新型定向井PDC钻头的研制与应用

针对常规PDC钻头在胜利油田临盘区块定向井钻井施工中，工具面不稳定、难以控制、滑动钻进时钻压较小、钻速低的问题，研制出了一种新型定向井PDC钻头。该PDC钻头采用短剖面形状，特殊双重切削布齿结构，又对钻头进行了力平衡设计，把钻头的侧向力减到最小，增加了钻头工作时的稳定性。在临盘区块多口定向井的现场应用表明，新型定向井PDC钻头滑动钻进时钻压变化的敏感度小，工具面可控性好，复合钻进机械钻速和定向井机械钻速较常规PDC钻头都有较大幅度提高，且提高了钻井和下套管效率及井身质量。     

导向PDC钻头设计及其在临盘地区的应用

针对常规PDC钻头在胜利油田临盘地区定向井钻进过程中存在的工具面不稳定、井斜角和方位角难以控制、滑动钻进时钻速较低等问题,研究分析了PDC钻头的剖面形状、切削结构、保径设计等对钻头导向性能的影响规律,在此基础上,研制出一种适合临盘地区地层特性的BTM115H型导向PDC钻头。该型PDC钻头采用浅内锥、双圆弧剖面形状,特殊双重切削布齿、短保径设计和侧向力平衡设计,能够有效提高钻头的导向性能和机械钻速。多口定向井的现场应用效果表明,BTM115H型导向PDC钻头在定向钻进过程中,工具面可控性好,复合钻井速度和定向机械钻速较常规PDC钻头都有大幅度提高,为临盘地区的定向井快速钻进提供了有力保障。      

Q2-24井钻头优选试验研究

玉门油田青西地区地层可钻性变化较大，钻头选型困难，导致机械钻速较低。在Q2-24井钻井过程中试验应用了BEST公司的PDC钻头和HUGHES公司的三牙轮钻头，结果表明：该地区弓形山组地层开始直到中沟组泥岩段(2200～3500m)夹杂砂岩、砾岩的地层，使用小尺寸、大倒角的PDC钻头是适宜的，但需认真分析岩性及井下情况，并参阅邻井PDC钻头使用资料，确定合理的钻井参数和钻具组合，以提高机械钻速，缩短钻井周期；与国产钻头相比，HUGHES钻头的的机械钻速较高，钻头的轴承和胎体材质较好，与国产钻头相比，能承受更大钻压。     

扭力缓冲器在新疆火山岩地层的应用研究

石炭系火山岩地层是新疆滴西地区主要勘探区域之一,但由于其埋藏深,岩石强度高,硬度大,且非均质性强,导致其研磨性强,可钻性差,PDC钻头先期损坏严重,平均机械钻速低,制约了油田高效快速开发的进程。为此,在滴西地区研究应用了扭力缓冲器,配合高效PDC钻头来提高钻井速度。滴西33井先后2次入井的钻探实践结果表明,采用扭力缓冲器钻井可以保证PDC钻头工作平稳,消除钻头粘滑现象,提高破岩效率。在滴西33井钻进263.93 m,平均钻速比邻井同井段提高了83.3%。扭力缓冲器的应用成功为深部火山岩地层钻井提速提供了一条新的技术途径。     

北部湾PDC钻头高效钻进及配套技术浅析

从北部湾地区PDC钻头高使用率的实际情况出发,结合该地区的地层特征及钻头使用情况,总结分析了PDC钻头在钻头选型、使用中异常工况的判断以及配套技术等方面应用的成功与不足,提出PDC钻头高效钻进还应在黑灰色碳质泥岩加强钻头选型,在浅部大倾角、塑性泥岩地层配合弯角马达钻进,目的层段根据裸眼段长度合理选择弯角马达或PowerDrive动力导向系统,以及加强PDC钻头异常工况的预防和处理等措施,从而真正发挥PDC钻头高效钻进作用,实现进一步降本增效的目标。     

针对西西伯利亚定向井PDC钻头的开发

俄罗斯西西伯利亚是俄罗斯的主要油区,俄罗斯75%~80%的石油、天然气产自该油区。针对常规PDC钻头在俄罗斯西西伯利亚定向井施工中,钻头导向性能差,造斜率不足的情况,研制出了一种新型的定向井PDC钻头。该PDC钻头采用浅内锥结构,同时进行了限制切削深度设计,增强了钻头对扭矩的响应。短钻头体,提高了该钻头的造斜率。通过现场试验,该钻头能较好的满足定向钻井施工,取得了较好的效果。     

