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。     

基于LS-DYNA的PDC钻头受力模型分析与研究

金刚石复合贴片钻头(PDC)切削齿角度对工作效率和性能有着重要影响,利用钻头切削齿对岩石进行切削实验,分析了切削面积、接触弧长、抗钻强度和后倾角等因素对钻头受力的影响并建立了切削齿的综合受力模型。根据工件材料的测试数据,通过LS-DYNA仿真软件对PDC钻头单颗粒切削岩石过程进行了模拟仿真,采用自适应网格划分分离切削,实验结果与计算结果之间误差均在5%内。此研究为PDC钻头优化设计和应用推广提供了理论依据。     

弧角形PDC钻头在煤层顶板高位定向钻孔中的应用

结合定向钻进原理,分析了3种常用PDC定向钻头的结构特点及适用性,并针对地层特性,通过钻头剖面形状设计、刀翼结构设计、切削齿排布等方面的优化,设计了弧角形PDC定向钻头,并进行了现场试验,试验结果表明:弧角形PDC钻头寿命为普通钻头2倍以上,钻进效率提高1倍,钻头能够满足顶板孔定向钻进的要求。     

国际油气井钻头进展概述(三)——PDC钻头发展进程及当今态势(上)

自1973年PDC钻头应用以来,油气钻井发生了很大变化。但是PDC钻头在早期约15年时间内发展缓慢。此后,由于加强技术创新,如多层聚晶金刚石层、非平面界面专利、防回旋技术、滤钴工艺、优化水力学设计以及计算机建模等,促进了PDC钻头迅猛发展、广泛应用。目前,PDC钻头在世界上所钻进尺数已占到约90%。NOV公司近年推出4种太阳神PDC切削齿,由其制作的PDC钻头提高了热稳定性、抗研磨性、抗冲击韧性与导向性等。这类钻头可以钻进硬岩与研磨性地层,以及一些难钻地层,具有较高的钻进效率和较好的耐用性。Helios太阳神系列PDC钻头成功地应用于挪威、中东、澳大利亚以及美国等地的油气田。斯伦贝谢公司推出的ONYX玛瑙360°滚动PDC可保持刀齿锐利、相对冷却及延长寿命,显著地提高了钻头耐用性。在美国许多油气田应用表明,这种滚动PDC制造的钻头比固定齿PDC钻头平均钻进效率可提高40%以上,而钻头的工作寿命则可提高40%~70%。     

2种PDC钻头在淮南某煤矿硬岩穿层钻孔施工中的对比与分析

在对比切削原理、结构设计及加工工艺的基础上,选取了弧角形结构和内凹结构2种钻头进行了现场应用试验,并在钻进效率、钻头寿命及综合性价比等方面进行了对比分析,对比发现胎体弧角形PDC钻头在硬岩穿层钻孔施工中具有效率高、寿命长、性价比高等特点,适用于硬岩穿层钻孔钻进施工。     

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。     

石灰岩地层PDC钻头仿生PDC齿工作角优化试验研究

在仿生耦合理论的指导下,根据贝壳的表面非光滑的结构特性设计研制一种仿生PDC齿。设计PDC钻头时,主要考虑切削齿的后倾角与侧转角,二者对钻头碎岩效率有重要影响。通过理论分析仿生PDC齿在钻头的最优安装角度,并通过钻进试验来优选仿生PDC齿在钻进石灰岩的最优安装角度。试验结果表明:在相同的转速、钻压的条件下,切削齿后倾角为20°、侧转角为0°时,钻头钻速最快。此试验结果可以为石灰岩地层用PDC钻头的设计提供参考依据。     

大直径定向长钻孔用PDC钻头设计与应用

针对煤矿井下中硬地层钻进中采用的常规单齿式PDC定向钻头和常规型扩孔钻头钻进寿命短,效率低,以及常规扩孔钻头在扩孔钻进中难以沿原孔轨迹钻进的缺陷,结合大直径定向长钻孔对三种钻头的需求,研制了两种新型PDC钻头,其中新型PDC定向钻头采用刮刀型平底结构并优化布齿,增加了切削齿数量,扩孔钻头采用圆弧形剖面,并沿切削剖面布齿,增大了切削自由面。针对两种钻头进行了现场应用,现场应用证明,新型PDC定向钻头受控性好,钻进稳定,在中硬地层钻进效率和寿命显著提高,是普通单齿式钻头的2倍,新型扩孔钻头能够沿先导孔轨迹扩孔钻进,钻头寿命是普通扩孔钻头的3倍以上。     

基于混合布齿技术的新型PDC钻头设计与应用

为了提高PDC钻头在大庆地区调整井作业的机械钻速,并降低钻头制造成本,创新性地将混合布齿技术应用于PDC钻头个性化设计,针对混合布齿技术特点进行了合理的钻头冠部形状设计、切削结构设计和水力结构设计。结合目前胎体PDC钻头的制造工艺,设计制造了基于混合布齿技术的新型Φ215.9mm PDC钻头,相较于同尺寸常规钻头,单只钻头制造成本降低了721元。新型钻头在大庆地区南2区块进行了现场应用,钻头平均机械钻速38.6m/h,与常规钻头相比,提高了1.2m/h。     

