PDC钻头自调节切削深度控制技术

黏/滑一直是钻井行业面临的主要挑战为了减缓黏/滑研发了PDC钻头自调节切削深度(DOC)控制技术。采用该技术在不断变化的钻井环境中可动态调节PDC钻头的切削深度,避免或减缓振动,减轻钻头或BHA组件的损坏程度,实现安全高效钻井。阐述了自调节DOC控制机构及其控制原理,对自调节切削深度控制技术分别在实验室和现场进行测试,测试结果表明:在极慢和极快的时间内,自调节DOC控制钻头能够以预期的方式响应;与标准PDC钻头和固定式DOC控制钻头相比,自调节DOC控制钻头的性能明显提高,能进一步拓宽稳定作业窗口,降低黏/滑发生概率和作业成本。研究结果可推动我国钻头技术的发展。     

新型PDC钻头

美国Halliburton公司设计出一种专用于坚硬岩层钻井的新型PDC钻头，这种钻头镶有抗磨蚀的新型PDC切割齿，抗磨蚀性能是工业标准的135倍，抗冲击性能良好，能显著提高钻井进尺和机械钻速。     

可有效抑制粘滑并提高机械钻速的新型自调节式PDC钻头

国外公司研究出一种新型自调节式PDC钻头,是石油天然气钻井工业中出现的第一种应用自调节式切削深度(DOC)控制技术在钻井过程中主动减小粘滑现象的聪明型钻头。这种新型钻头可以非常智能地对扭转振动进行聪明的响应,在发生井下问题时,无需等待较长时间,钻井操作人员就可采取纠正措施。该新型钻头还可以吸收会对钻头切削结构整体性产生破坏的突发过载或振动现象,所以其抗冲击损坏能力更强,且能够大幅缩短钻井过程中的非生产时间,具有较好的经济效益。     

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     

新型PDC钻头设计

PDC钻头在钻井破岩中所占的比例越来越大,但在软硬交错的多夹层地层钻进时效果却不理想,常常发生先期损坏。针对胜利油田多夹层地层特点进行了PDC钻头的优化设计,突破了PDC钻头单一切削元件模式。根据该设计制造的一种新型复合式PDC钻头在多夹层地层中取得了较好的应用效果。与牙轮钻头相比,复合PDC钻头机械钻速高、寿命长、进尺多等特点,对加快油田勘探开发速度、降低钻井成本有积极的意义。     

新型系列的PDC钻头

金刚石产品国际公司 (ＤＰＩ)推出了一套新型系列的ＰＤＣ钻头 ,该公司称之为ＳｐｅｅｄＤｒｉｌｌＰＤＣ钻头系列 ,该钻头系列集ＳｐｅｅｄＲｅｒｍｅｒ双中心钻头的优点和ＬｏＴｏｒｑｕｅ可操纵钻头系列的特殊功能于一身 ,既有高的机械钻速、长的使用寿命、好的定向控制 ,又     

国外新型防振PDC钻头

井下振动是引起PDC钻头早期失效的主要原因 ,而挠性钻头能很好地解决钻头的振动问题。美国研制的挠性钻头是在普通PDC钻头的基础上 ,将刚性的上体接头设计成挠性接头。该挠性接头由公接头、母接头、弹性管、螺纹锁紧环、推力环、密封圈、弹性环等组成。挠性接头允许井底总成相对于钻头做倾斜运动。室内试验和在美国Catoosa现场试验表明 ,这种挠性钻头在防止钻头振动、延长钻头寿命方面 ,具有十分明显的优势。     

用新型PDC钻头钻地热井

使用外径为8(15/32)in、内径为4in的新型PDC取心钻头进行了一项地热井钻井试验,钻头体上焊有57个新型PDC切削齿,其侧偏角和后倾角均为-10°。这种钻头的特点主要体现在所使用的新型PDC切削齿上。(1)这种新型PDC切削齿的材料与某家日本制造厂商已研制成的用以钻坚硬、高温岩石层的切削齿材料相同。(2)传统的PDC切削齿的金刚石层是露在外面的,在钻坚硬的岩石时很容易碎裂。因此,新型齿的金刚石层几乎被碳化钨层所覆盖,以防止其碎裂破坏。 试验是在井下1900m深处进行的。被钻的岩石是非常坚硬的花岗岩(单向抗压强度约为1100kgf/cm~2),而且此处岩石的温度达250℃左右。使用膨润土泥浆。钻压在0.6tf～12tf(吨力)之间变化,以保持恒定的大约2cm/min的机械钻速。泥浆的流量及钻头转速分别为1m~2/min和27rpm。 钻头钻进深度大约为5m。PDC钻头在钻井之后其磨损程度或脱落为60％左右。 从钻井试验结果来看,显然这种新型PDC取心钻头可以用于钻非均质的高温、坚硬的岩石层。     

行星式PDC钻头驱动器研制

定向钻井中,钻头与岩石问的相对运动产生的反扭矩使得工具面偏离设计轨道,严重影响中靶精度.针对这一问题,立项研究反扭矩平衡工具,从运动原理和力平衡原理角度分析反扭矩平衡的可行性及其平衡条件,实现扭矩平衡的方式,最后针对反扭矩平衡工具研制中的重点结构进行了分析,研制成功的行星式PDC钻头驱动器平衡了扭矩,有利于提高定向质量,施工安全,作业效率高,可进一步推广应用.     

