李捷

摘 要：油氣埋藏在地下，為取得地下資源，必須大量的破碎巖石，鉆穿地層?，F(xiàn)在鉆井方法主要是用機(jī)械方法破碎巖石，破碎巖石的主要工具就稱之為鉆頭。鉆頭就是石油行業(yè)中，井下作業(yè)最為重要的工具。從成本上來講，原油的生產(chǎn)成本主要以勘探、開發(fā)和采油這三部分為主，其中鉆井的費(fèi)用大概占據(jù)了百分之三十，所以說，降低鉆井費(fèi)用最直接有效的辦法就是將鉆頭的使用壽命提高。文章就鉆頭的技術(shù)現(xiàn)狀以及未來發(fā)展的方向做出概述。

關(guān)鍵詞：油田；鉆頭；技術(shù)現(xiàn)狀；發(fā)展

引言

在石油鉆井行業(yè)當(dāng)中，鉆頭作為極其重要的一種井下作業(yè)的工具，以原油生產(chǎn)的成本上來分析，其生產(chǎn)的成本正常情況下，為開發(fā)成本、勘探的成本和采油成本。其中，鉆井的費(fèi)用大概占據(jù)了百分之三十，若想要降低鉆井的費(fèi)用，最有效的辦法就是提高鉆頭的使用壽命以及鉆井的效率。所以對鉆頭技術(shù)研究的提高是非常重要的。

1 鉆頭的設(shè)計(jì)技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 鉆頭切削方面

1.1.1 PDC鉆頭切割新技術(shù)結(jié)構(gòu)

鉆頭的切削面在結(jié)構(gòu)上，體現(xiàn)出了鉆頭使用的壽命以及工作的效率，最著名的PDC復(fù)合片材質(zhì)的研發(fā)，使得鉆頭的使用壽命以及工作的效率得到了顯著地提高，二戰(zhàn)之后，對于切削結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，也使得PDC鉆頭的綜合性能，尤其是在鉆進(jìn)非常困難的地層的性能上，格外的將其性能體現(xiàn)出來。例如西南石油大學(xué)曾經(jīng)開發(fā)了一項(xiàng)對于提高其復(fù)雜鉆地層PDC鉆頭性能的新型技術(shù)，也就是內(nèi)鑲后備齒即內(nèi)，鑲二級(jí)齒的新技術(shù)。

1.1.2 混合切削結(jié)構(gòu)鉆頭技術(shù)

本世紀(jì)初，美國著名的石油工程師協(xié)會(huì)曾經(jīng)舉辦的交流會(huì)上，美國的休斯公司曾經(jīng)介紹了一款新型的混合鉆頭的實(shí)驗(yàn)以及其應(yīng)用的數(shù)據(jù)。其鉆頭是由固定的刀翼以及牙輪混合組成，并在固定的刀翼上使用了固定的PDC齒，其牙輪材料還選用了新型的硬質(zhì)合金，這種混合的鉆頭在頁巖以及塑性地層中進(jìn)行鉆進(jìn)的時(shí)候，相比普通的牙輪鉆頭在鉆進(jìn)的效率上提高了很多，其機(jī)械鉆速更是牙輪鉆頭的兩倍以上，并且最大程度的減少了鉆柱的扭陣以及粘滑還有渦旋等病態(tài)現(xiàn)象的發(fā)生。

1.2 牙齒技術(shù)

在鉆頭的設(shè)計(jì)上，鉆頭的牙齒技術(shù)在設(shè)計(jì)以及改進(jìn)上是最為重要的，牙齒技術(shù)的設(shè)計(jì)以及改進(jìn)是鉆頭設(shè)計(jì)的最重要的一部分。近些年，對于牙輪鉆頭上使用金剛石以此來加強(qiáng)牙齒技術(shù)在國內(nèi)外鉆頭的產(chǎn)品當(dāng)中，被應(yīng)用的越來越廣泛，金剛石加強(qiáng)牙齒技術(shù)也就是相對于PDC鉆頭復(fù)合片類似的一種聚晶金剛石符合牙齒。該牙齒的耐磨性非常高，但伴隨而來的成本也是非常高。所以，通常情況下，都會(huì)用于保徑結(jié)構(gòu)。但也逐漸的開始出現(xiàn)全部都使用金剛石加強(qiáng)牙齒的鉆頭新產(chǎn)品。

