PDC钻头的新发展——PDC复合钻头

利用PDC钻头能在软地层获得高钻速的效果,利用天然金刚石钻头能在研磨性硬地层获得理想的钻速和寿命的特性,国外已出现了综合这两种钻头优点的PDC复合钻头。钻头的切削工作面沿其切削方向上相隔布着PDC齿和天然金刚石齿,而天然金刚石齿总是位于PDC齿之后,并且在出露尺寸上低于PDC齿;钻头的保径面上布有能抵抗研磨性地层磨损的几种性能各异的保径块。现场使用这种钻头的记录表明,其工作指标相当令人满意,而且单位进尺平均成本又低于其它类型钻头。     

人造金刚石孕镶块钻头的制造和试验小结

一、简况一九七二年十二月,我油田三分部在北京粉末所的支援下,加工了用100号～120号人造金刚石压制的孕镶块150颗,先后在原刮刀取心的硬质合金钻头上,打孔装入刀片刃部。每片刀片外圆镶入四颗,目的是验证孕镶块在井下的抗磨和工作的适应性,是否能达到保径的预期目的,从而增加单只钻头的总进尺。     

短翼刮刀钻头的研制与现场试验

短翼刮刀钻头,是从常规刮刀钻头的使用中演变而成。短翼刮刀钻头刀翼比常规刮刀强度提高30％。在相同钻井参数下,前者比后者平均喷嘴射流提高20％,提高进尺18％,机械钻速提高37.18％,降低钻井成本27.86％。     

大情字井地区中深井PDC钻头优化设计

为了解决中深部地层钻头机械钻速低、单只钻头累计进尺少等问题,对PDC钻头进行优化设计.由试验数据回归出岩石抗压强度与可钻性级值间的计算式,并得到PDC钻头刀翼数、切削齿数与可钻性级值间的计算式.主要从冠部形状、切削齿、刀翼、保径和水力结构5个方面进行个性化设计,设计出六刀翼、双排齿、直线-圆弧-抛物线中锥型冠部形状、短螺旋保径、6个水眼十中心水眼和大排屑流道的M1666SS型PDC钻头.使用结果表明:钻速和单只钻头进尺比同区块同深度处最高纪录分别提高了35.4％和44％.     

大订调整井刮刀钻头优选参数钻井技术

在庆油田普遍采用刮刀钻头调整井。现场试验表明，对刮刀钻头钻井参数进行优选优配，在同等条件下比牙轮钻头可获得更高的经济效益。本文主要介绍大庆油田１９９２年２０多口井现场试验情况，同时探讨了钻头选型、喷嘴组合、泵压、排量、钻压、转速及钻井液参数对刮刀钻头钻速的影响规律。     

采用特殊的钻头和底部钻具组合对井眼的保径至关重要

本文叙述了采用特殊的钻头和底部钻具组合对井眼的保径的重要性。指出如果采用特殊的钻头和扩孔器钻井,尽管投资较大,但所增加的投资可由增大钻速、减小扭矩和加大进尺等补偿回来。并通过钻头类型的选择;适用钻头的选择;特殊钻头的加工;底部钻具组合的说明进一步阐述各种保径齿钻头的特性及其效能。     

山前构造砾石层大尺寸钻头优化设计及现场试验

塔里木盆地天山南探区为山前构造,钻井地质环境复杂,3 000 m以浅地层含有大段砾石层,可钻性差。为此,在深入分析砾石层物性特征的基础上,有针对性地设计了适合于砾石层的660.4和444.5 mm牙轮钻头和适合于微砾石层的444.5 mmPDC钻头。设计牙轮钻头时,通过优化钻头齿高、齿长及齿顶宽,调整布齿密度,及采用螺旋式双稳定掌背、滚滑复合轴承、中心喷嘴和中长喷嘴等方式,以增强钻头的攻击性,提高钻进效率和工作的稳定性;设计PDC钻头为7个喷嘴,采用耐磨性和抗冲击性较好的19.0 mm复合片和中低布齿密度、肩部双排齿结构、加强保径,以期在较低钻压下提高钻头的破岩效率。设计的3种钻头在天山南探区库2井一开、二开井段进行了现场试验,结果表明:与邻井实钻数据相比,660.4 mm牙轮钻头钻速和单只钻头进尺分别提高84.62%和445.04%,444.5 mm牙轮钻头和PDC钻头的钻速分别提高46.15%和128.85%。在大北、克深两地区3口井的推广试验结果也表明,660.4 mm牙轮钻头可大幅提高机械钻速、节约钻时。综合分析各试验井数据认为,设计的3种钻头适合于在山前构造探区砾石层钻井,且提速提效明显。      

