PDC钻头的发展趋势

介绍了PDC钻头及其发展的3个趋势:(1)设计理论和设计手段的发展,包括传统设计理论等切削原理、非常规设计理论、计算机辅助设计、钻头实体仿真、工作状态仿真和地层适应性研究;(2)切削元件超硬材料的发展,包括提高聚晶金刚石复合片的自身性能、改变复合片的结构和发展异型复合片;(3)钻头制造工艺技术的发展,包括数控加工技术的应用、软模成型技术、胎体性能研究以及固齿技术的研究。     

国内外PDC钻头新进展与发展趋势展望

PDC钻头近年来发展迅速。为了能够及时掌握PDC钻头的最新进展,系统梳理了国内外油气井用PDC钻头新进展,介绍了中国石油在新型钻头研发与应用方面的工作,进一步阐述了国内PDC钻头研发面临的形势与挑战,展望了油气井用PDC钻头发展新趋势。研究结果表明：在油气资源勘探向着万米深层进军的大背景下,仍然面临地层可钻性差导致钻头破岩效率低、砾石层引起钻头振动先期损坏、大尺寸井眼钻井周期长等严峻挑战,技术与材料革新型高效钻头、混合式钻头、自适应钻头等能够明显提高钻进效率延长钻头寿命;智慧钻头所能提供的丰富井下数据能够提高对于深部破岩机理、岩石物性的认知,对于进一步优化钻头结构、识别可能存在的油气储层等具有重要的意义。应积极借鉴和移植这些成果,尽早研发出适用于深部油气勘探或深地科学钻探等领域的高端耐用钻头。研究结果可为高端PDC钻头国产化、系列化工作和相关从业人员提供借鉴。     

推广使用PDC钻头

本文介绍PDC钻头几年来在我国使用情况及PDC钻头结构特点,同时分析了PDC钻头在我国深井钻井中的经济效益。最后提出PDC钻头钻井措施及今后在国内推广使用的几点意见。     

PDC钻头在胜利油田的应用分析

全世界已将PDC钻头广泛应用于钻软地层和中硬地层。它具有机械钻速高,钻头使用寿命长,起下钻次数少,井斜控制好以及钻井设备及套管磨损小,钻井费用低等优点。     

新型PDC钻头概述

<正> 70年代初美国人发明了PDC钻头。在世界范围内得到了普遍应用。PDC钻头在软到中硬地层中具有机械钻速快、寿命长、钻进平稳等优点。为扩大PDC钻头的使用范围,使之能有效地钻穿硬夹层或较硬的地层,提高钻头在复杂地层内的钻进效率,世界各大钻头厂家又相继研制出了新型PDC钻头。Christensen公司研制的Mosaic、Hycalog公司研制的Hybrid和DBS公司研制的PD型和TD型等新型PDC钻头,大大提高了PDC钻头的抗冲击能力、抗冲蚀性     

双心PDC钻头设计及应用

双心ＰＤＣ钻头可用于钻流动性较强的盐层，膨胀性页岩地层，或用于套管开窗侧钻。也可通过小尺寸井眼。该工具特征是有两个中心轴线。结构采用胎体镶复合片，天然金刚石保径。钻头有三个可换式喷嘴，每排切削刃前有较深的放水道冷却钻头。在沙参４２井应用取得明显效果。     

定向PDC钻头

为解决常规PDC钻头在定向作业时产生的反扭矩大而造成工具面不稳定、造斜作业时常常停顿的问题,中国石油渤海装备中成机械制造公司研究开发了一种特殊的定向PDC钻头。该定向PDC钻头采用紧凑型结构设计、应用低扭矩高效破岩理论、预破应力布齿和井底流场仿真计算等技术,减少了切削反扭矩对定向工具面的影响,钻进扭矩变化小、工具面摆放稳定、定向能力强、造斜效果好、机械钻速快、使用寿命长、技术水平先进,定向效果处于国内领先水平。定向PDC钻头作为特性钻头的一种,应用前景十分广阔。     

PDC钻头水力学研究初探

借助计算流体商业软件NUMECA和预处理方法 ,对某厂 2 15 9mmPDC钻头采用结构化网格模型 ,由计算机模拟了钻头井下旋转射流流场 (A、B、C、D、E、F等 6个区域 ) ,并分析了流场的形成过程和主要特征。分析研究表明 ,现有PDC钻头井下流场出现了滞流和回流 ,这是钻井过程中产生“泥包钻头”的重要原因。另外 ,通过显示不同设计情况下对钻头流场总能量损失的影响 ,说明了钻头水力设计的重要性     

