双刃切削齿提高了PDC钻头的性能

ＰＤＣ切削齿的发展极大地提高了ＰＤＣ钻头的性能,促进了其开发。钻井业也在诸如ＰＤＣ钻头的震动,地层的可钻性,钻头的选择,钻头适应能力及钻头的受限因素等方面取得进一步的进展。在ＰＤＣ钻头的发展和性能方面,ＰＤＣ切削齿具有最大的影响。切削元件除了能提高钻头的工作性能外,还能够优化对ＰＤＣ钻头改进有益的其他因素。     

钻井用PDC切削齿的发展

1972年，钻井工业界首次从国外引进PDC产品，而现在，PDC钻头已占到钻头市场总份额的45％。这主要是过去十年间PDC产品和钻头制造工艺技术持续发展的结果。目前，各类PDC产品已经能够为钻头制造商和钻井作业单位提供灵活、耐用和性价比高的选择。PDC产品对固定切削齿钻头市场的成长、钻井效率的提高和钻井成本的大幅降低都做出了很大贡献。     

PDC钻头异形切削齿研究进展

为满足不同硬度、强研磨性及非均质地层岩石的需要,提高钻井效率,国外一些公司在PDC钻头常规圆柱状切削齿的基础上持续创新,研发了一系列创新型几何设计的新型PDC钻头异形切削齿。介绍了脊形切削齿、楔(V)形切削齿、凿形切削齿和其他异形齿的结构和性能。个性化异形切削齿是未来发展的主要方向,深入开展常规圆柱状切削齿和各种异形切削齿混合式个性化PDC钻头的研发,对钻头的切削结构进行优化,合理布置各种切削齿,充分发挥各自的优势,以解决深部地层可钻性差导致的机械钻速慢、钻井效率低的难题。     

新型PDC钻头切削齿的发展

PDC钻头切削刃与钨-钴合金基体的磨损情况和较大接触应力、冲击载荷及较高的摩擦面温度引起的加速磨损，是导致PDC钻头钻遇硬的研磨性地层时磨损失效的主要原因。国外已研制出双刃齿、预倒角边缘加强齿、复合结构齿、覆盖硬质合金保护层切削齿及楔形齿等，使PDC钻头的工作性能和适应的地层范围都有了较大的进步。国内应加强破岩和磨损机理、材料及制造工艺、处理技术和切副齿的形状、结构设计等方面的研究，开发自锐性好、比较坚韧的、更耐冲击的、耐磨性更高的、受温度影响小的切削齿，进一步拓宽PDC钻头适用的地层范围。     

硬地层PDC钻头切削齿尺寸及后倾角优化设计

PDC钻头是目前石油钻井中使用较为广泛的一种破岩工具,但其在硬地层中的使用效果不佳,钻进效率低,使用寿命短。PDC钻头的切削齿尺寸、后倾角等是影响其钻进性能的重要参数,通过室内微钻头试验,综合考虑硬地层PDC钻头布齿设计中切削齿的重叠和覆盖情况,以相同钻压下微钻头在岩样表面旋转一周的切削深度作为评价其破岩效率的指标,分析了切削齿尺寸、后倾角等对硬地层PDC钻头破岩效率的影响。结果表明:在钻进可钻性超过Ⅵ级的硬地层时,.切削齿尺寸越大,其破岩效率越低;钻进可钻性为Ⅵ—Ⅶ级的硬地层时,13.44 mm.切削齿的破岩效率最高,其最佳后倾角为15°。      

单弯螺杆复合钻井时PDC钻头切削齿的工作参数

在采用单弯螺杆复合钻井时,PDC钻头切削齿的工作参数设计影响着钻头的工作性能以及钻井效率.PDC钻头在钻进过程中,钻头相对于井底做复合运动,一方面钻头绕自身轴线旋转并向下钻进,为螺旋运动;另一方面钻头在井底做规则或不规则的回旋运动.通过严格的数学推导,得出了切削齿的特征线方程,给出了刃前角和刃倾角的计算公式.利用计算公式,针对钻头结构参数,研究了侧转角、齿前角对刃前角和刃倾角的影响规律.     

PDC钻头切削齿位置参数的测量

给出了一种间接测量ＰＤＣ钻头切削齿位置参数的方法。可测量的位置参数有切削齿复合片的圆心坐标及负前角、侧偏角等。测量原理是在每个切削齿复合片圆周边缘上找３个点，测出其坐标值。这３个测点构成１个三角形，三角形对应的外接圆圆心就是复合片圆心，三角形所在平面的法线方向决定了切削齿的角度。最后介绍了测量坐标的简易装置和按测量结果进行计算的方法，并估计了测量误差。     

PDC钻头等功率布齿的方法

本文在回顾比较已有的ＰＤＣ钻头布齿原则的基础上，选定了在等摩察功下进行ＰＤＣ钻头布齿设计的原则方法，并导出了其数学模型，还编制了一套计算机辅助设计软件。     

国外PDC切削齿研究进展

PDC切削齿是PDC钻头的基本切削单元,其性能的优劣对PDC钻头的钻进效果有着决定性的影响。为了提高硬地层、研磨性地层及非均质地层的钻井效率,降低作业成本,国外钻头厂商研发了一系列新型PDC切削齿。重点介绍了新型PDC切削齿的结构特征、破岩机理、优势和现场应用情况。国外钻头厂商在切削齿形状、材料优选和制造工艺等方面持续创新,创新设计的新型PDC切削齿层出不穷,极大推动了PDC钻头技术的进步,钻井性能得到不断提高,显著提高了机械钻速。建议开展混合PDC切削齿钻头的研发,进行精细化设计,充分发挥不同独特几何形状切削齿各自的优势,以适应硬度更高和研磨性更强的地层,为深水钻井、超深井钻井和干热岩钻井提速提效提供技术支撑。     