大庆调整井刮刀钻头优选参数钻井技术

大庆油田普遍采用刮刀钻头钻调整井。现场试验表明，对刮刀钻头钻井参数进行优选优配，在同等条件下比牙轮钻头可获得更高的经济效益。本文主要介绍大庆油田１９９２年２０多口井现场试验情况，同时探讨了钻头选型、喷嘴组合、泵压、排量、钻压、转速及钻井液参数对刮刀钻头钻速的影响规律。     

胶粘硬质合金三刮刀钻头的试验

刮刀钻头上的硬质合金在制造过程中的高温受热(1280℃烧结和刀片基体钢调质时850℃淬火),是使硬质合金固有的耐磨性降低,从而使钻头进尺减少的重要原因。 为了解决这个矛盾,我们从1973年5月开始试验采用粘合剂将硬质合金胶粘到钻头刀片     

新型刮刀钻头的设计及现场试验研究

在理论分析的基础上，综合PDC钻头和刮刀钻头的优点，设计了一种新型的刮刀钻头，并进行了现场试验。现场试验结果表明，该钻头运转平稳，采用低钻压、高转速，钻进速度快，井眼规则通畅，有较明显的防斜作用，该种钻头的推广应用对提高钻井工程的整体效益具有十分重要的意义。     

调整井刮刀钻头与牙轮钻头使用特性对比分析

通过１５６口调整井钻井试验，对比分析了刮刀钻头和牙轮钻头的钻进特性、牙齿磨损特性、井底流场特性及钻井效果。结果表明，大庆油田葡萄花组以上地层宜用刮刀钻头钻进，刮刀钻头的平均机械钻速比牙轮钻头的平均机械钻速提高８２％。     

川西须家河组地层PDC钻头结构参数优化及选型

川西深层须家河组气藏主力储层埋藏深、地质条件复杂,尤其是其地层硬度高、可钻性差,致使钻头选型困难,机械钻速低。为提高须家河组地层机械钻速,针对地层岩性特征,利用ABAQUS软件建立了切削齿破岩有限元模型,结合钻头设计理论优化了PDC钻头结构参数,确定出了适合须家河组地层的钻头冠部轮廓、切削齿、刀翼数和保径特征等主要结构参数,提出了PDC钻头选型的关键特征。在此基础上,优选出了9个型号PDC钻头,形成了须家河组地层钻头系列化选型方案:须5段-须3段地层宜选用攻击性强同时具有较强抗研磨性和抗冲击性的PDC钻头,须2段地层宜选用高抗研磨性兼顾吃入能力和抗冲击性的混合布齿钻头。现场应用表明,42只优选钻头平均进尺增加27.57%,钻速提高40.19%,实现了须家河组地层钻井提速新突破。      

东海地区PDC钻头使用综述

PDC钻头与牙轮钻头相比 ,有许多优点。文章将中海石油平湖钻完井项目组、中海石油上海公司、上海海洋石油局在东海地区施工中 ,PDC钻头的使用情况进行了统计 ,在钻头进尺、纯钻时间、机械钻速等方面进行了分析 ,阐明PDC钻头在海洋石油钻井中具有广泛的应用前景     

特殊可导向PDC钻头的开发及成功应用

介绍一种特殊的聚晶金刚石（ＰＤＣ）钻头在可导向马达总成上的成功应用及其发展前景，聚晶金刚石钻头的发展阶段包括一系列的试验室和现场试验。这些表明适当的表面设计和保径侵入性设计是提高钻头稳定性的关键。值得注意的是，一般认为稳定性需要短的，具侵入性的保径，现发现是一种误导，全世纪的现场应用已证实这点，一种新型设计减少了工具表面的波动，尽管钻压不正常，在得到允许的理论造斜率（ＢＵＲ）的前提下，产生优质井眼     

螺杆钻具配合高效钻头提高钻井效率的试验研究

在深井和超深井钻井中,由于"转盘钻配合牙轮钻头"限制了钻头转速的提高。1997年在青海油田冷科1井三个井段进行了"螺杆钻具配合高效钻头"提高钻井效率的试验研究。第1次在3727.40~3751.87m,进尺24.47m,机械钻这0.87m/h,钻速比牙轮钻头提高20.83%;第2次在3756.77~3898.83m,进尺142.06m,机械钻速1.27m/h,比牙轮钻头进尺提高近2倍,钻速提高75.83%;第3次在4200.26~4305.45m,进尺105.19m,机械钻速0.74m/h,钻速比牙轮钻头提高60.87%。试验结果表明,使用"螺杆钻具配合高效钻头"不仅能提高深部井段的机械钻这,而且如果钻头、地层和螺杆钻具三者匹配合适,其它参数选用得当的话,提高钻速还有很大潜力。     

