关于PDC钻头设计的分析研究

钻探工程中使用钻头的类型很多。近年来,金刚石复合片（PDC）钻头得到了广泛的利用,取得了很好的技术经济效果。但是,对于PDC钻头设计的研究工作不够充分,需要进一步加强,以便取得更好的技术经济效果和更好地推广使用。俄罗斯钻探工作者在这方面做了很多研发工作,获得多项发明专利,取得了较好的成果。以其中3个专利为切入点进行分析研究,包括切削型双节翼片式钻头、稳定型钻头、PDC螺旋状排列钻头。这些成果有较好的使用价值和推广前景,建议我国对此进行研究和试验。     

深部地热钻探中硬塑性泥岩地层钻头应用研究

深部地热钻探中,通常会钻遇硬塑性泥岩,严重影响钻探施工效率。以雄安新区深部地热钻探工程实例为基础,深入分析硬塑性泥岩机械钻速低的原因,研究制定钻头的优化改进方案。实践应用证明：针对地层岩性特征设计的个性化PDC钻头配合螺杆钻具,可以有效提高硬塑性泥岩地层机械钻速;使用三棱形非平面复合片和三角形复合片等异形复合片可以有效提高PDC钻头的抗冲击能力、提高钻头在含砾石地层的使用寿命,同时也可以提高硬塑性泥岩地层机械钻速。探索出了一套适宜于深部地热钻探中硬塑性泥岩地层钻进的钻头应用方案。     

新型加长防斜减振PDC钻头的设计试验研究

PDC钻头在石油钻井和地质钻探中,在中等硬度和部分硬地层中钻进时,取得了很好的钻进效果,得到了满意的技术经济指标,生产单位也比较欢迎。但是,在复杂地层,如深孔软硬互层、裂隙互层和研磨性地层中钻进时,机械钻速变慢,钻头进尺降低,成了推广使用的"拦路虎"。俄罗斯钻探工作者针对上述地层钻探中存在的问题,设计出了加长型防斜减振钻头,经过实验室和野外试验证明,这种钻头是有效的,取得了很好的技术经济效果。     

煤矿井下用新型弧角PDC钻头的设计与应用

文章介绍了长期以来,煤矿井下用PDC钻头以内凹型钻头为主,但是随着煤矿开采深度的加深,井下钻探施工遇到的地层越来越复杂,普通三翼内凹型PDC钻头在遇到硬岩(硬度系数f≥8)时出现钻进效率低,钻头寿命较短、施工成本高等问题。为解决现有PDC钻头硬岩钻进存在的问题,通过引入石油钻头设计理论,优化钻头剖面形状与布齿设计,优选新型PDC齿,设计出了一种新型弧角PDC钻头,并通过在淮南潘一矿顶板穿层孔施工中试验应用,与普通内凹型PDC钻头相比,平均钻进效率提高1.6倍,平均使用寿命提高2.8倍。     

月球钻探取心特种钻头研制与试验

对月壤形成过程和物质组成进行了介绍,并将实际月壤基本物理力学指标与CUG-1型模拟月壤和普通干砂进行对比,认为在月球钻探取样过程中可能遇到具有一定胶结强度的硬质团块。为保证钻探取样顺利进行,需要研制月球钻探用特种取心PDC钻头。基于PDC钻头的碎岩机理,对钻头的负前角、旁通角、出露高度、钻头保径和PDC切削齿的钎焊工艺分别进行了设计,并对钻杆和钻头装配体在钻进过程中的受力过程进行有限元分析。最后,采用所设计的特种取心PDC钻头进行岩石干钻试验,试验结果表明,该钻头能钻进可钻性级别小于或等于6级的岩石,能满足月球钻探需要。     

PDC钻头在莫深1井深部井段的应用

莫深1井位于准噶尔盆地莫索湾地区,完钻井深7500m.在钻探过程中此井通过优选钻头,合理使用钻进参数,使机械钻速获得大幅度提高.尤其是PDC钻头在深部井段的应用取得了突出的效果.讨论莫深1三开PDC钻头使用情况.     

自激振荡脉冲射流提高PDC钻头机械钻速实践

利用自激振荡脉冲射流原理,设计了脉冲射流喷嘴,应用于PDC石油钻头中,经过不同地域、不同地层、不同直径的实践应用表明,新型自激振荡脉冲射流PDC石油钻头与普通PDC钻头相比,机械钻速提高10%~30%;钻头寿命大幅度提高;破碎岩屑颗粒粒径增大2~4倍,扩大了勘探油井PDC钻头使用范围;有效地防止了钻头"泥包"等。     

PDC钻头在北京地区勘探井中的应用研究

PDC钻头常用在第三系地层中钻进,但在基岩地层中使用较少,主要研究北京勘探井中使用PDC钻头,不改变现有设备条件,分别采用牙轮钻头和PDC钻头,进行了对比分析,得出了PDC钻头的试验效果,为今后PDC钻头在北京勘探井中的推广奠定了良好的基础。     

PDC肋骨钻头单动双管钻探工艺在铝土矿地层的应用

结合铝土矿地层特点,分析探讨铝土矿地层钻探工艺,通过常规绳索取心钻探、普通双管钻探与PDC肋骨钻头单动双管钻探工艺理论探讨及现场试验对比,得出了在铝土矿地层钻进采用常规钻探方法常产生卡钻事故、钻探效率低的原因,同时验证了采用PDC肋骨钻头单动双管钻探能较好地解决粘附孔壁而卡钻的问题并提高了钻探效率。     

