高效PDC钻头在硬地层钻井中的耐磨性提升研究

姬建军,王小鹏

(延长油田股份有限公司志丹采油厂，陕西 延安  717500)

摘 要：为解决钻井过程中PDC钻头因高温、高压和复杂应力引起的磨损问题,提升钻头在高强度地层中的使用性能,通过材料改性、结构优化设计和表面涂层技术对PDC钻头进行系统性改进,分析不同优化手段对钻头耐磨性的影响,并通过实验验证对比评估各项提升措施的实际效果,以提高PDC钻头在硬地层中的耐磨性能和钻井效率。

关键词：PDC钻头;硬地层钻井;耐磨性提升

0 引言

高效PDC钻头作为钻井工程中的关键工具,其耐磨性能在硬地层钻并中直接影响钻井效率与经济效益。然而,硬地层岩石的高抗压强度和复杂的地质特性导致PDC钻头在钻进过程中承受剧烈的摩擦、冲击和热应力,使切削齿和基体出现严重的磨损与失效。传统PDC钻头因材料性能和结构设计的局限性,难以在复杂地层中保持稳定的钻井性能。为提高钻头的耐磨性与使用寿命,需从材料改性、结构优化和表面涂层等多方面进行改进。本研究采用上述技术手段对PDC钻头进行综合优化,旨在增强其在硬地层中的耐磨性能,进而提升整体钻井效率。

1 高效PDC钻头在硬地层钻井中的耐磨性提升方法

1.1 材料改性

传统的PDC钻头材料在硬地层钻井中因耐磨性不足、抗冲击性能差,难以满足钻井需求,因此需要通过材料改性来提升钻头性能中。具体实现流程如下:

(1) 引人高硬度纳米颗粒增强基体,选用纳米碳化钨(WC)作为增强材料,其硬度高达2000HV,可显著提升复合片的整体硬度。纳米WC颗粒的体积分数设定在15%~20%之间,通过高能球机进行均匀分散处理,设定转速为500/min,混合时间为6h,确保纳米WC颗粒均匀分布于基体中,增强切削齿的耐磨性。纳米颗粒增强后的综合硬度利用公式(1)计算。