侧钻井水平井造斜 稳斜钻头的研制与应用

重点介绍了侧钻水平井造斜、稳斜钻头的设计依据和制造工艺，结合现场使用情况，总结出了其主要性能特点及存在问题，为今后的进一步推广应用指出了方向，同时指出了该型钻头在保径侧钻水平井过程中发挥出的高效益和重要作用。     

陀螺减振工具与PDC钻头在花岗岩潜山地层的应用

PDC钻头在硬地层中钻进时易发生黏滑振动,导致钻速低、进尺短。采用陀螺减振工具和优化设计PDC钻头的方法减少在花岗岩潜山地层中钻进时的黏滑振动,以延长钻头寿命。陀螺减振工具配合个性化PDC钻头在乍得花岗岩基岩井段630~869 m进行试验,取得进尺239 m、纯钻时间54 h、机械钻速4.44 m/h的良好效果,与邻井3只PDC钻头进尺小于11 m、钻速低于1.23 m/h相比,钻头指标大幅度提高,与邻井43只牙轮钻头相比,平均机械钻速提高97.33%,平均进尺提高54.19%。该技术可在花岗岩潜山水平井、硬地层及软硬交错地层推广应用。     

山前地区复杂地层新型钻头技术及应用研究

塔里木山前地区岩石可钻性差,钻速低,单只钻头进尺低。鉴于此,在对山前地区钻头使用技术难点分析的基础上,分别开展了"狮虎兽"钻头、微芯钻头和涡轮配合孕镶钻头等新型高效钻头技术在山前地区的提速增效的试验性应用研究。研究结果表明,"狮虎兽"钻头在迪北103井苏维依组平均机械钻速为2.04 m/h,比邻井相同层位提高了135.8%;单只钻头进尺为290.0m,比邻井相同层位提高了564%。微芯钻头在迪北102井平均机械钻速为1.5 m/h,比邻井相同层位提高了38.6%;平均单只钻头进尺为119.8 m,比邻井相同层位提高了82.2%,同时获取了2块地层岩芯。涡轮配合孕镶钻头技术在克深地区机械钻速提高2倍,单只钻头进尺提高3倍,在博孜102井上部砾石层应用平均机械钻速1.73 m/h,与进口牙轮钻头使用情况对比,平均机械钻速提高2.2倍,单只钻头进尺提高5.3倍。研究成果为山前地区复杂地层的钻井提速增效提供了参考。     

适用于特定地层的PDC钻头个性化设计

破碎性地层的井下掉块常常导致常规设计的PDC钻头出现卡钻现象,严重的甚至会造成钻头掉齿、断刀翼等井下事故,严重影响了PDC钻头的推广使用。为此,对Φ215.9 mm六刀翼PDC钻头进行了全面改进设计：冠部形状为“直线-圆弧-直线”,相邻刀翼之间夹角约为60°;主切削齿直径为16 mm且按照“中密度”方式布置;将刀翼尾部的保径块整体上移一定距离,且4个保径块围绕钻头轴线成90°。之后采用PDC钻头数字化钻进仿真系统和CFD软件对设计方案进行了力平衡和井底流场优化分析：优化布齿参数的钻头横向力约为钻压的3.9%;高的流速分布在1号、5号刀翼工作面鼻部位置及2号、3号、4号、6号刀翼背面,有利于岩屑及时清除出PDC齿表面。改进后的新型Φ215.9 mmPDC钻头在吐哈油田破碎性地层中应用总进尺1 339 m,与邻井同井段相比,节约了5次起下钻工作量和作业时间,钻头出井后,仅两颗齿损坏,其余PDC齿磨损均衡,冠部冲蚀情况与钻头的井底流场分析的结果完全吻合,说明PDC钻头的个性化设计能够为此类地层钻井提速提供切实可行的技术思路。     

无刀片胎体金刚石钻头的研究开发

通过对国外无刀片胎体金刚石钻头的广泛调研,研究开发了适合无刀片结构的金刚石钻头胎体材料,设计并试制了无刀片胎体金刚石钻头。试制的无刀片胎体金刚石钻头,先后通过了室内台架试验和钻井现场试验,均取得了良好的钻进效果。无刀片胎体金刚石钻头的成功开发,填补了国内胎体金刚石钻头空白,为开发国际一流胎体金刚石钻头打下了坚实基础。