QP19-L型PDC钻头在TK320井的应用

针对塔河地区的地层特点和PDC钻头的破岩机理，优选了适合于该地层钻进的QP19-L型PDC钻头，总结了PDC钻头的使用技术措施。在TK320井二开井段的应用表明，该钻头能明显提高机械钻速，缩短钻井周期，值得推广应用。     

川西地区PDC钻头防斜技术研究

PDC钻头在川西地区的推广应用取得了显著的经济效益和社会效益，但是在应用PDC钻头钻进时，井斜现象不但没有减少,而且比牙轮钻头钻进时更为严重，甚至导致报废钻井进尺。通过对川西地区实钻资料的调查分析发现，PDC钻头的外观形状与钻具组合防斜能力不够等因素是引起PDC钻井井斜的主要原因，针对性地提出了PDC钻头钻进防斜的技术途径，通过几口井现场试验得到了验证。建议川西地区PDC钻头宜选用短外锥，而可钻性好的蓬莱镇组软地层可选用中-深内锥PDC钻头类型，以满足防斜要求。根据该地区经验，推荐的钻头型号有AR574、R60ST、AR482、B1936、F512B、F622。     

胡状地区小靶径多靶点定向井钻井技术的应用

随着油田勘探开发不断深入及从提高低渗油藏采收率角度出发，中原油田近年在胡状地区部署了一批小靶径多靶点定向井。通过井位优选、推广复合钻井技术、应用高效PDC钻头，形成了一套适合该类型井的优快钻井技术，取得了良好的经济效益。     

小井眼PDC钻头的自平衡抗回旋技术

针对小井眼PDC钻头的实际工作条件,提出了在小井眼钻井中具有普遍意义的PDC钻头的横向力自平衡抗回旋技术.分析了钻头的受力状态与钻头回旋运动之间的关系,并对自平衡抗回旋技术的基本原理、设计方法和技术准则作了阐述.将该技术应用到小尺寸PDC钻头设计中,开发出可在直井、定向井以及水平井等各种小井眼钻井中使用的新型直径为114mmPDC钻头.简要介绍了该钻头的设计原理、结构特点和重要的技术参数.小井眼PDC钻头在大港油田直径为140mm套管开窗侧钻井的钻井工程中取得了良好的技术效益和经济效益.磨损分析结果表明,切削齿磨损速率低,磨损量均衡,聚晶金刚石层未见明显的脆性崩裂,具有良好的抗回旋性能.     

衡转矩钻井工具研制

PDC钻头在难钻地层钻进时有“憋跳钻”现象严重、钻头机械钻速低、单只钻头进尺低等问题。研制了一种衡转矩钻井工具,该工具采用弹簧+螺旋导向机构的机械传动方式,实时存储、释放钻井转矩能量; 通过对钻头的破岩能量实时优化,实现了钻井转矩波动的“消峰填谷”,平稳钻进。试验结果表明,衡转矩钻井工具设计合理、性能可靠,可满足直井和定向井工程需求,能够有效减少钻井转矩波动、提高钻头进尺及机械钻速。     

修复式PDC钻头降低钻井综合成本的应用

软到中等硬度地层使用PDC钻头，具有机械钻速高、进尺多、寿命长、降低劳动强度等优点，同时可以大大缩短建井周期，提高钻井综合经济效益。但由于PDC钻头的一次性投资较大，如选层选型不合适有较大风险。PDC钻头的可修复性则是进一步降低钻井综合成本的有效途径。通过在新疆塔河油田PDC钻头使用后再修复使用的实践，证明修复的PDC钻头与新钻头一样可取得较好的技术指标，获得显著的经济和社会效益。     

增强造斜易控性的新型PDC钻头工作特性

为提高特殊赋存条件下的油气井定向钻进过程钻头的造斜可控性,提出一种新型的PDC钻头设计方案。综合考虑钻头心部锥角、冠部形状、过渡圆弧半径和中心线位置等因素,研究其造斜易控特性。进行了钻头的线型轮廓设计,建立了造斜段钻头的力学分析模型,并在此基础上分析了钻头破岩过程的造斜特性;根据实验测试结果,分析轮廓设计参数对钻头破岩特性的影响。研究结果表明:心部锥角和过渡圆弧半径对PDC钻头的造斜能力及造斜曲率影响较大;心部锥角太深,使钻头偏转能力下降,进而导致其造斜曲率过大;心部锥角太浅,钻头稳斜能力显著下降,使实际稳斜阶段曲线较设计曲线偏离较大;在定向井实际钻进过程中,增强造斜易控性的新型PDC钻头能较好地解决现有常规PDC钻头偏转能力弱、造斜曲率过大的缺点。建立的分析模型综合考虑了钻头在定向钻进时的复杂工况,并对相关研究进行了修正和完善;同时,通过相关参数的调整,可将分析模型应用于其他情况下的分析研究,研究结论对定向井技术的发展及钻井工具的研制具有重要参考意义。     

