按钻头体材料及制造方法,PDC钻头可分为钢体PDC钻头和碳化钨胎体PDC钻头。 钢体式PDC钻头的表面不耐冲蚀,规径易于磨小,而胎体式钻头的碳化钨合金耐冲蚀、耐磨损,允许使用较高的钻头压力降、较高钻井液含砂量,易于进行优化水力设计,具有较大的设计灵活性,钻头寿命较长。
PDC钻头基体有四种基本冠部外形:鱼尾形、浅锥形、短抛物线形和抛物线形。
鱼尾形PDC钻头的翼片很长,增加了复合片的出刃高度,同时也增加了钻头冠部与地层之间的间隙,使岩屑易于排向环形空间不致于粘附于钻头体,有利于射流的洁洗。这种钻头的特点是能减少泥包和与泥包相关的钻井问题。鱼尾形PDC钻头适用于转盘钻井的直井和定向井钻进,适于钻进粘性的泥页岩层。
浅锥形PDC钻头在四种冠部形状中,冠部面积小,水力能量集中,易于清洗。由于其外形依靠较长的保径和适当的扶正,因而在快速钻进中,也能保持方位和井斜的稳定。这种钻头复合片密度不易过大,而且只能用于转盘钻井,适用于钻进夹层。
短抛物线形钻头有一个带锥度的冠部,其冠顶相当圆顿。这种设计可使钻头外侧布置更多数量的切削齿,使钻头的磨损更为平衡。短抛物线形PDc钻头用于转盘钻井、井下动力钻井及定向钻井都比较稳定,适合于钻可能遇到硬夹层的地区。
抛物线形钻头的整个冠部载荷分布均匀,无明显载荷过渡区,载荷不致过分集中。这种冠部外形可使钻头肩部及规径部位布更多的切削齿,故适合于高速井下动力钻进。抛物线形钻头具有良好的磨损寿命,但该型钻头具有较大的冠部表面,要求较高的流量和水力能量来实现清洗和冷却,钻头的鼻部在钻夹层时局受损坏。
在软-中硬地层中钻进时,有速度快、进尺多、寿命长、工作平稳、井下事故少、井身质量好等优点。并且相对于金刚石钻头具有成本低,适用范围广等优势。
金刚石钻头钻头质量的好坏、钻头类型与地层岩性是否适应,对加快钻井速度和提高单只钻头进尺起着重要的作用。钻一口油气井一般要使用不同尺寸的多只钻头,在钻上部地层时要使用直径较大的钻头,因钻头钻进的地层较软,单只钻头进尺多、使用的时间短,一个钻头一般可重复使用几口井;而在钻下部地层时要使用直径较小的钻头,因地层硬、单只钻头的进尺少,一般要使用多只钻头。一只下井新钻头钻井进尺的多少主要取决于钻头的尺寸、类型、地层的软硬和钻进参数的配合。一般来说,钻头尺寸越小、地层越硬,进尺越少;钻头尺寸越大、地层越软,钻头进尺就越多。
优势
1 、力平衡设计使钻头具有良好的导向性,适应配合井下马达应用于定向钻井,具有较小的径向震动;
2 、不同结构的PDC复合片在钻头不同位置的合理布置使钻头具有较强的攻击性和抗研磨性;
3 、强攻击性设计使钻头可获得高的机械钻速;
4 、动态流场模拟技术应用于水力设计,有利于提高排屑速度和防泥包。 因为PDC钻头的材料主要为铸造碳化钨和金刚石复合片,所以它寿命长、价值高。(精钻金刚石钻头)