新型PDC钻头设计与现场试验

为充分发挥PDC钻头在软到中硬地层钻进时钻速高、寿命长的特点,同时减少大尺寸PDC钻头钻进扭矩大的不足,进行了PDC钻头新型结构研究,以提高深井大尺寸井眼钻井速度。针对深井开孔尺寸较大的特点,对PDC钻头几何结构和切削结构进行了分析研究,提出了新型切削结构理论——钻扩型切削结构,该结构特点可降低PDC钻头的破碎功,改变切削力的分布,从而达到提高钻速、减小扭矩的目的。根据该理论设计、制造出的PDC钻头,在上部地层的大尺寸井眼钻进中取得了较好的应用效果,扩大了PDC钻头的应用范围。现场试验结果证明,新型切削结构设计降低了钻进大尺寸井眼的扭矩,合理地分配了破碎能量,提高了钻头稳定性和钻柱的抗振性,降低了钻头回旋趋势,从而达到较高的机械钻速和较好的定向控制。     

定向用新型PDC钻头研制及现场试验

针对常规PDC钻头用于定向施工时,扭矩大,工具面不稳定,所加钻压较小,机械钻速低的情况,提出了研制新钻头的各种考虑因素,并研制出了一种定向用新型PDC钻头,现场应用表明,它具有抵扭矩、长寿命、破岩效果好等特点。     

新型挠性抗回旋PDC钻头研究

回旋是导致PDC钻头失效的主要原因, 在研究国内外抗回旋技术的基础上, 基于挠性钻头的创新思想, 设计了新型挠性抗回旋PDC钻头。该型PDC钻头由于上、下弹性环的弹性作用, 使得公、母接头之间可以倾斜一定角度转动, 井底钻具组合的倾斜不会影响钻头体, 钻头体轴线仍保持与井眼轴线重合, 不偏斜, 不与井壁接触, 从而避免回旋的产生。对挠性抗回旋PDC钻头和常规PDC钻头的运动学分析证明, 挠性抗回旋PDC钻头的抗回旋性能优良, 其工作寿命大大长于常规PDC钻头。     

新型PDC钻头概述

<正> 70年代初美国人发明了PDC钻头。在世界范围内得到了普遍应用。PDC钻头在软到中硬地层中具有机械钻速快、寿命长、钻进平稳等优点。为扩大PDC钻头的使用范围,使之能有效地钻穿硬夹层或较硬的地层,提高钻头在复杂地层内的钻进效率,世界各大钻头厂家又相继研制出了新型PDC钻头。Christensen公司研制的Mosaic、Hycalog公司研制的Hybrid和DBS公司研制的PD型和TD型等新型PDC钻头,大大提高了PDC钻头的抗冲击能力、抗冲蚀性     

PDC钻头自调节切削深度控制技术

黏/滑一直是钻井行业面临的主要挑战为了减缓黏/滑研发了PDC钻头自调节切削深度(DOC)控制技术。采用该技术在不断变化的钻井环境中可动态调节PDC钻头的切削深度,避免或减缓振动,减轻钻头或BHA组件的损坏程度,实现安全高效钻井。阐述了自调节DOC控制机构及其控制原理,对自调节切削深度控制技术分别在实验室和现场进行测试,测试结果表明:在极慢和极快的时间内,自调节DOC控制钻头能够以预期的方式响应;与标准PDC钻头和固定式DOC控制钻头相比,自调节DOC控制钻头的性能明显提高,能进一步拓宽稳定作业窗口,降低黏/滑发生概率和作业成本。研究结果可推动我国钻头技术的发展。     

西峰油田PDC钻头优化设计及应用

PDC钻头已在全国大多数油田被广泛使用,但在西峰油田的使用效果一直不理想。针对西峰油田地层软硬交错,夹层较多的特点,对PDC钻头的冠部剖面形状,切削齿尺寸,切削齿布置,切削齿工作角及钻头水力结构进行优化设计,并采用力平衡设计使钻头具有更强的稳定性。现场试验证明优化设计的钻头与牙轮钻头相比,机械钻速高,进尺多,对降低钻井成本有积极的意义。     

混合切削结构PDC钻头简论

介绍了混合切削结构PDC钻头的切削结构、切削原理及其特点。金刚石孕镶柱与PDC切削齿组成了主辅切削结构，提高了钻头的稳定性，改善了钻头的工作性能，使其在钻软、硬地层时都有较高的机械钻速和长的寿命。     

一种新的抗振PDC钻头原理

在钻头和下部钻具之间的刚性连接使得井下振动加剧。在钻头结构中设计一种可倾斜的挠性结构，可减少钻头与下部钻具的耦合程度，因而改进了钻头的稳定性。这种钻头的原理已在可模拟井底振动条件的专门设计的试验钻机上得到证实。一种８ １／２ｉｎ（２１６ｍｍ）的原型钻头已在油田进行工业试验。上加速度记录证明，装有挠性连接的钻头井下振动水平大幅度下降。     

新型系列的PDC钻头

金刚石产品国际公司 (ＤＰＩ)推出了一套新型系列的ＰＤＣ钻头 ,该公司称之为ＳｐｅｅｄＤｒｉｌｌＰＤＣ钻头系列 ,该钻头系列集ＳｐｅｅｄＲｅｒｍｅｒ双中心钻头的优点和ＬｏＴｏｒｑｕｅ可操纵钻头系列的特殊功能于一身 ,既有高的机械钻速、长的使用寿命、好的定向控制 ,又     

