摘要：近年來，深井、超深井油氣資源開發(fā)在我國油氣資源開發(fā)中所占比例越來越大。 對深井、超深井鉆井需要使用的鉆頭也要求具有更 高的穿透性和更長的使用壽命。目前國內(nèi)常用的牙輪鉆頭、金剛石鉆頭雖然也能用于深井鉆井，但其使用壽命短，牙齒磨損嚴(yán)重等問題，嚴(yán)重制約的深井、超深井油氣資源的開發(fā)。國外雖然有一些新型鉆頭，如 ：混合鉆頭，但其成本非常昂貴。因此，研發(fā)高穿透性、長使用壽命的鉆頭來提高深部復(fù)雜地層的破巖效率，已成為當(dāng)今我國石油鉆頭技術(shù)領(lǐng)域的前沿課題，也是鉆頭技術(shù)的發(fā)展趨勢。
       關(guān)鍵詞：鉆頭類型；牙輪鉆頭；金剛石鉆頭；混合鉆頭；發(fā)展趨勢

       1 概述

       在鉆井作業(yè)中，鉆頭主要用于破碎巖石，鉆頭質(zhì)量直接影響著井眼質(zhì)量、鉆井速度及鉆井成本。選用鉆速快且使用壽命長的鉆頭能大大降低鉆井成本。目前常用的鉆頭包括以下幾類：使用最廣泛的牙輪鉆頭、改造前景最高的金剛石鉆頭未來重點(diǎn)發(fā)展的新型鉆頭等。這些鉆頭有各自的破巖原理和適用地層。近年來，鉆井行業(yè)高速發(fā)展，鉆頭研發(fā)技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展，目前已有一些新型PDC鉆頭和混合型鉆頭能廣泛的運(yùn)用于各種地層，但研發(fā)更高耐磨、高韌性的材料和更好的鉆頭軸承以及更結(jié)合實(shí)際運(yùn)用的個(gè)性化設(shè)計(jì)的鉆頭是鉆頭技術(shù)發(fā)展的難題。這也是未來鉆頭發(fā)展的努力方向。
       2 常用鉆頭的類型及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
       鉆頭是破碎巖石形成井眼的主要工具，鉆頭的使用效率和壽命決定著最終的鉆井費(fèi)用。 鉆頭設(shè)計(jì)經(jīng)歷了最早期的刮刀鉆頭，到目前廣泛使用的牙輪鉆頭，再到具有廣闊前景的金剛石鉆頭，隨著材料科技的發(fā)展和鉆頭技術(shù)的提高，市場上還出現(xiàn)了許多新型鉆頭。下面我們就來具體介紹一下它們。
       2 .1 牙輪鉆頭
       在鉆井作業(yè)中，牙輪鉆頭目前使用最廣泛的一類鉆頭。牙輪鉆頭通過牙輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的壓碎、沖擊和剪切來破碎巖石。其牙齒與巖石的接觸面積少、工作扭矩小、工作刃總長度長等特點(diǎn)，使其能適用于各種軟地層和硬地層。三牙輪鉆頭是目前市場上使用最多的矛輪鉆頭。 牙輪鉆頭的牙齒和軸承是其使用壽命的關(guān)鍵。目前常用的牙齒類型主要有鑲齒和銑齒，在硬度和使用壽命上，鑲齒比銑齒的性能更好，但價(jià)錢更貴；軸承的關(guān)鍵在于密封，但我國現(xiàn)行的密封材料遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外。因此，創(chuàng)造耐磨更高、韌性更好的鉆頭材料是提高牙輪鉆頭的使用壽命的關(guān)鍵 。
       2 .2 金剛石鉆頭
       金剛石鉆頭包括天然金剛石鉆頭和PDC鉆頭。市場上主要使用的是PDC鉆頭，它是由人工合成的金剛石復(fù)合片牙齒組成，這些牙齒燒結(jié)在金剛石鉆頭的固定刀翼上。金剛石鉆頭的破巖原理主要是切削元件的切削破巖。金剛石鉆頭主要用于鉆較軟地層和中硬地層。隨著超硬材料的研發(fā)和高溫高壓物理燒結(jié)技術(shù)的進(jìn)步，聚晶人造金剛石復(fù)合片、大尺寸復(fù)合片及熱穩(wěn)定聚晶金剛石切削塊等新材料被創(chuàng)造出來，從而大大提高了金剛石鉆頭的運(yùn)用范圍?，F(xiàn)在的金剛石鉆頭能使用于海洋、深井、超深井以及定向叢式井鉆井，其新產(chǎn)品的發(fā)展空間不可想象。