1.3 軸承技術(shù)

1.3.1 滾滑軸承的技術(shù)

在鉆井工程中，利用滑動(dòng)以及滾動(dòng)兩種摩擦相復(fù)合的結(jié)構(gòu)，可以有效的保證滑動(dòng)軸承的高承載力，并且有效的提高軸承適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)的能力。滾滑軸承的技術(shù)，最早是江漢石油鉆頭股份有限公司所研發(fā)出的一種專利技術(shù)，如果單論高轉(zhuǎn)速適應(yīng)能力，就現(xiàn)在來講，可以說該技術(shù)就是最為出色的鉆頭軸承技術(shù)之一。江鉆所生產(chǎn)的SMD系列的鉆頭就使用了這種最新的軸承技術(shù)，并且此系列的鉆頭可以有效的適應(yīng)400rpm的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，最好的例子，就是俄羅斯等海外油田在配合渦輪鉆具鉆進(jìn)上，取得了非常優(yōu)秀的成績。

1.3.2 軸承的密封技術(shù)

鉆頭軸承的密封技術(shù)非常的重要，近年來，人們對于軸承的密封技術(shù)越來越重視，所以也一直在不斷的對軸承的密封技術(shù)進(jìn)行研究，隨著新一代的單金屬密封技術(shù)，也就是在Hughes公司的產(chǎn)品SEM單金屬密封的基礎(chǔ)上所研究出來的新產(chǎn)品，即對SEMIITM進(jìn)行了新型的金屬表面強(qiáng)化特殊處理，并改進(jìn)了其密封系統(tǒng)的原有結(jié)構(gòu)，新型的密封圈可以實(shí)現(xiàn)非常高的壓縮比，并明顯的提高了密封的效率，有效的延長了鉆頭的使用壽命，提高了整個(gè)軸承系統(tǒng)的可靠性。

2 鉆頭的新型設(shè)計(jì)以及數(shù)字化仿真技術(shù)的分析

鉆頭的技術(shù)一直都在不斷的革新，而鉆頭的個(gè)性化設(shè)計(jì)也正在從理想化概念一點(diǎn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)變成實(shí)用技術(shù)。個(gè)性化設(shè)計(jì)相比鉆頭的選型，其更加的精細(xì)、科學(xué)且主動(dòng)?？茖W(xué)的個(gè)性化設(shè)計(jì)對于陷阱的鉆頭性能分析技術(shù)非常的依賴，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在鉆頭的設(shè)計(jì)上被廣泛的應(yīng)用，利用數(shù)字化鉆進(jìn)代替一些花銷高昂的實(shí)驗(yàn)非常有必要，有不少石油公司以及相應(yīng)的科研單位都可以很好的將這些個(gè)性化的設(shè)計(jì)做出來，例如非常出名的IDEAS系統(tǒng)。

3 新型鉆頭的研發(fā)及鉆頭的發(fā)展方向

近些年來，國內(nèi)外的很多石油鉆頭公司，還有相對應(yīng)的科研單位對于鉆頭的研究以及改進(jìn)，做出了巨大的貢獻(xiàn)，并推出了一代又一代的新產(chǎn)品。最著名的例如Hughes公司研發(fā)的一種新型的高效鋼齒牙輪鉆頭也就是FastMax系列的鋼齒三牙輪鉆頭。新型的鉆頭在葉輪的設(shè)計(jì)上，共設(shè)計(jì)了九排齒，并專門的設(shè)計(jì)了一排抗重復(fù)研磨的齒排，并且相伴隨的所有的內(nèi)排齒都使用了該公司所生產(chǎn)的金字塔形狀的齒，并敷有新型的Endurall硬面敷焊材料。該鉆頭最大的優(yōu)勢就是在快速鉆進(jìn)的過程上，由于這類金字塔形齒可以有效的保證并實(shí)現(xiàn)其最大的基礎(chǔ)負(fù)載，延長耐磨壽命，最大程度的減少鉆頭泥包的現(xiàn)象發(fā)生。而就在該鉆頭問世不久之后，Hughes公司再次推出一種裝有五個(gè)刮刀片以及十九毫米切削齒的新型多水眼金剛石鉆頭，有效的保證了攻擊鉆頭工作時(shí)有效的水利能力，并及時(shí)的清除周圍的巖屑，最重要的一點(diǎn)就是鉆頭上的金剛石有著非常好的冷卻效果。

