如何提高金刚石在打滑地层中的钻进效率

所谓打滑地层，一般系造岩矿物的硬度高，岩石的颗粒细，颗粒与颗粒之间的空隙度小，结胶物与岩石颗粒的硬度差小，研磨性弱的岩矿层。当钻头在这种地层钻进一段时间后，钻头底出刃的金刚石逐渐磨纯，克取岩石能力随之削弱。由于这种岩层硬度高，颗粒细，尽管钻头在孔底作回转运动，但金刚石和岩石的接触表面形成了一层光滑的“保护层”，使金刚石继续出露困难，减少了岩石与金刚石之间的摩擦系数，而导致钻头在孔底打滑。根据打滑地层的特点和钻头在孔底打滑原因，我们在钻进中主要是从以下几个方面来提高钻进效率的。     

钻进打滑地层用孕镶金刚石钻头设计探讨

在极坚硬地层钻探施工过程中，经常出现钻头打滑现象，给钻进带来了极大的困难，钻孔施工周期长，增加了施工成本。针对打滑地层孕镶金刚石钻头钻进难题，提出了提高胎体硬度、降低扇形块的面积、加大水口面积的设计思想；为了提高钻头的寿命，提出了将制作金刚石增强型硬质合金复合齿的工艺、配方应用到制作孕镶金刚石钻头的设计思路。通过室内微钻试验，结果表明这种孕镶金刚石钻头具有高时效、长寿命等优点．为解决打滑地层钻进提供了新思路。     

尖齿状金刚石复合片钻头在油页岩矿区的钻进实验

松辽盆地青山口组和嫩江组含油页岩系,夹有数十层白云岩透镜体或条带。在对该油页岩系进行钻探时,由于经常遇到硬度较大的白云岩层,使用普通的硬质合金钻头不仅进尺极其缓慢,而且钻头损坏严重,寿命短。为解决此钻探难题,研制开发具有高耐磨性和穿透能力强的钻头势在必行。为此,研发了尖齿状金刚石复合片钻头,并进行了现场钻进实验。结果表明,这种钻头在含白云岩层的油页岩地层钻进时,不仅钻进速度高,而且具有高耐磨性、寿命长,其综合技术经济指标远远优于常规硬质合金钻头。     

冲击回转挤压成孔方法及凸轮型挤压钻头

在冲击回转挤压成孔的钻进中通常采用圆锥型的挤压钻头,这种钻头在松软地层中的钻进效率很高,但在高围压下的中、硬塑性地层中的钻进效率明显降低。针对这一问题,分析了地层因素对钻进效率的影响及其原因,针对圆锥型挤压钻头存在的问题,设计了凸轮型挤压钻头。并指出了冲击回转挤压成孔钻进方法的适用范围。     

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。     

热压烧结金刚石钻头工程勘探钻进时效的试验研究

采用热压烧结方法制备5种不同胎体硬度和唇面形状的金刚石钻头,试验于工程勘探中,与常用的电镀金刚石钻头比较,分析其钻进时效情况。结果表明：通过优化设计,热压烧结钻头同样适用于工程勘探领域,其钻进时效与现行电镀钻头的钻进时效相当,甚至更高;对于微风化灰岩地层,热压烧结钻头的胎体硬度越低,其钻进时效越高,胎体硬度越高,其钻进时效越低;异形齿设计比平齿设计的热压烧结钻头的唇面更易出刃,其钻进时效较高。     

关于PDC钻头低温氮、磁化综合处理的试验研究

复合片钻头在石油钻井和地质钻探中,得到了广泛应用,取得了很好的技术经济效果。但是,在深孔钻进中,特别是在复杂地层,诸如软硬互层、裂隙互层和研磨性地层中钻进时,机械钻速下降,钻头进尺降低,影响了其进一步推广和使用。如何提高钻头的使用性能,即提高钻头的强度(硬度)和耐磨性,以解决上述问题是一个非常重要的课题。在提高钻头使用性能方面,对其进行低温液态氮处理、磁化处理的综合处理方法是一种很有效的方法。俄罗斯专家进行的理论研究和生产实践证明,使用这种综合方法可以有效提高钻头的使用性能。     