       2.3 新型鉆頭

近年來，國內(nèi)外的石油鉆頭生產(chǎn)公司和超硬材料科研單位對新型鉆頭的發(fā)明做出了巨大的貢獻(xiàn)，推出了一些新產(chǎn)品。如美國休斯公司的混合鉆頭。其形狀既有PDC鉆頭的固定刀翼，又有牙輪鉆頭牙輪。其固定刀翼和牙輪上能燒結(jié)了各種硬度的牙齒，使得混合鉆頭兼具牙輪鉆頭和PDC鉆頭的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際運(yùn)用中，混合鉆頭比普通牙輪鉆頭更有攻擊性和更高鉆進(jìn)效率，比普通PDC鉆頭更穩(wěn)定，適用于各種深部復(fù)雜地層。但成本相當(dāng)昂貴。
       3 鉆頭技術(shù) 的發(fā)展趨勢
       對于任何鉆頭來說，高耐磨、高韌性的牙齒和長壽命的軸承是其能長壽命使用的根本。 而好的牙齒需要好的材料，好的軸承則需要好的密封，因此研發(fā)更好的金剛石復(fù)合片牙齒和設(shè)計(jì)更好的密封是鉆頭技術(shù)的努力方向。另外，運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)個(gè)性化設(shè)計(jì)鉆頭結(jié)構(gòu)分析其性能并廣泛的運(yùn)用于實(shí)踐也是鉆頭行業(yè)的發(fā)展趨勢。
       3.1 模仿國外牙齒技術(shù)和密封技術(shù)并加以創(chuàng)新
       隨著高溫高壓物理技術(shù)及超硬材料技術(shù)的進(jìn)步，市場上出現(xiàn)了許多新興牙齒。如美國史密斯公司的細(xì)胞強(qiáng)化牙齒、二次燒結(jié)硬質(zhì)合金牙齒、金剛石加強(qiáng)牙齒等。這些牙齒的耐磨性、韌性、抗沖擊性都非常好，能很好地運(yùn)用于鉆進(jìn)研磨性極強(qiáng)的深部復(fù)雜地層。是很值得推廣運(yùn)用的產(chǎn)品，也是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)和模仿的最佳例子。在密封技術(shù)方面，國外，以美國休斯公司的單金屬密封、橡膠密封和美國史密斯公司的雙密封技術(shù)最為常用；國內(nèi)，以江漢自主研發(fā)的滾滑軸承技術(shù)為首，這種軸承技術(shù)能適用于高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的鉆頭。雖然當(dāng)前國內(nèi)的牙齒和密封材料還達(dá)不到世界先進(jìn)水平且我國材料技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，但我們可以利用國外先進(jìn)技術(shù)和人才，模仿現(xiàn)有的材料生產(chǎn)技術(shù)并加以創(chuàng)新，帶動國內(nèi)新型牙齒和軸承材料的研究。這是我國鉆頭制造技術(shù)的發(fā)展方向。
       3.2 鉆頭的個(gè)性化設(shè)計(jì)
       隨著科技的不斷進(jìn)步，一個(gè)過去認(rèn)為是理想化的概念，如今已走向?qū)嵺`，那就是鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì)。即根據(jù)具體鉆井情況設(shè)計(jì)所需的鉆頭結(jié)構(gòu)。目前，代表全球最高水平的鉆頭性能分析與評價(jià)系統(tǒng)有西南石油大學(xué)的數(shù)字化仿真分析系統(tǒng)和美國史密斯公司的IDEAS系統(tǒng)。西南石油大學(xué)的這套系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是能針對導(dǎo)向鉆進(jìn)和各種復(fù)雜鉆頭運(yùn)動條件開展模擬鉆進(jìn)分析，并評價(jià)鉆頭的工作性能，從而優(yōu)化鉆頭的切削結(jié)構(gòu)，提高鉆頭的鉆進(jìn)效率和使用壽命。目前，我國已運(yùn)用這套系統(tǒng)和相關(guān)的地質(zhì)資料，有針對性的設(shè)計(jì)所需鉆頭的結(jié)構(gòu)，并能更精細(xì)、更科學(xué)、更安全高效的完成鉆進(jìn)。但此個(gè)性化產(chǎn)品技術(shù)系統(tǒng)還不夠完善，操作和維護(hù)只能靠專人負(fù)責(zé)，未能廣泛使用。
       因此，加強(qiáng)對鉆頭結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新改造，重點(diǎn)發(fā)展鉆頭的個(gè)性化設(shè)計(jì)是我 國未 來鉆頭生產(chǎn) 模式的發(fā)展方向 。
       4 結(jié) 語
       鉆頭成本占鉆井成本的三分之一，所以研制出適用各種地層且使用壽命長的鉆頭是降低鉆井成本的最有效措施。 雖然我們鉆頭材料制造技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外材料制造水平，但是我們要勇于創(chuàng)新，在模仿國外先進(jìn)材料技術(shù)的基礎(chǔ)上，形成自己的新型材料，并利用我們現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)，不斷優(yōu)化鉆頭結(jié)構(gòu)，以我們的長處來彌補(bǔ)材料技術(shù)的短板，從而研制出更好新型鉆頭 。
       參考文獻(xiàn)：
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       【3】石油鉆頭技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向.楊迎新，況雨春，陳練.江鉆股份鉆頭技術(shù)及應(yīng)用研討會，