牙轮钻头齿圈传动比的试验研究

将钻头牙轮分离成单独齿圈，在一种典型岩石上进行破岩试验，测试其传动比，再用正交试验法研究结构因素对传动比的影响。分析结果表明，齿圈的传动比主要由齿圈位置与齿数决定；无齿齿圈的传动比是齿圈传动比的最大值，该值主要取决于齿圈位置；随齿数减少，齿圈传动比下降；诸因素对传动比的影响程度从大到小依次为：齿圈位置、齿数、齿圈位置与齿数的交互作用、移轴距。     

新型牙轮钻头喷嘴可降低钻井成本

由于影响牙轮钻头性能的因素很多,所以在已知的应用中确定哪种牙轮钻头设计是最佳设计,能够获得最低钻井成本,是很困难的。但是,在大多数应用中,提高机械钻速来减少钻井成本是主要的考虑因素。一种新型的钻头设计概念已经引导开发成功了新型的牙轮钻头,其采用超越的水力喷嘴设计,大大地提高了机械钻速。 根据在美国,北海,意大利和阿曼用6(1/2)英寸,8(3/4)英寸,9(7/8)英寸和12(1/4)英寸IADC437,517和537的原型设计钻头进行的现场钻井情况,机械钻速已提高了20％～40％。第二代设计在1:1的钻井实验室的试验中,机械钻速提高了70％。     

三牙轮钻头三喷嘴优化组合的研究

通过大量的现场试验 ,得出三牙轮钻头三喷嘴优化组合的经验比值。实践证明该经验比值实用可靠 ,尤其是应用于上部地层时能明显提高机械钻速 ,对现场施工有一定的指导意义。     

自振空化射流钻头喷嘴研制及现场试验

在风琴管谐振腔模型的基础上，给出了自振空化喷嘴的设计模式。用硬质合金为主要材料研制出了石油钻井用自振空化射流喷嘴。现场试验表明。自振空化喷嘴钻头与普通中长喷嘴钻头相比，钻井速度提高10．5%～49．3%，平均机械钻速提高31．2％．钻头进尺也相应增加29．1％。自振空化射流喷嘴具有广泛的应用前景。     

加长喷嘴牙轮钻头使用效果分析

近几年，大庆、胜利等国内十几家油田大面积推广使用加长喷嘴钻头情况表明，长喷嘴钻头机械钻速提高２０～３５％，进尺提高１５～２０％。文中总结了近几年来长喷嘴钻头的现场使用情况和使用经验，对长喷嘴钻头井底水力特性进行了简要分析，并针对长喷嘴钻头在现场使用中出现的一些问题提出了几点建议。     

水射流钻头喷嘴电火花线切割加工工艺正交优化试验

针对水射流钻头喷嘴制造过程中存在的问题,试验采用正交优化试验方法,通过极差分析和方差分析,研究了电火花线切割脉冲电流、脉冲宽度和脉冲间隔等工艺参数对射流钻头喷嘴孔口表面粗糙度的影响,确定了因素的最佳水平组合和因素的主次顺序及线切割的最佳工艺参数。试验结果表明,当采用脉冲电流1.6A、脉冲宽度8μs和脉冲间隔40μs的参数组合时,喷嘴孔口表面质量较高,其表面粗糙度小于2.4μm。研究结果可为选择水射流喷嘴电火花线切割加工工艺制定提供试验依据。     

牙轮钻头YG11硬质合金中心喷嘴真空扩散焊试验

为了制造内腔造型复杂的牙轮钻头增长扩散型中心喷嘴，研究了ＹＧ１１硬质合金的真空扩散焊。着重探讨了加中间工艺央层镍时，焊接温度、压力、时间等工艺参数对焊缝质量的影响，并确定了获得优质焊缝的最佳工艺参数，为制造增长扩散型中心喷嘴提供了试验数据。现场试压和耐冲蚀试验表明，用真空扩散焊制造的喷嘴焊缝强度为钎焊焊缝的２倍，在１２ＭＰａ泵压下无刺穿现象，能满足钻井现场的使用要求。     