金刚石钻头在火成岩钻进中的应用

济宁二号煤矿和济宁三号煤矿井田范围内。侏罗系地层普遍侵入了厚层状的火成岩,硬度较高。兖州矿业（集团）公司地质工程公司在钻探施工中多采用合金钻头,研磨材料消耗量大,还经常发生卡钻、岩芯管“抹脖子”等孔内事故。特别是部分钻孔分布在湖区,受到汛期、大风和冰冻等影响,尤其需要快速安全地钻进。选用金刚石钻头钻进后。由于对金刚石钻头认识不足,用普通结构的金钢石钻头钻进效率并不高。后来,通过对火成岩的特点及金刚石钻头性能的研究,终于找到了适合火成岩钻进的金刚石钻头和钻进规程。     

热-机碎岩孕镶金刚石钻头的设计及试验研究

为提高钻进效率,合理利用钻进过程中产生的热量,本文采用摩擦热能辅助机械能碎岩(简称:热-机碎岩)的方法,将氮化硅作为摩擦元件引入孕镶金刚石钻头中,以提高钻头工作层的钻进性能。本文通过对钻头水口、摩擦元件的尺寸计算,钻头胎体、结构的设计,制造了一种新型热-机碎岩孕镶金刚石钻头(简称:热-机碎岩钻头),并与常规六水口钻头和三水口钻头开展了室内钻进试验对比。结果表明,与六水口钻头和三水口钻头相比,热-机碎岩钻头加入摩擦元件后能够因摩擦生热而使岩石产生弱化作用,钻头钻速提高,在相同钻井液流量下最高可比六水口钻头的机械钻速高33.3%。热-机碎岩钻头胎体的磨损程度比三水口钻头小,热-机碎岩钻头可用于强研磨性地层的钻进。     

热-机碎岩孕镶金刚石钻头的设计及试验研究

为提高钻进效率,合理利用钻进过程中产生的热量,本文采用摩擦热能辅助机械能碎岩(简称:热-机碎岩)的方法,将氮化硅作为摩擦元件引入孕镶金刚石钻头中,以提高钻头工作层的钻进性能。本文通过对钻头水口、摩擦元件的尺寸计算,钻头胎体、结构的设计,制造了一种新型热-机碎岩孕镶金刚石钻头(简称:热-机碎岩钻头),并与常规六水口钻头和三水口钻头开展了室内钻进试验对比。结果表明,与六水口钻头和三水口钻头相比,热-机碎岩钻头加入摩擦元件后能够因摩擦生热而使岩石产生弱化作用,钻头钻速提高,在相同钻井液流量下最高可比六水口钻头的机械钻速高33.3%。热-机碎岩钻头胎体的磨损程度比三水口钻头小,热-机碎岩钻头可用于强研磨性地层的钻进。     

坚硬致密打滑地层孕镶钻头钻进参数的合理选择

设计制造与坚硬致密打滑地层相适应的金刚石钻头，仅仅是为该地层钻进提供了比较合理的锐利工具。但要取得好的钻进效果，还要正确使用这种工具，合理选择钻进参数，方能奏效。和常规地层不同，坚硬致密打滑地层孕镶钻头往往选用大钻压、低     

直线平移dc指数法计算地层压力在S84井的应用

用dc指数法计算地层压力是比较成熟的方法，但为计算的精确与简化，这种方法要求地层与钻头类型保持一致。随着钻进技术的发展，在大段巨厚泥岩井段用PDC钻头钻进，与牙轮钻头相比，具有很大的优越性，但却因钻头类型的变化给计算地层压力带来困难。因此解决PDC钻头钻进时地层压力的计算问题就显得相当有意义。     

元坝地区珍珠冲地层新型三牙轮钻头的研制与应用

砂砾岩地层是钻井工程中的难钻地层,如何提高砂砾岩地层的钻进效率和钻头寿命一直是工程实践中的重要问题。针对在元坝地区珍珠冲石英砂砾岩地层钻进过程中,使用普通型牙轮钻头外排齿易早期断齿、综合使用指标低的问题,开展了地层岩性、钻头使用与失效分析。针对性地开展了钻头的切削结构、齿材优化以及加强保径等方面的研究,优化设计、研制出HJT547GKL型新型三牙轮钻头。现场试用结果表明,这种新型牙轮钻头在元坝地区珍珠冲组石英砂砾岩地层钻进中有较高的行程进尺。该钻头是一种结构简单、扶正保径好、可靠实用,适用于较硬、有硬夹地层的新型实用三牙轮钻头。     