新型凹状曲面金刚石复合片切削具的参数计算和分析

PDC钻头在石油天然气钻井和地质勘探钻进中得到了广泛的应用,但是,钻井中钻具的振动及其引起的PDC非正常磨损,影响了这种先进方法的技术经济效果。国内外钻探工作者提出使用楔形和圆柱形切削具,对于防止振动及其非正常磨损、提高钻探技术经济指标起了一定的作用,但未根本解决。俄罗斯专家提出使用凹状曲面PDC切削具,经过理论计算和分析对比,对其进行了计算机模拟,给出了有关参数(凹状曲面圆锥顶角,安装前角),对于解决PDC振动问题有一定参考价值,值得引起我们的注意。     

基于稳态碎岩方式的PDC钻头设计分析研究

自从20世纪80年代PDC复合片研发成功以来,PDC钻头由于其钻进性能强和耐磨性能好,在世界许多国家的石油钻井和地质勘探中得到了广泛应用,取得了很好的效果。但是,如何进一步提高其在钻探工程中的技术经济指标是一个很迫切的问题。俄罗斯博士СкоромныхВ.В.教授等对此进行多年研究,提出了稳态破碎岩石方式的思想,即在轴载和扭矩切力形成的合力R与切削面成垂直角度条件下,切入深度h不变时形成的一种碎岩方式。并在此基础上提出了一些设计PDC钻头方面的建议。     

深部钻进用新型复合片钻头的试验研究

在地质钻探和石油天然气钻井中,尤其是在深部钻进中复合片钻头得到了广泛的应用,取得了很好的技术经济效果。但是,常常发生复合片非正常磨损甚至损坏的情况,影响了其推广使用。俄罗斯钻探工作者在对其进行深入研究的基础上,提出了使用新一代楔形复合片和圆锥弧形复合片组合,设计出新型结构减振复合片钻头,取得了一定的进展,技术经济效果良好。     

PCD及PDC钻头在石油钻井中的应用

阐述了 PCD 及 PDC 钻头在3—6级及部分7级软—中硬地层的石油钻井中的生产性试验、取得较好经济效益。为 PCD 及 PDC 钻头在石油钻井方面的应用获得迅速推广提供了可靠依据。     

新型耐磨损ONYX切削具制作的PDC钻头

PDC钻头在石油天然气钻井和地质勘探钻进中得到了广泛的应用,取得了很好的技术经济效果。但是,钻进中产生的PDC切削具非正常磨损,影响了这种先进方法的机械钻速和钻头进尺的提高。俄罗斯史密斯钻头（Smith Bits）公司研发了一种钻进过程中可以沿着自身轴线回转的ONYX切削具,抑制了PDC切削具的非正常磨损,具有创新性和实用价值。Нескоромных B.B.教授等对镶有ONYX切削具的钻头的结构和性能参数进行了分析研究。试验表明,这种ONYX切削具的耐磨性比常规固定式PDC切削具的耐磨性好,钻头钻进效果也比较好,俄罗斯正在积极推广使用,建议中国有关专家和部门对此进行研究和试验。     

软硬互层金刚石复合片钻头在地浸砂岩型铀矿中的研究及应用

针对近年在巴音戈壁盆地及鄂尔多斯盆地钻探所遇到的复杂地质情况,研究试验了PDC钻头,在地浸砂岩铀矿钻探生产中取得了良好的效果,并制定总结了相应的钻进参数。     

三翼内凹式PDC复合片钻头加工工艺技术研究

以三翼内凹式PDC复合片钻头为例,研究出一整套加工PDC复合片钻头的工艺路线,试验结果表明,采用该工艺路线加工的PDC复合片钻头焊接强度高、耐磨性强、抗冲击性好,在完成复杂深孔钻孔后,没有出现掉齿或崩刃现象,极大地提高了钻进效率,降低了钻头制造成本。     

金刚石聚晶与复合片混合齿钻头

本文重点阐述了金刚石聚晶与复合片混合齿钻头的特点,并比较详细地叙述了这种新型钻头的设计思想、制造工艺以及在油田勘探使用中与牙轮钻头的效果比较,为石油地质钻探提供了一条选择新型钻头的途径.     

聚晶金刚石复合片钻头的失效形式及工艺分析

通过对聚晶金刚石复合片钻头的失效形式及相关工艺过程的分析,指出了在PDC钻头的加工使用过程中应该注意的问题,对提高PDC钻头的加工水平和延长使用寿命,有一定的借鉴意义。     

用于砾石夹层钻进的新型PDC钻头的研制与使用

无压浸渍工艺生产的PDC石油钻头钻遇砾石夹层不适应。根据砾石夹层砾石坚硬、软硬互层、非均质、研磨性强的特点，研究了新型PDC钻头，在钻头结构上主要采取外抛内锥带辅助切削齿的结构形式，在复合片上主要采用非平面结合方式，即采用双向多条直槽非平面结合。按此方案设计与生产了3只钻头，分别在3口井试用，直辖钻穿砾石夹层馆陶组地层井段，钻井效率提高26％，突破了砾石夹层钻进不能使用PDC钻头的禁区。     

可地浸砂岩型铀矿复杂地层钻探的技术措施

在开展可地浸砂岩型铀矿钻探施工中,遇到第四系、第三系、侏罗系地层中的坍塌、漏失、涌水、孔壁水化剥落等复杂情况,有针对性地采取高分子化合物加惰性材料护堵,取得较好效果。同时,在复杂地层钻进选择配套合理的工艺技术,设计使用薄壁硬质合金钻头、PDC异型复合片取心钻头和专门的基准孔实行分层无心钻探技术以及开展锥阀取心工艺,为综合治理复杂地层快速钻进、提高效率提供了经验。