吃深控制定向PDC钻头的研制及现场应用

采用常规定向PDC钻头定向时,由于PDC复合片十分锋利易吃入地层,因此PDC钻头的吃入能力很强,一方面产生的反扭矩大,另一方面,会造成工具面波动,因此现场更倾向于使用牙轮钻头,但是牙轮钻头却存在机械钻速低、进尺少和易掉牙轮等缺点。本文设计的具有专利结构的吃深控制定向井钻头克服了上述定向PDC钻头的缺点,在现场取得了很好的使用效果。     

钻头分析及选型

本文就在煤田地质钻探过程中常用的金刚石钻头、牙轮钻头、PDC钻头的工作原理,组成结构,破岩机理,选用原则等做一些简单的介绍。     

牙轮钻头破岩的计算机仿真

牙轮钻头的破岩过程是通过牙齿直接完成的,清楚牙齿的破岩过程对研究牙轮钻头有重要意义。基于大型非线性动力分析有限元软件LS-DYNA,对牙轮钻头牙齿破岩过程进行计算机仿真。通过对不同齿形牙齿的破碎坑信息进行比较,合理的选择不同齿圈上牙齿的齿形,提高钻头的破岩效率。     

牙轮钻头破岩的计算机仿真

牙轮钻头的破岩过程是通过牙齿直接完成的,清楚牙齿的破岩过程对研究牙轮钻头有重要意义。基于大型非线性动力分析有限元软件LS-DYNA,对牙轮钻头牙齿破岩过程进行计算机仿真。通过对不同齿形牙齿的破碎坑信息进行比较,合理的选择不同齿圈上牙齿的齿形,提高钻头的破岩效率。     

牙轮钻头接触齿受力模型分析

针对研究牙轮钻头破碎岩石过程中钻头结构复杂,影响牙齿运动的参数多等问题,建立了牙轮钻头接触齿的受力模型。模型分为牙齿与岩石垂向互作用模型和牙齿与岩石侧向互作用模型。在建立模型的基础上,仿真分析了岩石的破碎过程。表明井底和井壁的形成是钻头通过牙齿对井底岩石压入和刮削的联合作用形成的。     

采用PDC钻头技术提高鄂北气田的钻井速度

2003年以来,中石化华北分公司在鄂尔多斯北部气田全面推广使用了胜利石油管理局钻井工艺研究院最新研发的具有专利创新结构的P274MF-215.9型、P266MF-215.9型和P156M-215.9型等φ215.9mmPDC钻头,大大提高了钻井速度。PDC钻头的平均单只进尺是牙轮钻头的3.51倍,平均纯钻时间是牙轮钻头的2.37倍,平均机械钻速是牙轮钻头的1.48倍。     

适合于高桥区块中生界地层PDC钻头研发

位于鄂尔多斯盆地的高桥区块中生界地层岩性复杂,钻头进尺少、数量多,制约了该重点探区的提速提效。设计适应该特定地层岩性的高效PDC钻头,提供高钻头进尺,减少起下钻趟数,可有效减少钻井周期。本文通过深入认识地层岩性,分析地层可钻性,结合先进的钻头设计理论,从钻头内锥、切削元件定位几何尺寸等方面进行个性化研发设计,并在结构方面进行了针对性优化,研发设计出的新型钢体PDC钻头,在高桥区块高桥31-117等井进行了成功应用,试验结果表明,该钻头达到了提高进尺、减少起下钻的目的,有利于该区块提速。     

PDC钻头设计理论综述

近二十年来,随着材料技术以及钻头设计、制造技术的不断进步,PDC钻头对地层的适应范围越来越宽,在软中硬岩层中钻进时,钻进效率远高于其他钻头,得到了广泛的应用。本文通过对传统的PDC钻头冠部设计理论的归纳和总结,提出了几种较新的PDC钻头设计理论和方法,在此基础上从提高PDC材料质量、优化制造工艺与结构等方面提出改进PDC钻头质量的方法。     

牙轮、PDC钻头配合在营6-平12井轨迹控制中的应用

PDC钻头在定向井成功应用,可以大大提高机械转速,但由于PDC钻头在结构与钻进参数上的特殊性,造成了定向井中井眼轨迹控制方面上的难度;牙轮钻头恰恰相反,虽然在轨迹控制上更容易,但是其机械钻速却不能与PDC钻头同日而语。营6-平12井根据牙轮、PDC钻头的不同特点在现场施工过程中灵活配合使用,加之技术保证措施正确,各方面配合密切,取得了较好的经济效益和社会效益。     

PDC钻头水力结构研究现状与展望

PDC钻头在软地层至中硬地层中具有钻速快、寿命长、进尺高、稳定性好等优点,在钻井工程中得到了广泛运用。对PDC钻头而言,水力结构设计尤为重要。本文首先对PDC钻头水力结构进行了介绍,并对其研究的重要性进行了阐述。然后详细介绍了PDC钻头的水力结构的研究现状、最后对PDC钻头水力结构的发展前景做了展望。     

对三牙轮钻头现代设计方法的研究

简述了三牙轮钻机的基本构成,介绍了几种三牙轮钻头的现代设计方法,对计算机辅助设计(CAD)、优化设计、计算机仿真设计、模块化设计、有限元设计进行了总结和概述,对三牙轮钻机的性能和质量的提高有着比较重大的意义.     