煤层底板灰岩层注浆定向水平井用PDC钻头个性化设计

针对煤层底板灰岩层定向水平注浆井钻进工艺特点及灰岩层地层特性,通过分析现场地质特征及构造、钻孔设计以及井身结构等特点,对拟钻地层特性、钻进工艺以及常规钻头磨损情况进行研究,对钻头剖面形状、切削齿排布、切削齿安装角度以及金刚石复合片优选进行优化设计。新设计钻头采用抛物线剖面,极限密度布齿并针对关键部位增加后备齿加强的方案,降低钻头关键部位磨损,提高钻头攻击性,以通过数值模拟分析异形切削齿破岩效率,以强化鼻部切削齿,提高钻头抗冲击韧性,防止钻头冲击破坏。采用优化设计的钻头进行现场试验,使用寿命较常规PDC钻头提高58.18%|复合钻进平均速度较常规PDC钻头提高50%|定向钻进平均速度较常规PDC钻头提高56.52%,实现了灰岩层底板注浆施工优快钻井需求,为硬岩裂隙地层定向井钻进施工提供了钻头设计方案,为同类地层注浆井的施工提供了技术支撑。     

薄片硬合金自磨钻头的初步研究

在钻探施工中,经常遇到中硬度但研磨性很高的地层,如5—7级砂岩、粉砂岩及砂页岩五层等等。在这类地层用普通合金钻头钻进,合金极易磨钝,回次进尺少,效率低,合金消耗量大,成本高。过去我们曾在某队进行薄片硬合金自磨钻头的试验研究工作,该队钻进的     

塔东古城地区钻头优选及应用

针对大庆油田塔东区块古城地区地层含砾、岩石硬度大、85%以上井段采用牙轮钻进,导致深部地层钻速慢,钻头磨损严重等问题,在传统钻速预测方法基础上,引入钻头磨损、地层岩性、应用井深等相关参数,建立钻头破岩效率计算方法,并结合所钻遇的地层岩性、测井资料及钻头类型等,建立钻头优选模型,实现钻头选型定量化,提出了适用于古城地区的钻头序列推荐方案。现场成功应用5口井,单只钻头进尺和平均机械钻速均得到了很大的提高,实现了钻头优选提速提效的目的,为古城地区的高效钻井施工提供了重要的技术支撑。     

关于切削型多节式刮刀钻头的分析研究

刮刀(翼片)钻头在泥岩和页岩等软地层中可以得到高的机械钻速和长的钻头进尺,但是在硬地层和软硬交错地层,特别是在研磨性地层中,钻进效率低,钻头磨损快,钻头寿命受到影响。俄罗斯南方国立技术大学ТретьякА.Я.教授研制出了一种切削型两节式Д-2ВВ钻头。这种钻头包括2个圆锥形回转节:领眼钻进部分回转节和井筒形成部分回转节,彼此独立、布置同轴,通过行星齿轮传动机构驱动,可以按不同(相反)方向回转,保证镶有数个PDC复合片切削具的刀翼,不论其处于如何位置,在单位时间内行走的路程都是相同的,所以磨损是均匀的,因而提高了耐磨性,提高了钻探的技术经济指标。该项技术取得了俄罗斯发明专利。     

金刚石钻头在火成岩钻进中的应用

济宁二号煤矿和三号煤矿井田范围内，侏罗系地层中普遍侵入了厚层状的火成岩，硬度较高。充州矿业（集团）公司地质工程公司通过对火成岩的特点及金刚石钻头性能的研究，找到了适合火成岩钻进的金刚石钻头和钻进方法。     

提速配套技术深层钻井中的应用

徐家围子区块深层存在地层岩性硬度高,韧性大,研磨性强,PDC和牙轮钻头可钻性差,机械钻速低,寿命短。通过优选复合钻头和液动旋冲工具配合PDC钻头等提速技术的综合应用,能够大幅度提高机械钻速,缩短钻进周期。提速技术直井、斜井和水平井中累计应用12口井,相比试验井段平均机械钻速分别提高了110.70%、108.94%和89.95%;按照不同井型分别提高了10.03%、9.04%和4.40%,提速效果明显。钻井提速技术的综合应用为徐家围子区块深层钻井提速提供了技术保障。     

王家庄北沟多金属矿区钻探施工技术

在河北省承德县王家庄北沟钼多金属矿钻探施工中,钻遇岩石以燧石条带白云岩、石英岩为主,岩石可钻性级别高,钻遇地层硬、脆、碎,钻头打滑严重,孔壁坍塌和漏失,钻进效率极低。为提高钻进效率,经取样分析岩性后,专门定制了适用于该地层的钻头。采用了多种方法迫使钻头出刃,并根据不同孔段地层岩性选择不同钻进工艺参数和钻井液体系。总结出适于本矿区地层的钻进工艺参数,使用不同性能的钻井液,起到了较好的护壁堵漏作用,提高了钻进效率。