石油钻头自激振荡脉冲喷嘴真空扩散焊接工艺正交试验研究

针对石油钻头自激振荡脉冲喷嘴结构复杂和制造困难的问题,提出用“模压法分段成形加真空扩散焊连接”制造的新工艺。采用正交试验法,通过极差分析和方差分析,研究了扩散焊接温度、焊接压力和焊接时间等工艺参数对自激振荡脉冲喷嘴焊接接头抗剪强度的影响,确定了因素的主次顺序、因素的最佳水平组合及扩散焊接的最佳工艺参数。试验结果表明,当采用焊接温度1050℃、焊接压力120MPa和焊接时间20min的参数组合时,可获得强度高、致密性好和耐冲蚀的焊接接头,其抗剪强度≥750MPa。该研究可为选择石油钻头自激振荡脉冲喷嘴真空扩散焊接的最佳工艺方案提供依据。     

淹没条件下锥形喷嘴射流破岩效率实验研究

喷嘴是水射流技术应用中获得高能量利用率的关键因素之一,其性能直接影响到射流的质量。用入口为圆锥形的带有喷嘴套的喷嘴产生的淹没射流冲蚀砂岩的实验证明射流破碎岩石存在两个最优喷距,且第二个最优喷距破碎岩石体积较大;锥形喷嘴入口角为30°破岩效果最佳;喷嘴套为扩展型最佳。     

复合钻井用新型金刚石钻头研制及现场试验

针对复合钻井钻头转速高、井下动力钻具的输出扭矩受限制的特点,研制了一种尖圆混合布齿、低扭矩的新型金刚石钻头.现场试验证明,新型金刚石钻头扭矩小,寿命长,在相近条件下,比邻井常规金刚石钻头的机械钻速提高30.1%～36.2%,能更好地适应复合钻井的需要.     

星形喷嘴射流的破岩特点

在淹没和非淹没条件下对星形喷嘴射流的破岩能力进行了实验研究。结果表明，在非淹没条件下，星形喷嘴射流的破岩能力高于常规圆形喷嘴射流；在淹没条件下，当喷距小于10倍喷嘴直径时，星形喷嘴射流的破岩能力较圆形喷嘴射流弱，但是当喷距达到10～16倍喷嘴直径时，星形喷嘴射流的破岩能力明显高于圆形喷嘴射流。据此可将星形喷嘴应用于牙轮钻头，替代圆形喷嘴，以提高钻井清岩和辅助破岩效率，达到提高钻井速度的目的。     

超高压射流辅助钻井钻头设计

水射流作为一种新型切割工具运用于石油钻井中,与机械联合破岩可提高破岩效率.根据破岩机理、井队设备与地面条件,不改变原来三牙轮钻头的结构,设计了超高压射流辅助钻井钻头.钻头的设计主要包括高压合金管的设计、定心夹具的设计、喷嘴的设计以及超高压连接体的设计.     

PDC钻头与岩石相互作用规律试验研究

试验采用81/2in和121/4in两种PDC钻头,对嘉陵江石灰岩和香溪砂岩两种典型岩样进行钻进,在不同钻头转速和钻压下,测得了扭矩和机械钻速.分析试验结果得出,对于表面刮削破碎和体积破碎两种岩石破碎状态,钻压对扭矩的影响不一样.当钻压没有达到体积破碎钻压时,钻压对扭矩的影响较小;当钻压超过体积破碎钻压时,钻压对扭矩的影响非常明显.钻头转速对钻头扭矩几乎无影响.     

围压条件下PDC钻头不同齿形的破岩实验研究

为了解决塔里木油田泥页岩地层钻速低的难题，提高ＰＤＣ钻头的破岩效果，研究了围压及ＰＤＣ钻头齿形对破岩效果的影响规律。利用深井破岩试验装置，模拟了井深０￣５ｋｍ的压力条件，进行了ＰＤＣ单齿破岩室内试验。结果表明，切削齿形不同，其破岩效果不同，楔形齿的破碎比功最小，圆齿的破碎比功最大。此外，试验还显示出随围压的增加，破岩效率下降；增大吃入深度，可降低破碎比功。     

双射流喷嘴破岩扩孔的实验研究

利用旋转射流破岩效率高、小水眼可钻出大孔的特点,并结合锥形喷嘴有效喷距较长的特点,设计了一种新型喷嘴——双射流喷嘴。室内试验结果表明,射流喷嘴外旋转角30°左右破岩效果最佳,破岩面积则随着角度增大而增大;双射流喷嘴最佳喷距约为当量直径的5～8倍;在短喷距情况下,双射流喷嘴与普通锥形喷嘴相比,破岩效果相近,但破岩面积约为1～3倍。