PDC钻头稳定性技术研究

文章对影响PDC钻头稳定性的回旋振动与扭转振动进行了分析与研究，提出了多种改善PDC钻头稳定性的技术措施，并简要介绍了应用效果。     

国外抗回旋PDC钻头研究及使用动态

本文指出了回旋运动对PDC钻头的危害,简要介绍了低摩阻保径和圆环轨道布齿钻头设计,通过大量的现场应用实例详述了这两种PDC钻头的抗回旋效果。     

PDC钻头选型新方法

采用综合方法,把由常规测井资料评价出来的地层岩石力学诸参数综合成一个值,作为评判待钻地层可钻性的标准。在此基础上,综合考虑了对PDC钻头应用效果影响较大的抗压强度和岩石内摩擦角这2个岩石力学参数,并结合研究区块PDC钻头使用记录,优选出适合待钻地层的PDC钻头型号。现场试验证明,该方法简单易行,应用效果良好。     

新型PDC钻头在塔木察格区块的试验

蒙古国塔木察格油田部分区块发育有凝灰质地层,岩性致密且塑性较强,可钻性差,钻头易失效。在此地质条件下,提高机械钻速,缩短钻进周期,是该区块钻井提速的关键。本文通过对PDC钻头进行改进,形成具有个性化特点的PDC钻头方案,新型HZP系列PDC钻头在塔木察格区现场试验7口井,实现了T21-54、T21-61区块机械钻速提高33%-87%,为新型PDC钻头在塔木察格油田的推广应用打下了坚实基础。     

新型PDC钻头

美国Halliburton公司设计出一种专用于坚硬岩层钻井的新型PDC钻头，这种钻头镶有抗磨蚀的新型PDC切割齿，抗磨蚀性能是工业标准的135倍，抗冲击性能良好，能显著提高钻井进尺和机械钻速。     

新型PDC钻头设计

PDC钻头在钻井破岩中所占的比例越来越大,但在软硬交错的多夹层地层钻进时效果却不理想,常常发生先期损坏。针对胜利油田多夹层地层特点进行了PDC钻头的优化设计,突破了PDC钻头单一切削元件模式。根据该设计制造的一种新型复合式PDC钻头在多夹层地层中取得了较好的应用效果。与牙轮钻头相比,复合PDC钻头机械钻速高、寿命长、进尺多等特点,对加快油田勘探开发速度、降低钻井成本有积极的意义。     

用新型PDC钻头钻地热井

使用外径为8(15/32)in、内径为4in的新型PDC取心钻头进行了一项地热井钻井试验,钻头体上焊有57个新型PDC切削齿,其侧偏角和后倾角均为-10°。这种钻头的特点主要体现在所使用的新型PDC切削齿上。(1)这种新型PDC切削齿的材料与某家日本制造厂商已研制成的用以钻坚硬、高温岩石层的切削齿材料相同。(2)传统的PDC切削齿的金刚石层是露在外面的,在钻坚硬的岩石时很容易碎裂。因此,新型齿的金刚石层几乎被碳化钨层所覆盖,以防止其碎裂破坏。 试验是在井下1900m深处进行的。被钻的岩石是非常坚硬的花岗岩(单向抗压强度约为1100kgf/cm~2),而且此处岩石的温度达250℃左右。使用膨润土泥浆。钻压在0.6tf～12tf(吨力)之间变化,以保持恒定的大约2cm/min的机械钻速。泥浆的流量及钻头转速分别为1m~2/min和27rpm。 钻头钻进深度大约为5m。PDC钻头在钻井之后其磨损程度或脱落为60％左右。 从钻井试验结果来看,显然这种新型PDC取心钻头可以用于钻非均质的高温、坚硬的岩石层。     

新型PDC钻头的防斜打快效果及评价

大庆油田海拉尔地区的地层倾角大、岩屑录井荧光级别低,亟待解决满足岩屑录井要求的防斜打直问题。为了能够在获得足够大的岩屑颗粒和提高机械钻速的基础上达到防斜打直的目的,制定了采用大切削齿B425型PDC钻头配以小钟摆钻具组合的现场试验方案。试验表明:B425钻头与牙轮钻头所破碎的岩屑颗粒基本相当,能够满足地质岩屑录井的要求;与牙轮钻头相比,B425钻头显著地提高了机械钻速,降低了钻头费用,减少了起下钻次数;单只B425的进尺可达1000m以上,相当于2~3只牙轮钻头的进尺;采用PDC钻头配以小钟摆钻具组合,可以较好地解决防斜打直问题。此外,针对试验中遇到的问题,通过改进井身结构和调整钻井参数,形成了一套适合于海拉尔地区的防斜打快技术。     

国外钻头技术新进展

分析了美国Hughes Christensen公司、Reed-Hycalog公司、Smith钻头技术公司、Varel国际公司以及国外其它钻头制造商的新型钻头产品和技术。对这些钻头的结构特点、性能特点、试验及现场应用情况分别做了描述或说明,同时对新钻头产品的设计软件和设计方法做了简要介绍。建议国内钻头制造企业加大技术开发力度,不断推出拥有自主知识产权的更新换代产品。     

PDC钻头递增钻压井底造型技术及应用

从分析定钻压井底造型的缺陷入手，引出井底造型的新理论——递增钻压井底造型。为方便分析，假设了原井底模型和PDC钻头模型，定义了接触弧长和门限钻压两个概念。从理论和工艺两方面分析认为：递增钻压井底造型可有效维持井底造型过程和保护PDC钻头，加快造型井底的速度，缩短造型井底的时间。在毛坝1井的现场应用证实了递增钻压井底造型的效果，同时也示范了其应用过程和要领。