苏里格气田PDC钻头的优选与应用

针对苏里格气田目的层深、地层老、可钻性差,常规钻井钻速慢、牙轮钻头很难提高钻速等实际问题,对苏里格气田的岩石可钻性和钻头选型进行了研究,建立了 岩石可钻性剖面图和钻头选型剖面图;优选了适合苏里格气田钻井的PDC钻头;通过现场试验,大幅度提高了苏里格气田的钻井速度,取得了显著的效果。     

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。     

川东地区使用PDC钻头的配套钻井液技术

通过对螺杆钻具带PDC钻头钻进对钻井液性能的影响的研究，得到了对钻井液固相含量、固相颗粒粒径分布、流变性、滤失造壁性、润滑性及维护处理量等性能的影响规律，得出了螺杆钻具带PDC钻头钻进的配套钻井液工艺，应用于14口井，完全能满足螺杆钻具带PDC钻头钻进对钻井液工艺技术的要求，并对经济技术效益进行了分析。     

新型定向井PDC钻头的研制与应用

针对常规PDC钻头在胜利油田临盘区块定向井钻井施工中，工具面不稳定、难以控制、滑动钻进时钻压较小、钻速低的问题，研制出了一种新型定向井PDC钻头。该PDC钻头采用短剖面形状，特殊双重切削布齿结构，又对钻头进行了力平衡设计，把钻头的侧向力减到最小，增加了钻头工作时的稳定性。在临盘区块多口定向井的现场应用表明，新型定向井PDC钻头滑动钻进时钻压变化的敏感度小，工具面可控性好，复合钻进机械钻速和定向井机械钻速较常规PDC钻头都有较大幅度提高，且提高了钻井和下套管效率及井身质量。     

新型PDC钻头的防斜打快效果及评价

大庆油田海拉尔地区的地层倾角大、岩屑录井荧光级别低,亟待解决满足岩屑录井要求的防斜打直问题。为了能够在获得足够大的岩屑颗粒和提高机械钻速的基础上达到防斜打直的目的,制定了采用大切削齿B425型PDC钻头配以小钟摆钻具组合的现场试验方案。试验表明:B425钻头与牙轮钻头所破碎的岩屑颗粒基本相当,能够满足地质岩屑录井的要求;与牙轮钻头相比,B425钻头显著地提高了机械钻速,降低了钻头费用,减少了起下钻次数;单只B425的进尺可达1000m以上,相当于2~3只牙轮钻头的进尺;采用PDC钻头配以小钟摆钻具组合,可以较好地解决防斜打直问题。此外,针对试验中遇到的问题,通过改进井身结构和调整钻井参数,形成了一套适合于海拉尔地区的防斜打快技术。     

PDC钻头粘滑振动机理分析

建立扭转摆理论分析模型及钻头的运动方程,分析钻头粘滑振动的边界条件,研究钻头的运动形式及粘滑振动机理与影响因素。结果表明:钻头切削岩石时主动扭矩的循环积聚与释放以及钻柱与井壁的摩擦是引起粘滑振动的主要原因;钻头不稳定的受力是造成PDC钻头失效的主要原因。粘滑振动与钻井参数、地层特性、钻具参数及钻井液性能等有关,调整钻井参数,或使用水力加压器、扭转冲击器等工具可以减少振动。     

用优化和有限元方法研究金刚石复合片模具

在模具设计中,设计者必须确保压缸在预压和合成两种状态下都具有足够的强度。单层筒形模具不能提供金刚石复合片生产所需要的高压,因此,必须采用多层预压组合模具。对多层筒之间的相互作用进行了研究,并对在较低的材料要求情况下怎样获得足够的承载能力进行了探索。结果表明,合成金刚石模具压缸的内外径比为3.27, 已接近最优值,因此在合成金刚石模具结构设计中可以直接采用该值。在给定压缸内壁切向应力的情况下,压缸内、外壁上的压力成线性关系,给定压缸内、外压和内部切向应力三个值中的任意两个,就可以求出另外一个。衬套在压缸与钢带(预紧环)之间起桥梁作用。笔者建立的优化模型既可用于设计合成金刚石模具,也可用于其他类似的预应力冷挤压模具的设计。     

PDC钻头等功率在齿的方法

本文在回顾比较已有的ＰＤＣ钻头布齿原则的基础上，选定了在等摩擦功下进行＊ＤＣ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。