PDC钻头不良工况分析

PDC钻头已经得到了广泛应用,但在硬地层及复杂地层钻进时,钻头寿命短,钻速低。基于ANSYS软件对PDC钻头在致密砂岩中钻进时的正常工况及不良工况的瞬态接触仿真分析,比较了各种工况下PDC钻头的应力云图。发现不良工况会导致PDC钻头局部受到集中应力的作用,这些集中力大于或远大于正常钻进时钻头受到的最大应力。长时间的不良工况会导致钻头损坏,造成进尺缓慢或无进尺。     

基于火山岩地层钻井岩心资料的PDC钻头设计改进

PDC钻头在钻进火山岩地层过程中,技术性能常得不到充分发挥,针对火山岩地层岩心资料,从复合片、切削齿受力、齿型、切削齿的角度等方面设计和改进了PDC钻头。研究分析了剖面形状、布齿、切削齿工作角等设计对PDC钻头性能的影响。提出了以加强钻头的稳定性、耐磨性和提高钻速为目标的设计观点。研制的新型钻头采用抛物线形剖面,中密度布齿,切削齿后倾角在10°-15°范围内变化。结果表明：与牙轮钻头相比,PDC钻头钻速提高了约20％,每米钻井成本降低了27％。     

煤矿井下定向钻进用新型PDC钻头

在硬地层或软硬交错地层中定向钻进时,常规单齿式平底钻头磨损较为严重。为此,我们开发出一种新型定向PDC钻头,并采用数值模拟方法分析该钻头的破岩机理和受力特性。结果表明:与普通平底钻头相比,在同等工况条件下,新型定向PDC钻头的破岩载荷比普通平底钻头降低36%,破岩效率提高近50%。根据模拟结果,试制新型定向PDC钻头并进行现场试验。试验显示:在中硬至硬地层中进行定向钻进施工时,与普通平底钻头相比,新型定向PDC钻头平均寿命提高2倍以上,进尺效率提高约1倍,降低钻进成本。      

PDC钻头焊接工艺的研究

聚晶金刚石复合片(PDC)钻头钻进的岩层越来越复杂,在复杂地层及硬岩钻进中时有掉齿、崩刃等现象发生,造成钻头失效.研究表明,焊接工艺是影响PDC钻头的最主要原因.本文以φ94 mm三翼内凹式PDC钻头体为试验样品,对影响PDC钻头焊接质量的主要因素进行了分析,研发出一种新的PDC钻头焊接工艺.试验结果表明:采用该工艺制...     

弧角型PDC钻头在煤矿定向排水孔施工中的应用

我国煤矿井下现用定向钻孔施工钻头多为胎体式平底聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)钻头,钻头选型相对单一,在较软地层钻进时尚能够满足使用要求,但在钻遇中硬岩层时,存在钻进效率低的问题。对此,研制了一种胎体式弧角型PDC钻头,用于煤矿定向钻进排水孔施工,试验结果表明:该弧角钻头在中硬岩层钻进时,钻进效率能提高30%~40%,大大节约了施工成本和周期。     

适合强研磨性硬地层的新型混合钻头设计及现场应用

为提高金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)钻头在强研磨性硬地层中的破岩效率和使用寿命,设计2只由PDC切削齿和金刚石孕镶块组合作为切削单元的PDC-金刚石孕镶块新型混合钻头,并在冀中某断层区块石英岩地层进行现场试验。试验结果表明:与同井段使用过的牙轮钻头的平均值相比,1#PDC-金刚石孕镶块混合钻头的平均机械钻速提高52.30%,平均钻头进尺提高97.30%;与牙轮钻头的平均值和M1375D PDC钻头相比,2#PDC-金刚石孕镶块混合钻头的平均机械钻速分别提高30.85%和 32.30%,平均钻头进尺分别提高70.50%和 47.40%。PDC-金刚石孕镶块混合钻头极大地提高了强研磨性硬地层中的钻进效率,降低了钻井成本。      

硬地层定向PDC钻头个性化设计与应用

为了扩大PDC钻头在坚硬地层钻进方面的使用范围,通过对钻头冠部轮廓形状、切削结构、切削齿工作角度、钻头水力结构、稳定特性影响因素等方面的研究和优化设计,针对长岭凹陷青山口组及拳头组地层,个性化设计了311BTS115E6型定向PDC钻头。试验表明:新型号钻头在硬地层定向段机械钻速高,平均机速达到3.2m/h,与临井相同井段钻头相比,钻速提高了200%。且该钻头滑动过程中造斜率高、工具面稳定,具有极高的推广价值。     