长庆油田靖南区块PDC钻头的设计与应用推广

长庆油田靖南区块钻井周期长、钻井成本高,PDC钻头的成功研发和应用是靖南区块提速增效的重点、本文对长庆油田靖南区块地层进行分层组岩性特点和可钻性进行分析,总结出靖南区块地层岩性特点和可钻性规律一利用这些规律并结合现代PDC钻头设计理论,设计研发出适合于靖南区块上部和下部地层使用的两种新型号的钢体和胎PDC钻头,同时给出钻头使用建议．两种钻头的平均进尺和机械钻速较以前PDC钻头的平均进尺有了大幅度提高。     

基于iSIGHT的牙轮钻头布齿参数优化方法研究

优化布齿参数是改善钻头性能重要手段之一。针对钻齿井底覆盖图的特性,建立了井底覆盖图均匀度评价、破碎带覆盖率评价等模型,利用Matlab完成了评价模块的开发。通过多参数多目标优化软件isight与钻齿井底覆盖图评价模块协同仿真的机制,建立了一种牙轮钻头布齿结构参数优化的新方法。利用该方法对某型号三牙轮钻头进行了台架试验及布齿结构参数优化设计,其结果表明利用该方法对钻头进行优化设计方便、快捷且可靠性高。     

大港油田个性化PDC钻头破岩技术试验

在石油钻探中,特殊岩性——砾岩,一直是PDC钻头(Polycrystalline Diamond Compact bit)的破岩禁区,各种优秀厂家PDC均无法在砾岩破岩中实现突破。近年个性化切削齿、破岩齿的出现,打破了瓶颈,试砾岩破岩得到可能。在大港油区进行钻井施工过程中,馆陶底砾岩层属于上述岩性,之前技术为采取PDC钻头至砾岩层上部,再起钻更换为牙轮钻头穿砾岩,最后再下入1只PDC钻头钻至中完,使得钻井周期拉长,成本投入大幅增大。随着个性化齿的出现,个性化钻头相继而出,钻头厂家也根据地层岩性特点,有针对性的设计个性化PDC,实现了砾岩破岩和一趟钻技术,大大节约钻井周期和降低了钻井折本。     

提高苏20区块PDC钻头使用效率的方法

根据苏20区块的地层特点,分析使用过的PDC钻头,从钻头的结构、制造工艺,找出适合地层的PDC钻头;通过合适的技术措施提高PDC钻头的使用效率,达到提高钻井速度的目的。     

新型PDC钻头苏36区块上部地层应用

苏36区块是鄂尔多斯盆地重要探区,由于上部地层岩性复杂,常规PDC钻头在该区块存在着进尺少、钻速慢等问题,使得上部地层井段起下钻趟数较多,制约了该区块的提速提效。本文在深入认识该区块上部地层地层岩性的基础上,研究分析了上部地层钻头磨损特点,明确了地层对钻头的要求,从冠部轮廓、切削齿布置、刀翼结构、水力结构等方面出发,优选出的六刀翼、19 mm尺寸复合片切削齿的新型PDC钻头,在5口井进行了应用,钻头平均进尺较同区块同层位常规PDC钻头提高了15.93%,达到了苏36区块提速提效的目的。     

靖南区块上部地层PDC钻头研发

长庆油田靖南区块钻遇地层岩性复杂,上部地层使用钻头较多,导致钻井周期长,制约了该重点探区的提速提效。研发适合于该区块上部地层的高效PDC钻头,增加单只钻头进尺,减少起下钻趟数,有利于缩短钻井周期。通过对该区块上部地层岩性深入分析认识,应用现代PDC钻头设计理论,优化钻头冠部轮廓、切削齿布置和刀翼结构,并进行了水利结构优化和力平衡校正,个性化地研发了六刀翼、16 mm复合片的新型PDC钻头。新研发的PDC钻头进行现场应用后,相比邻井在延长-纸坊组上部地层节约了1趟钻,单只钻头进尺超过了邻井两只钻头进尺之和。现场应用结果表明,新研发的钻头实现了增加靖南区块上部地层PDC钻头单只进尺的目标,实现提速提效的目的。     

PDC-牙轮复合钻头在川西须家河组地层的应用

川西地区须家河组地层岩石致密、硬度高、可钻性差,常规牙轮和PDC钻头磨损快、使用寿命短,严重制约了钻井工程进度。针对以上难点,研究了PDC-牙轮复合钻头的破岩机理,优选KPM系列的2牙轮4刀翼复合钻头在川西地区进行试验。现场实践结果表明,PDC-牙轮复合钻头在地层研磨性强、软硬交错频繁的地层中具有良好的效果,机械钻速和进尺都大大提高,为川西地区复杂难钻地层的提速提效提供了参考。     

PDC钻头最新技术的综述

为满足钻井市场不断发展的需要、解决钻井难题、提高钻井效率,近年来全世界各大钻头公司设计开发出多种新型PDC切削齿、专用PDC钻头及相关技术。本文对TOUGH-DRILL钻头、Genesis HCM钻头、定向井钻头、套管开窗铣钻工具、超硬热稳定PDC切削齿、扭转震击器、内外刀翼式PDC钻头等各种新型井底钻井工具进行了简要介绍。     

利567区块PDC钻头研发及应用

正利567区块是东营凹陷北缘一部份,该地区以极不均质的沙四段砂砾岩体著称。一直以来,PDC钻头在该地区该地层难以取得好成绩,大多数井靠牙轮钻头钻进。通过对地层情况进行研究,我们制定了PDC钻头的设计方案,研制出新型PK5252SZ-215.9钻头并进行了现场试验。试验结果表明,新的PDC钻头提高了钻头总进尺,以较快的机械钻速完美地完成了所钻井段。