2.IADC金刚石钻头分类方法及编号 IADC制定了适于用金刚石钻头的“固定切削齿钻头分类标准”。这个标 准主要根据钻头的结构特点进行分类，并没有像牙轮钻头那样考虑钻头适 用的地层。 金刚石钻头分类号由四个字符组成，第一个字符用英文字母表示钻头 体的材料，第二至第四个字符用阿拉伯数字分别表示钻头的冠部形状、水 力结构、切削齿的大小和布齿密度。
一、不同钻头类型性能的差异
1.不同类型钻头机械钻速与钻头寿命百分比的关系 分析：①不同类型钻头，机械钻速的差异较大；②不同类型钻头， 机械钻速随钻头新度的变化规律不同。
机 械 钻 速
钻头寿命百分比
图3.7.1 不同类型钻头机械钻速与钻头寿命百分比的关系
2.钻头的适用地层范围对比
单晶金刚石钻头 TSP钻头 PDC钻头 牙轮钻头 地层硬度级别 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
第七节
钻头选型
钻头选型的目的意义： 钻头类型不同，性能不同; 同一类型钻头，结构参数不同，性能不同; 同一型号钻头，厂家不同，性能不同。 选择哪一种类型的钻头，同种钻头选择哪一种型号的钻头，同一种 型号选择哪一个厂家的钻头，直接关系到钻井速度与钻井成本。因此钻 头优选对于提高钻井速度降低钻井成本具有重要意义。
Байду номын сангаас
第四位字码为钻头附加结构特征代号，用以表示前面位数字无法表达 的恃征，用英文字母表示，目前，IADC已定义了11个特征，用下列字母表 示: A—空气冷却; C—中心喷嘴;D—定间钻井;E—加长喷嘴; G—附加保 径/钻头体保径;J—喷嘴偏射;R—加强焊缝：S—标准铣齿; X—楔形镶 齿;R—圆锥形镶齿；Z—其他形状镶齿。
破岩方式 破岩效率 钻头寿命 地层适应性 钻井参数 钻井方式适应性 定向性能 井眼尺寸 事故率 录井限制
冲击与剪切 较高 短 各类地层 大钻压，低转速 转盘，动力钻具 较好 较大井眼 高 无
微剪切或磨削 低 长 硬至极硬地层 中钻压，高转速 复合钻井
二、钻头选型原则
钻头选型的原则是使钻头的每米成本最低。目标函数：单位进尺成 本。 钻头单位进尺成本:
13．金刚石类材料的特点？ 14．描述聚晶金刚石复合片（PDC）的结构及特点？ 15．热稳定性聚晶金刚石与PDC的主要区别？ 16．PDC钻头切削结构的基本参数包括那些？ 17．PDC钻头冠部高度系数的定义？ 18．综述PDC钻头的特点？ 19．写出钻头每米成本的计算公式并说明各部分的意义。 20.某一型号PDC成本10万元，钻头钻进1500米后报废，此钻头纯钻时间100 小时，辅助钻进时间100小时，钻机日费4.8万元，计算该钻头的平均机械钻 速和单位进尺成本？ 21．简述钻头类型的选择方法？ 22．一只五刮刀8 1/2″PDC钻头，钻头喷嘴数量5只。已知钻头喷嘴的总过 流面积为568mm2。其中4只喷嘴的直径为3只12mm、1只13mm，求另一只喷嘴 的直径。
第二位字码为岩性级别代号，用数字1—4分别表示在第一位数码表示 的钻头所适用的地层中再依次从软到硬分为四个等级。 第三位字码为钻头结构特征代号，用数字1～9九个数字表示，其中 1～7表示钻头轴承及保径特征，8与9留待未来的新结构特征钻头用。表示 的意义如下： 1—非密封滚动轴承； 2—空气清洗、冷却，滚动轴承； 3—滚动轴承，保径； 4一滚动、密封轴承； 5一滚动、密封轴承，保径； 6—滑动、密封轴承； 7一滑动、密封轴承，保径。
1.IADC牙轮钻头分类方法及编号 IADC规定，牙轮钻头分类及编号由四位字码组成：
钻头附加结构特征代号 钻头结构特征代号 岩性级别代号，在第一位数码表示的钻头所适 用的地层中再依次从软到硬分为四个等级。 钻头牙齿特征及所适用的地层