PDC钻头复合片磨损规律研究

在理论分析的基础上,建立了一种简便实用的复合片磨损实验方法,即采用了复合片在车床上磨损方式模拟ＰＤＣ钻头切削齿切削岩石的方法进行了大量的实验研究。研究分析了复合片齿的体积磨损速度与切削正压力、切削线速度、磨损弦长及岩性间的关系,并由实验结果得出了复合片磨损速度模式。     

挠性油管钻井透析

本文对CT钻井技术的各个方面作了讨论 ,如技术发展历史、设备的主要组成部分、技术优点及其应用限制条件 ,使用这种技术的决定因素 ,CT钻井中落鱼打捞方法及其代价。     

基于MATLAB的PDC钻头布齿软件设计

PDC钻头结构形式变化多样,设计灵活性大,对地层变化的敏感性强,合理的布齿设计是保证PDC钻头工作性能的关键,目前采用的图解调整法设计PDC钻头存在着效率低、欠灵活、有误差等缺点。本文在研究PDC钻头布齿设计理论和方法的基础上,开发了PDC钻头布齿设计软件。该软件用MATLAB语言编写,具备强大的数据处理和图形绘制功能,具有布齿设计速度快、精度高、可操作性强、使用方便等优点。     

氮气钻井多功能四通防冲蚀结构改进

针对氮气钻井中高速携岩气固两相流对井口多功能四通旁通流域造成的严重冲蚀破坏,运用Fluent软件模拟四通流体域在测试、放喷工况下(携带岩屑气固两相流)的冲蚀情况。基于仿真分析结果,对氮气钻井井口装置中损伤最为严重的四通旁通管路进行防冲蚀结构改进。改进后的防冲蚀结构在旁通管路增加了法兰短节和内嵌的硬质合金套,并在四通旁通入口段采用堆焊625镍基合金替代了原来Ni45合金材料,有效地保护四通的旁通段。基于仿真结果中气体速度和湍流动能分布规律优选出法兰短节长度为600 mm,避免了下游平板阀因靠近四通旁通段流域的易冲蚀区域而造成的冲蚀破坏,提高了井口装置的整体安全性,延长了其使用寿命。     

挑战钻井极限的国外新型钻头

近年来 ,为了适应各种复杂的油、气钻井环境和条件的需要 ,国外 (尤其是美国 )各大钻头制造公司竞相研制开发各种技术含量高的新型钻头。本文集中介绍了美国八大钻头制造商近来推出的新产品、新技术以及新产品的使用情况。这些产品包括随钻扩眼钻头、双中心钻头、新型牙轮钻头、PDC钻头、单牙轮小井眼钻头以及金刚石孕镶钻头等。     

PDC钻头钻进条件下录井方法探讨

PDC钻头钻井在给油田带来高速钻、高效益、较高井身质量的同时，由于其特殊的钻头结构、岩石破碎机理，导致岩屑细碎呈粉末状从而给岩屑采集、显示识别、岩石定名带来很大困难，也就产生了一个行业性的难题-PDC钻头钻进条件下的录井方法。立足现有工艺技术水平，从岩屑采集、岩性识别、污染排除、油气显示失真等方面对比进行探讨。     

综合考虑成本和钻速的PDC钻头钻进参数优化设计

传统的钻进参数优化模型不适用于PDC钻头。针对传统模型的不足,在牙轮钻头钻进参数优化理论的基础上,引入钻井成本和钻速权重系数,结合PDC钻头钻速方程、磨损方程和钻速随累积进尺的变化规律等基本方程,建立了钻井成本和钻速双目标约束下的PDC钻头钻进参数优化模型。该模型可根据降低成本或提速的具体目标设置钻井成本系数和钻速系数,在同时考虑成本和钻速的条件下对钻进参数进行优化设计。川西新场地区实钻资料的计算结果显示,经过参数优化后PDC钻头的单位进尺成本降低,同时钻速提高,这表明该模型可以用于双目标下PDC钻头钻进参数的优化设计。      

非平面三棱形PDC齿破岩机理研究与现场试验

非平面三棱齿的破岩机理不清晰,导致三棱齿PDC钻头达不到预期的破岩效果。为此,采用有限元法对非平面三棱齿进行数值模拟分析,分析破岩过程中的各项切削力的变化规律,研究其破岩机理。数值模拟和刮切试验结果表明,三棱齿与平面PDC齿在破岩过程中的岩石受力状态存在明显的差异,相同条件下三棱齿切削破碎砂岩时的切向力及切向力的波动幅度均小于常规平面齿。三棱齿PDC钻头现场试验表明,其在研磨性高、冲击性强地层中的破岩效率较高,抗冲击性能较好。研究表明,三棱齿主要通过拉剪作用破坏岩石,切向力和扭矩更小,抗冲击性和耐磨性更高,能够提高破岩效率、延长钻头使用寿命。