超硬材料网

　　据美国《世界石油》杂志报道，随着钻井作业商将兴趣逐渐转向固定切削齿钻头，各钻头制造商也迅速投入新产品的开发以满足钻井市场日益增长的需求，同时也仍有各种特殊的牙轮钻头结构面世以满足特定的钻井用途。
　　
　　ＰＤＣ钻头、牙轮钻头各有所长
　　
　　在过去的一年间，全球油气钻井活动充分反映出了原油价格的持续增长情况，而且，也正如人们所期望的那样，所有的牙轮钻头和固定切削齿钻头制造商，都感受到了用户对其产品的强烈需求。
　　
　　虽然对牙轮钻头和固定切削齿钻头的订货量都有所增长，但由于ＰＤＣ钻头性能的不断提高，钻井作业商的兴趣近几年仍继续偏重于固定切削齿钻头。 有数字为证：２０００年，ＰＤＣ钻头的钻井进尺仅占世界总进尺的２６％，２００３年，这一比例上升到５０％，到２００６年，这一比例达到了６０％。
　　
　　但ＰＤＣ钻头用量的增加同时也取决于牙轮钻头市场的稳定性。另外，牙轮钻头总体上成本较低，而且用于钻某些特定地层时效果更好，因为在很多种情况下，只有牙轮钻头才能同时提供钻井所需的工具面控制和造斜率要求。
　　
　　没有人会希望牙轮钻头逐渐消亡，但向ＰＤＣ钻头的兴趣转移可解释为是由于当前钻井理念和钻头设计技术的较大变化所致。
　　
　　钻头设计需要考虑协同方案
　　
　　钻头设计和制造业的基本变化，正使业内人士开始全面考虑整个钻柱及其各种部件（包括钻头）对钻井作业的影响，必须把钻头当作整个钻井系统的一部分，在综合考虑其他钻柱部件的情况下进行钻头选型。这样一来，钻头就必须同时与钻井系统和地层匹配兼容。
　　
　　这种优化整个钻柱系统性能的协同方案，是采取某种折衷以达到最终目的。它要求必须同时考虑并最终平衡三个因素以便能够优化定向控制、振动控制 和井眼质量。这三个因素是：钻井效率（优化的机械钻速、最好的耐用性及最低的钻井成本）、可导向性（优化的造斜能力和使钻头偏移的力）、以及稳定性（最小 的粘－滑现象、钻头回旋以及轴向振动）。
　　
　　在这种方案中，通过平衡钻柱效率和稳定性就能够达到优化的振动控制。除了提高钻头寿命外，减小振动还能保护比较敏感的底部钻具组合部件和测量 仪器，并能实现最大化实际钻井时间和进尺。如果要获得高质量的井眼，则平衡可导向性和稳定性就能实现平滑、一致的井眼，井壁很少或几乎没有螺旋或搭接痕 迹。最后，通过平衡钻井效率和可导向性即可获得理想的定向控制，并实现优良的机械钻速和耐用性。
　　
　　钻头设计运用计算机模型
　　
　　当今的钻头设计师都是通过应用计算机模型和革新的设计结构并通过综合考虑各种钻头特征（比如切削齿布局、牙轮和钢齿的材料成分和结构、轴承和 密封系统、硬质合金齿的情况、硬面敷焊耐磨层、钻头水力结构以及钻头体的结构等）而确保上述三个因素（即钻井效率、可导向性和稳定性）的。
　　
　　在过去的一年间，计算机模型被越来越多地用于牙轮钻头与ＰＤＣ钻头的设计和制造，且软件程序也越来越高级。这类程序应用专有算法在模拟钻井过 程中对各种力和钻头的行为建模，从而优化钻头结构。这样的设计过程对提高钻头的机械钻速、韧性和耐磨性、稳定性以及可靠性都起到了很大的作用。最为重要的 是，模型程序能够使钻头制造商针对特定的钻井用途，为客户定制专用钻头。