的受切削齿布置得影响。 在实际使用中，切削齿的不同的布置方式可能起到钻头性能和寿命的最佳效果。;所谓多元是指多套的切削齿结构； 其中每一套都包含了一系列的切削齿 在每一套中的切削齿都有其各自的运动轨迹;多元化的布置会形成比单一模式的更明显的脊结构;力平衡;切削齿的位置由以下因素来确定： 径向位置 剖面角度 刀翼圆周角 后倒角 侧倒角 切削齿外露高度;切削齿的分布和定位;角位置 如图所示，钻头的 0°基准线和通过复合片面中心线的角度 侧倒角 指复合片面部延长线和通过钻头中心线的夹角。;纵向位置 从基准水平线到复合片面中心线间的垂直距离。;;;切削的形状 切削地层形成的形状对钻头的稳定性有影响。 对称切削 (理想状态) 没有偏离的作用力产生 (径向力). 非对称的切削形状会产生使钻头产生偏心运动偏离作用力;;欠平衡力 随着钻头的工作，钻压作用在切削齿上，总扭矩也就通过所有转动力（FC)产生了。;CIF2;直刀翼和螺旋刀翼 刀翼的形状和布置对减少钻头震动，有一定的影响。;直刀翼和螺旋刀翼 对于直刀翼来说，切削齿的径向力完全累加到了保径上。 而螺旋刀翼，仅是部分的径向力作用在了保径上，是比直刀翼的影响小的。;直刀翼和螺旋刀翼(cont.) 较低的保径应力减小了钻头随保径本身转动的几率。 同时，因为转动而产生的震动破坏了也降低到了最小化。;螺旋刀翼;对称 与 非对称 对称刀翼是指在相邻的两个刀翼之间的角度是相等的。 由于是对称的，产生的震动是重复的且不断扩大;对称 与 非对称 非对称刀翼，通常是相邻的两个刀翼间的所夹的角度是不同的。 和声被打破，两个信号之间的间隔时间是最大的。;“Lo-Vibe” (可选) 限制吃入深度，提高稳定性。 (DOC);1) 地层的特性与钻头剖面的对应关系. A. 软且研磨性 1. 短抛 B. 硬但没有研磨性 2. 中抛 C. 中软且没有研磨性 3. 平抛 D. 中到硬且有研磨性 4. 长抛 2) 判断：刀翼的形状， lo-vibe和力平衡 是可见的稳定性特征。 T F ;3) Indicate Forces on a PDC cutter: A. Radial force; B. Normal force; C