各字码的意义如下： 第一位字码为系列代号，用数字1～8分别表示八个系列，表示钻头牙 齿特征及所适用的地层： 1—铣齿，低抗压强度高可钻性的软地层； 2一铣齿，高抗压强度的中到中硬地层； 3一铣齿，中等研磨性或研磨性的硬地层； 4一镶齿，低抗压强度高可钻性的软地层； 5一镶齿，低抗压强度的软到中硬地层； 6一镶齿，高抗压强度的中硬地层； 7一镶齿，中等研磨性或研磨性的硬地层； 8一镶齿，高研磨性的极硬地层。
四、钻头选型方法
1.根据地层条件、钻井方式、井眼轨迹控制要求、井眼尺寸以及地 质要求选择合适的钻头类型。 2.根据地层条件和钻头特性，选择钻头型号。 3.对于同一地层使用的不同类型、型号的钻头，以“单位进尺成本” 作为评价指标，优选最佳钻头类型和型号 宗旨：以钻头每米成本最低为原则。
五、钻头分类及编号的国标
切削齿的类别和布齿密度 钻头水力结构 钻头的冠部轮廓形状
英文字母表示切削齿的种类和钻头 体的材料
本章作业： 1.按成因岩石分为哪三类？ 2.简述沉积岩的结构，说明胶结物的类型与岩石强度的关系。 3.简述层理构造对岩石破碎的影响规律。 4．岩石破碎分为哪三个阶段？划分三个阶段的工程意义？ 5．简述牙轮钻头的类型？牙轮钻头储油润滑密封系统的作用？ 6．钻头喷嘴（水眼）的作用？ 7．何谓牙轮钻头牙齿的公转与自转？ 8．牙轮钻头牙齿冲击破碎岩石作用是怎样形成的？ 9．牙轮钻头的剪切破岩作用是怎样形成的？有什么作用？ 10．综述牙轮钻头的特点？ 11．金刚石钻头的定义？包括哪几种？ 12．钻头切削齿对材料性能的哪些要求？
T 100h
钻头单位进尺成本：
Cpm =
C b + C r (T + Tt ) 100000 + 1000 * (100 + 100) = 200 = （元 / 米） H 1500
三、钻头选型的依据
1.地层条件 所钻地层岩石的机械力学特性，可钻性；地层的均质性、地层的完 整性、地层造斜特性、地层温度等。 2.钻井方式 旋转钻井；动力钻具；复合钻井。 3.轨迹控制 造斜、稳斜。 4.井眼尺寸 5.地质设计要求 如岩屑录井、取芯等。
Cb + C r ( t + tt ) Cpm = H
式中： Cpm—单位进尺成本，元/每米 Cb—钻头成本，元； Cr —钻机作业费，元/每小时； t—钻头纯钻进时间， tt—辅助时间（起下钻及接单根时间）， H—钻头进尺。
例题： 某一型号PDC成本10万元，钻头钻进1500米后报废，此钻头纯钻时间 100小时，辅助钻进时间100小时，钻机日费2.4万元，计算该钻头的平均 机械钻速和单位进尺成本？ 解： 钻头平均机械钻速： ROP = H = 1500m = 15m / h
全世界牙轮钻头的生产厂家众多，类型和结构繁杂，为厂便于牙轮 钻头的选择和使用，国际钻井承包商协会(IADC Association Of Drilling —International
Contractors)于1972年制订了全世界第
一个牙轮钻头的分类标准，各钻头厂家生产的钻头虽有自己的代号，但 都标注了相应的IADC编号。1987年IADC将原有分类方法及编号进行了修 改和完善，形成现在的分类及编号方法。 这个在世界范围内的统一标准对钻头的分类、设计、制造、选型和 使用都具有重要意义。
3.不同钻头类型性能比较
钻头 特性 切削齿材料及性能 硬质合金齿，强度 高、抗冲击，耐磨 性较差。 聚晶金刚石与硬质 合金复合而成，耐 磨、能自锐，抗冲 击性能较差，热稳 定性较差。 剪切 高 长 软至中硬均质地层 小钻压，中转速 转盘，动力钻具及 复合钻井 最好 无限制 低 有 热稳定性聚晶金刚 石，耐磨，抗冲击 性能较差，热稳定 性较高，形状多样 但尺寸较小。 剪切 较高 较长 较硬至硬均质地层 小钻压，高转速 复合钻井 好 无限制 低 有 无限制 低 有 单晶金刚石，耐 磨，颗粒小，热稳 定性较差。 牙轮钻头 PDC钻头 TSP钻头 单晶金刚石钻头