刮刀型PDC钻头在煤矿瓦斯抽采钻孔中的应用

为解决煤矿瓦斯抽采钻孔粉砂岩、细砂岩层段三翼内凹PDC钻头钻进效率低、钻头寿命短的问题,对PDC钻头进行了选型并优化设计,通过选用刮刀型PDC钻头,并采用等切削的方法进行钻头布齿,并配套以一定的钻进工艺,在同种地层中取得了较好的钻进效果,解决了钻进效率低、钻头寿命短的问题。     

多晶体金刚石凿岩刀具的试验研究

本文对一种新型的刀具材料——多晶体金刚石所制成的凿岩刀具在切割破碎岩石过程中的磨损与脆裂破坏的试验研究进行了阐述;对影响这种刀具磨损及脆裂破坏的因素:刀具前倾角、刀具力、切割速度及切割深度进行了分析;对其破坏机理进行了讨论;并对如何减小这种破坏的可能性提出了建议。得出了一些新颖的结果。     

PDC钻头在天津地热井中的应用

天津地热钻井,一般采用传统的三牙轮钻头进行施工,近年来随着钻井工艺水平的进步,为了提高钻井效率,在部分井段中采用PDC钻头钻进,相比三牙轮钻头取得了更高的机械钻速,且泥岩地层造浆得到很好的控制,钻井液性能稳定,降低了维护成本。实践证明,PDC钻头使用寿命长,在提高钻进效率的同时经济效益显著。     

PDC钻头自动感应焊接装置的研究

根据目前PDC钻头生产存在的问题，研究了单工位、双工位及八工位PDC钻头自动感应焊接装置，介绍了方案设计及试验情况。     

旋挖钻头设计制造数据库系统设计

旋挖钻进施工目前是我国常用的桩工施工工法。旋挖钻机施工由于效率高、噪声低、环保、成孔质量高等特点,施工范围极广。但由于施工地层各不相同,需要选择不同形式的钻头来满足不同的施工要求。合理地选择和使用旋挖钻头,能够丰富旋挖钻机的施工工艺,拓宽旋挖钻机的施工领域。建立旋挖钻头数据库系统,为旋挖钻头的设计、制造、选型提供数据支撑,满足日益复杂的施工要求。本文介绍了旋挖钻头设计制造数据库系统的设计及应用情况。     

孕镶金刚石钻头设计与制造新技术回顾与展望

高性能孕镶金刚石钻头的研制是钻探工程尤其是深部坚硬地层提高钻探效率、降低钻探成本的关键手段之一。本文从钻头胎体、结构和制造工艺3方面综述了孕镶金刚石钻头设计与制造的新技术,针对钻头胎体设计,介绍了胎体对金刚石把持力的调控研究,特别是胎体强化和胎体弱化这2大方向,并阐述了胎体自润滑钻头的设计机理;从唇面结构和水路系统的设计等方面论述了孕镶金刚石钻头结构设计的新思路;讨论了典型孕镶金刚石钻头设计技术,分析了钻头制造工艺现存的问题,并认为未来采用3D打印制造复杂结构孕镶金刚石钻头具有广阔的应用前景。对及时了解和掌握国内外孕镶金刚石钻头设计与制造技术和理论的最新进展,加快高性能孕镶金刚石钻头的研发具有重要意义。     

鄂 北 地 区 钻 头 优 选 探 讨

为适应鄂尔多斯塔巴庙区块勘探开发需要，利用区域测井资料进行钻头选型，并结合现场实践优化钻头类型和钻井参数，提高钻井效率。通过新型PDC钻头推广应用，单口井所需钻头数量减少3～4只，减少起下钻3回次以上，缩短钻井周期3．5天。     

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。     

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。     

大牛地气田太原组水平段钻头选型分析

大牛地气田主要目的层太原组地层砾岩发育,石英含量高。在使用PDC钻头钻砾岩段,较大的负荷冲击载荷作用常造成PDC钻头复合片崩齿从而失去切削能力,不得不起钻更换钻头,大大降低了钻井时效、增加了钻井成本。通过对太原组水平段钻头的数据统计分析,使用GD1306TX型与FX55D型2种型号的钻头在太原组地层钻进可以提高机械钻速、缩短钻井周期,在GD1306TX型与FX55D型之间通过每米成本统计分析获得GD1306TX型钻头每米成本更低,更适合太原组研磨性地层使用,可为该区域水平段钻井的钻头选择提供依据。     

煤矿井下硬岩定向钻进PDC钻头选型及试验分析

为了提高煤矿井下硬岩定向钻进的效率,在分析硬岩定向钻进PDC钻头的结构要求的基础上,选择了3种不同类型的PDC钻头进行煤矿井下硬岩定向钻进试验。试验结果表明,平底型PDC钻头不适用于定向钻进硬岩,而三翼抛物线型钻头和四翼平角型钻头在定向钻进硬岩时,表现出长寿命、高效率等特点,适合于定向钻进硬岩地层,大大提高了煤矿井下定向钻进硬岩地层的效率。