第七章
钻头选型
第一节
钻头选型的原则与依据
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。
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 1500 m 15m / h T 100 h
切削齿大小和切削齿密度 水力结构特点 钻头冠部形状 英文字母表示钻头体的材料
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
机 械 钻 速
钻头寿命百分比
分析：①不同类型钻头，机械钻速的总体差异；
②不同类型钻头，机械钻速随钻头新度的变化规律。
2.钻头的使用范围对比
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
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。
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
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。
3.不同钻头类型性能比较
钻头 特性 牙轮钻头 PDC钻头 TSP钻头 单晶金刚石钻头
切削齿材料及性能
硬质合金齿，强度高、 聚晶金刚石与硬质 热稳定性聚晶金刚 单晶金刚石，耐磨， 抗冲击，耐磨性 合金复合而成， 石，耐磨，抗 颗粒小，热稳 较差。 定性较差。 耐磨、能自锐， 冲击性能较差， 抗冲击性能较 热稳定性较高， 差，热稳定性 形状多样但尺 较差。 寸较小。 冲击与剪切
钻头单位进尺成本：
Cb Cr T Tt 100000 1000* 100 100 200元 / 米 H 1500
Cpm

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
微剪切或磨削
低 长 硬至极硬地层 中钻压，高转速 复合钻井
无限制 低 有
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:
C b 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；
5.地质设计要求
如岩屑录井、取心等。
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。(具体方法见第 四节资料）
他形状镶齿。
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布齿密度、金刚石的尺寸或切削齿 的类别、钻头的冠部轮廓形状。
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；
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
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
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
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
五、钻头分类及编号
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 —International
Drilling 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，形成厂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。