可以說隨著鉆頭技術(shù)的不斷發(fā)展，人們也逐漸的意識(shí)到，想要使得鉆頭的使用壽命有效的提高，并且其工作效率也相應(yīng)的提高，對于一些創(chuàng)新的理論以及實(shí)際的應(yīng)用相互結(jié)合是避免不了的。在優(yōu)化鉆頭的結(jié)構(gòu)以及不斷的應(yīng)用中，對鉆頭的設(shè)計(jì)逐漸的進(jìn)行改進(jìn)，新型鉆頭的研發(fā)，高效率的鉆進(jìn)，超高的耐磨性還有高韌性的牙齒以及長壽命的軸承技術(shù)，都是鉆頭發(fā)展方向的風(fēng)向標(biāo)。所以說，牙齒材料的選擇以及研發(fā)，軸承密封技術(shù)的革新，在未來的很長一段時(shí)間內(nèi)，都會(huì)是鉆頭技術(shù)發(fā)展的重中之重。隨著社會(huì)不斷的發(fā)展，鉆頭技術(shù)的完善以及制造成本的減少，金剛石復(fù)合牙齒在牙輪鉆頭鏟平的應(yīng)用中將會(huì)越來越廣泛，甚至代替以前的材料。石油鉆頭技術(shù)的發(fā)展主要應(yīng)該體現(xiàn)在例如：鉆頭材料的技術(shù)上，也就是新型復(fù)合材料的研發(fā)，材料硬度高、使用壽命長，對于這一點(diǎn)，世界各大石油公司，可以說一直都在研究，雖然說我國的鉆頭材料方面的技術(shù)與西方發(fā)達(dá)國家還有一定的差距，但隨著時(shí)間的發(fā)展，必然會(huì)扳回這一劣勢；再有就是有效的針對難鉆地層，鉆頭的選擇以及使用上，如何有效的針對這些復(fù)雜地層的鉆進(jìn)工作，也是未來鉆頭發(fā)展的重要方向。除卻上述的一些發(fā)展方向，還應(yīng)該經(jīng)常借鑒國外的新型鉆頭技術(shù)、牙輪技術(shù)等等，取長補(bǔ)短，集百家之長，有針對性的應(yīng)對我國特殊的地層，有效的提高鉆進(jìn)的效率，并提高鉆頭的使用壽命。

4 結(jié)束語

鉆頭的技術(shù)能否得到改善，以及其未來發(fā)展的趨勢，在很大程度上都限制了石油開采的成本投入，可以說鉆頭技術(shù)的完善以及良性持續(xù)的發(fā)展，不單單可以使得石油開采投入的成本相應(yīng)的減少，還可以節(jié)約國家的固定資源，增加原油的開采率等等，鉆頭技術(shù)的完善勢在必行，也是順應(yīng)新型社會(huì)所必須要做出的改變。

參考文獻(xiàn)

[1]紀(jì)才華，鄧峰，李少陽.石油鉆頭技術(shù)的現(xiàn)狀研究及發(fā)展趨勢[J].內(nèi)蒙古石油化工，2012（6）.

[2]中國金剛石鉆頭技術(shù)專利現(xiàn)狀分析[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2014（3）.

[3]張玲.PDC鉆頭鉆速方程的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究[D].東北石油大學(xué)，2013.