优化钻井技术在苏里格气田东区的应用

根据地层可钻性特点、地层岩性特征,以现有的PDC钻头技术、低固相钻井液使用、丛式井开发配套技术为基本出发点,结合以往在该地区钻头使用记录、钻井液资料、地层等情况进行分析对比,对PDC钻头优化效果、无固相钻井液现场施工、丛式井现场试验效果进行了分析评价,通过现场应用综合效益评价,证明了优化钻井技术的应用,提高了钻井速度,缩短了建井周期,降低了钻井开发成本,真正实现了"优质、安全、高效、低耗"的钻井施工目的。     

新型钻井提速工具在龙岗气田软硬交替地层中的成功应用

自21世纪初在四川盆地发现龙岗气田以来,机械钻速低、钻井周期长等问题长期制约着该气田勘探开发的进度和效益。为此,对该气田的钻井地质特点和影响钻井周期的因素进行了系统分析,认识到该气田侏罗系沙溪庙组、自流井组中的砂泥岩软硬交替频繁造成钻头泥包和PDC崩齿,以及上三叠统须家河组定向钻进托压严重是使机械钻速变慢最重要的影响因素。进而提出了不同地层的针对性提速技术方案,即侏罗系采用旋转冲击器带专用PDC钻头钻进,配合钻井液性能调整、钻井参数优化等专项技术措施的应用来预防处理PDC钻头泥包,实现侏罗系快速钻进;在三叠系须家河组的定向钻进井段,采用高速弯涡轮带孕镶金刚石钻头进行高转速低钻压快速钻进,该钻进方式充分利用孕镶金刚石钻头切削齿自锐的特点,以延长钻头使用寿命。最后,在该气田的2口井上进行了现场应用试验,大幅度提高了应用井段的机械钻速、缩短了钻井周期,取得了良好的试验效果。     

定向钻井PDC钻头切削参数计算方法

定向钻井PDC钻头的优化设计和导向性能分析需要准确计算PDC切削齿的切削面积、切削体积和切削弧弧长等切削参数。针对弯外壳螺杆马达或推靠式旋转导向系统,运用空间解析几何理论和数值计算方法,分析了PDC钻头在井底的运动状态,建立了切削齿的运动轨迹方程和切痕曲线方程。综合考虑了钻头偏转角、钻头的复杂运动、钻头结构参数及切削齿切削的先后次序等因素的影响,建立了切削齿的切削面积、切削体积和切削弧弧长等切削参数的数值计算方法,为PDC钻头的计算机优化设计和定向钻井PDC钻头的导向性能分析提供了一种分析手段。实例计算表明,模型和方法具有实用性,可进一步推广应用。     

QK18-1-4DS三维大位移井钻井技术

介绍了渤海湾第一口井深超过４０００ｍ的三维大位移定向井的设计与施工情况。总结分析了“ＰＤＣ钻头＋导向马达＋ＭＷＤ”钻具组合，ＤＳＳＪ８型水力加压工具，可钻式浮箍与浮鞋在该井的使用效果。探讨了三维Ｓ型大位移井的井眼轨迹控制技术要点及钻进效率问题     

定向PDC钻头

为解决常规PDC钻头在定向作业时产生的反扭矩大而造成工具面不稳定、造斜作业时常常停顿的问题,中国石油渤海装备中成机械制造公司研究开发了一种特殊的定向PDC钻头。该定向PDC钻头采用紧凑型结构设计、应用低扭矩高效破岩理论、预破应力布齿和井底流场仿真计算等技术,减少了切削反扭矩对定向工具面的影响,钻进扭矩变化小、工具面摆放稳定、定向能力强、造斜效果好、机械钻速快、使用寿命长、技术水平先进,定向效果处于国内领先水平。定向PDC钻头作为特性钻头的一种,应用前景十分广阔。