PDC鑽頭配套鑽井技術初探
作者：房延冬
摘要：結合石油鑽井工程實踐，對PDC鑽頭發展簡況、分類、配套設備與技術進行了分析。
關鍵詞：石油工程 鑽具 PDC鑽頭
0 前言
PDC（Polycrystalline Diamond Compact bit）鑽頭是聚晶金剛石複合片鑽頭的簡稱。它是石油鑽井行業常用的一種鑽井工具。
1 PDC鑽頭發展簡況
PDC鑽頭從20世紀80年代開始應用以來，由於混合工藝與製造工藝的變化，當今的切削齒的質量性能要好得多，使鑽頭的抗衝蝕以及抗衝擊能力都大為提高。特別是對碳化鎢基片與人造金剛石之間的界麵進行了優化，以提高切削齒的韌性。層狀金剛石工藝方麵的革新也被用於提高PDC鑽頭抗磨蝕性和熱穩定性。
最初，PDC鑽頭隻能被用於軟頁岩地層中，原因是硬的夾層會損壞鑽頭。但由於新技術的出現以及結構的變化，目前PDC鑽頭已用於鑽硬夾層和長段的硬岩地層了。由於鑽頭設計和齒的改進，PDC鑽頭的可定向性也隨之提高。PDC鑽頭主要由鑽頭體、切削齒、噴嘴、保徑麵和接頭等組成。
2 PDC鑽頭主要類型
2.1根據鑽頭體材料分類
a胎體式PDC鑽頭。胎體式金剛石複合片（PDC）鑽頭是將金剛石複合片通過釺焊方式焊接在鑽頭胎體上的一種切削型鑽頭。
b鋼體式PDC鑽頭。鋼體PDC鑽頭，是用鎳、鉻、鉬合金機械加工成形。
2.2 根據適用行業分類
a地質勘探用複合片鑽頭。主要用於地質勘察勘探的複合片鑽頭，適用於軟到中硬岩層。
b煤田鑽采用複合片鑽頭。主要是用於煤礦上煤層鑽探采挖。
c石油勘探用複合片鑽頭。主要是應用在油氣田的鑽采鑽頭。目前來說，油田用複合片鑽頭是所有複合片鑽頭裏麵造價最高，要求最高的。
3 PDC鑽頭配套設備
目前PDC鑽頭配套設備主要有井下動力鑽具、水力設備等。
3.1井下動力鑽具配合PDC鑽頭鑽井技術
井下動力鑽具配合高效PDC鑽頭，輔之以轉盤的組合鑽井方法，稱為複合鑽井技術。目前常用的井下動力鑽具主要包括渦輪鑽具和螺杆鑽具。
3.1.1渦輪鑽具
目前與PDC鑽頭配套使用的主要是配置減速器的中高和中低速組合渦輪鑽具。減速器渦輪鑽具主要由渦輪節、軸承節和減速器三部分組成。其中，減速器是渦輪鑽具的核心部件，主要作用是將渦輪節產生的高轉速、低扭矩轉換成為鑽頭的中低轉速、大扭鴰。減速器渦輪鑽具的特點是：高轉速大扭鴰、壓降小、可減輕地麵循環係統的負擔；對油基鑽井液不敏感，適合在高密度鑽井液中工作；沒有像膠件，存放時間不受限製，最高工作溫度可達150-250度。而PDC鑽頭以切削方式破岩，工作時需要的鑽壓小，轉速高、能量低的特點，正好與渦輪鑽具的輸出特性相匹配。所以，利用渦輪鑽具的高轉速特性，配合壽命長、效率高的PDC鑽頭，再輸之以轉盤複合鑽進，可以獲得較高的機械鑽速和較多的鑽井進尺。
3.1.2螺杆鑽具
螺杆鑽具是典型的容積式馬達，由旁通閥、動力段、萬向軸、傳動軸等四部分組成。螺杆鑽具具有高轉速、大扭鴰的特性，其過載能力強，易操作，結構較簡單，鑽具也較短。此外，由於螺杆鑽具叫壓降小，對地麵泵站要求不高。複合鑽井是螺杆鑽具的高轉速可以為PDC鑽頭高切削速度提供井下動力保障，既可以不增加鑽柱旋轉幅度提高鑽頭轉速，大大增加單位時間內鑽頭對地層的切削次數，從而達到提高鑽井效率的目的。