新型复合PDC钻头填补中石油钻头类产品空白

<正>2014年12月7日,由中国石油天然气集团公司(以下简称中石油)宝石机械成都公司(以下简称成都公司)研制的215.9mm新型复合PDC(聚晶金刚合金片)钻头,顺利完成盘锦大51井井下作业试验,效果良好,填补了中石油钻头类产品空白。目前,成都公司已经研制成功215.9、241.3、311.2、444.5mm 4种型号的系列新型复合PDC钻头,并取得国家实用新     

休斯·克里斯坦森公司的新型PDC钻头及牙轮钻头

美国休斯·克里斯坦森公司新近推出一种称为Gerlesis XT的新型PDC钻头,能够用于钻进硬度和研磨性更大的地层。Genesis XT型PDC钻头采用了该公司的新一代切削齿和已获专利的切削深度控制技术,以便能在恶劣的钻井环境中提高钻头的稳定性和耐用性。其新一代切削齿称之为OdysseyTM系列齿,工程技术人员对齿上碳化钨基体与人造金刚石层之间的界面进行了优化,从而使这种齿的韧性大为改善。由于采用了EZSteerTM切削深度控制技术,该钻头在钻进一般性地层时更为平滑和稳定,而在钻进有夹层的地层时,其SmoothCutTM(平滑切削)技术则又能使钻头获得良好的钻进效果。另外,该新型钻头因采用了多层式金刚石层技术而具有优良的耐磨性能。这些技术的综合运用延长了钻头寿命、提高了钻井效率。     

一种新型PDC钻头切削结构

<正> Security Division/Dresser Industries公司研制出一种用于PDC钻头的自稳式切削结构,这种结构能促使钻头的旋转中心始终保持在钻头的结构中心位置上。 众所周知,钻头切削结构即使只承受2％的不平衡力也能引起钻头回旋。因此,     

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。     

新型PDC钻头设计与现场试验

为充分发挥PDC钻头在软到中硬地层钻进时钻速高、寿命长的特点,同时减少大尺寸PDC钻头钻进扭矩大的不足,进行了PDC钻头新型结构研究,以提高深井大尺寸井眼钻井速度。针对深井开孔尺寸较大的特点,对PDC钻头几何结构和切削结构进行了分析研究,提出了新型切削结构理论——钻扩型切削结构,该结构特点可降低PDC钻头的破碎功,改变切削力的分布,从而达到提高钻速、减小扭矩的目的。根据该理论设计、制造出的PDC钻头,在上部地层的大尺寸井眼钻进中取得了较好的应用效果,扩大了PDC钻头的应用范围。现场试验结果证明,新型切削结构设计降低了钻进大尺寸井眼的扭矩,合理地分配了破碎能量,提高了钻头稳定性和钻柱的抗振性,降低了钻头回旋趋势,从而达到较高的机械钻速和较好的定向控制。     

新型PDC钻头在塔里木油田再创新纪录

正2019年12月31日,从中国石油塔里木油田公司(以下简称塔里木油田)博孜8井传来喜讯,中国石油集团工程技术研究院有限公司休斯敦技术研究中心(以下简称休斯敦中心)研发的新型非平面齿PDC钻头在5 000 m以深的新近系康村组成岩段含砾地层一趟钻进尺725 m,是同区块平均水平的3倍以上,再次创造博孜区块钻井新纪录。这是该钻头继博孜3井、博孜103井创造的总进尺、单日最高进尺、最高机械转速3项纪录之后又一项突破。     

新型PDC钻头创河南油田钻井进尺新记录

湖北武汉中国地质大学长江钻头公司通过近3年的探索与研制,利用无压浸渍技术成功地开发了新型PDC钻头。最近生产的1只215.9mmWH461-6型PDC钻头,在河南油田7口井中使用,累计进尺5423.42m,创下了河南油田单只钻头累计进尺历     

新型挠性抗回旋PDC钻头研究

回旋是导致PDC钻头失效的主要原因, 在研究国内外抗回旋技术的基础上, 基于挠性钻头的创新思想, 设计了新型挠性抗回旋PDC钻头。该型PDC钻头由于上、下弹性环的弹性作用, 使得公、母接头之间可以倾斜一定角度转动, 井底钻具组合的倾斜不会影响钻头体, 钻头体轴线仍保持与井眼轴线重合, 不偏斜, 不与井壁接触, 从而避免回旋的产生。对挠性抗回旋PDC钻头和常规PDC钻头的运动学分析证明, 挠性抗回旋PDC钻头的抗回旋性能优良, 其工作寿命大大长于常规PDC钻头。     

旋切式PDC钻头水力结构优化

旋切式PDC钻头比常规PDC钻头的结构更复杂,工作原理也比较特殊,常规的数值模拟方法不能全面描述旋切式PDC钻头水力结构及井底流场特性。鉴于此,采用标准k-ε模型和离散相模型(DPM)对旋切式PDC钻头井底流场进行仿真模拟,并对钻头的水力结构进行优化设计,对优化前后旋切式PDC钻头的井底流场进行对比分析。研究结果表明:刀盘形状的改变有利于工作流体的流动,可以降低刀盘附近岩屑颗粒的质量浓度;采用带有曲率的喷嘴可以增强旋切式PDC钻头刀盘区域的井底清洗效果;当采用曲率为1/50的喷嘴时,刀盘区域的井底清洗效果最好;当采用中心喷嘴直径12. 0 mm和边缘喷嘴直径8. 8 mm的组合方案时,旋切式PDC钻头的清洗和携岩能力达到最优。研究结果对未来页岩气开采方式的研究具有一定的指导意义。