弧角型PDC钻头在青龙煤矿中的应用研究

针对贵州能化集团下属青龙煤矿复杂地层条件,采用分层错峰布齿,选用弧面型PDC切削齿,并调整PDC切削参数,研制了ф113mm的弧角型PDC钻头,并进行了现场钻进试验。结果表明:与矿上现用ф113mm三翼内凹型PDC钻头相比,弧角型PDC钻头总进尺达到170m,提高提高了30%以上;钻进效率大致相同,为15m/h。观察使用后的钻头,发现弧角型PDC钻头属于正常磨损,而三翼内凹型钻头PDC切削齿发生崩片居多,进一步说明弧角型PDC钻头在青龙煤矿中更具有适应性。     

煤矿瓦斯抽放孔跟管钻进用偏心PDC钻头的研制

为解决松软突出煤层钻进难、成孔难这一问题,我们研制了一种偏心跟管PDC钻头,并研究了施工过程中的参数对钻进效率和钻头寿命的影响。结果显示:PDC偏心钻头能够比较快速的破碎岩石,适用于煤系地层的瓦斯抽采孔钻进。但对于松软煤层钻进过程,其需要较大的水路以充分冷却钻头及排除岩粉。对现场施工的研究表明,合理的切削角和侧转角,以及相应的空间参数,能够保证PDC钻头快速破碎岩石,并提高钻头寿命。     

磨损齿PDC钻头的切削性能试验

为探究磨损齿PDC钻头的切削性能,避免其过早失效,通过单齿切削试验以及全尺寸磨损齿钻头钻进试验,分析磨损齿的受力状态以及钻头的钻进特性。结果表明：相比于新齿,磨损齿受载更大,且其“磨圆”后切岩过程中的钝搓现象普遍存在;在相同吃深条件下,齿的磨损高度越大,载荷波动越明显。相比于新钻头,磨损齿钻头更能产生光滑的井底,不利于其侵入地层。随齿的磨损高度增加,钻头的机械钻速下降,机械比能增加,振动程度减小,且钻头的径向加速值与齿的磨损高度无关。当齿的磨损高度大于3.0 mm时,钻头的机械比能和机械钻速对钻压不敏感。     

高频液力扭转冲击钻井提速工具设计与分析

PDC钻头钻遇中硬及软硬交替地层时极易产生黏滑现象,导致钻柱扭转振荡、钻进过程不稳定,机械钻速急剧下降。为解决上述难题,设计一种高频液力扭转冲击钻井提速工具。该设备主要由扭转冲击元件、承载连接元件及相应附件组成,通过内部流道产生的节流压差驱动扭转冲击元件产生高频往复的冲击扭矩,减弱或消除黏滑振动对钻头使用寿命的影响。地面试验和现场应用结果表明:该工具通过水力循环可稳定输出高频冲击扭矩,在桃2-4-18A井、坨203井、延491井进行了现场应用,与邻井相比机械钻速平均提高30%以上。该设备具有较好的市场应用前景且为深井、超深井钻井提速降本增效提供了技术支撑。     

Cutting capacity of PDC cutters in very hard rock

An experimental programm of investigating the cutting capacity of PDC flat cutters in very hard rock has been performed, Experiments include both the cutting of PDC fixed at different angles on the granite core or bar and linear cutting with different static thrust on the block of granite, The effects of the rough degree of rock surface, cutting angles,and static thrust on the cutting capacity of PDC in very l‘mrd rock were investigated and analyzed. The results show that the single modp of rotarv drilling llsing PDC cutterg is not annlied fnr very hard rocks.     

CVD金刚石条强化孕镶金刚石钻头的试验研究

本文将经过激光切割的CVD金刚石条镶嵌到传统的孕镶金刚石钻头胎体中,研制了一种新型的硬支点强化型金刚石钻头,以提高钻头在坚硬地层中的钻进效率和使用寿命。介绍了该新型钻头的设计及制造工艺,并进行了室内钻进试验。结果表明：与聚晶金刚石柱强化孕镶金刚石钻头相比,CVD金刚石条强化的孕镶金刚石钻头的钻进效率较高,达5．575m／h,且该钻头的磨损程度更小,使用寿命长。在钻进过程中更加稳定.     

坚硬致密岩层打滑形式分析及金刚石钻头的选择

钻进坚硬致密弱研磨性岩层,常常会出现所谓的钻头“打滑”现象.通过对钻头出现打滑原因和打滑形式的分析,总结了金刚石钻头的性能与结构、金刚石参数以及钻进工艺参数对钻进硬而致密岩石的影响,提出了只要钻头性能、岩石性质、钻进工艺参数三者能够优化配合,就能在坚硬致密的岩层中取得好的钻进效果.     

Failure modes of PDC cutters under different loads

The capability of several types of flat PDC cutters to withstand combined loads were tested and evaluated by the impact and cutting of single PDC cutter on granite in a linear impact-cutting table.The primary failure modes of PDC cutters withstanding different combined loads were investigated and analyzed.The suggestions of enhancing PDC cutters to be suitable for drilling very hard rock have been made.