三翼PDC钻头在小井眼钻井中的应用

小井眼钻井技术在油田钻井开发过程中得到了越来越广泛的应用,但水力能力低、钻头选型受到限制等因素,严重制约了小井眼钻井速度的提高。在小井眼PDC钻头技术的基础上,针对小井眼钻井的难点,对比分析多翼PDC钻头的结构特点,优化钻头结构,研制出了三翼PDC钻头,在现场进行了应用。应用表明,Φ152.4 mm井眼中机械钻速提高了1倍以上,Φ165.1 mm井眼中机械钻速提高了20%以上;定向井(水平井)中在定向造斜、轨迹控制方面满足了施工和设计要求,取得了较好的应用效果。     

黄36井区油页岩段水平井快速钻井技术

黄36井区长8目的层水平井钻井施工过程中,针对长7油页岩段长、井斜大,长4+5地层承压能力低,钻井液密度达不到平衡油页岩坍塌压力所需要的密度,导致油页岩易垮塌以及PDC钻头滑动困难、造斜段机械钻速低等问题,从单纯通过防漏堵漏提高钻井液密度转变为降低排量提高钻井液密度,同时通过减小油页岩交变应力、控制油页岩段井斜来提高坍塌压力,使用牙轮钻头造斜等方法,降低了坍塌几率,并有效提高了机械钻速。该水平井快速钻井技术能有效解决窄密度窗口的问题,提高施工效率,降低钻井成本。     

成功用于复杂陆上定向钻井的新型PDC钻头设计

由于在Nahr Umr软页岩地层中能获得持续的所需的造斜率，牙轮钻头在阿布扎比8 1/2。可导向钻井中占据明显优势。在垂直井段，PDC钻头常常获得四倍于镶齿牙轮钻头的机械钻速。但是，反扭矩的波动使得用PDC钻头造斜的定向操作大受影响。造成较差的工具面控制及不一致的造斜率。     

旋转导向钻井技术在昌吉油田JHW007水平井中的应用

JHW007井是2013年新疆昌吉油田吉木萨尔井区部署的一口目的层为芦草沟组致密油藏的先导试验水平井,设计井深4 593 m。通过优化井身结构、优选PDC钻头、优化轨迹控制技术和钻具组合、使用先进的旋转导向系统等技术措施,该井顺利完钻,在造斜段采用三维绕障轨迹控制技术两趟钻完成施工;三开水平段使用旋转导向钻井系统,使水平段一趟钻完成;全井斜井段施工仅用21.77天完成,大大提高了该区块水平井的机械钻速。     

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。     

四川盆地侏罗系地层个性化PDC钻头研制与试验研究

四川盆地侏罗系前期钻井整体机械钻速较低,为了实现快速钻井,节约钻井成本,根据侏罗系地层的岩石特性,开展了PDC钻头优化设计和公117H井现场试验,结果表明,研制的Φ215.9mmPDC钻头单只进尺达到1335m直井段平均机械钻速为12.7m/h,较常规PDC钻头提高了71.4%,定向段平均机械钻速3.18m/h 是常
规PDC钻头的2.76倍;Φ152.4mmPDC钻头,在水平井段,单只进尺218m,平均机械钻速3.8m/h,达到国外哈里伯顿PDC钻头的性能指标。研制的两种型号钻头均达到提速目的,为侏罗系地层优快钻井提供了有力的技术支持。     

扭力冲击器在水平井当中的应用

在HW109水平井三开稳斜段施工过程中,使用了扭力冲击器工具以及配合的PDC钻头,使用过程中效果显著,复合与定向效果都有明显提速的效果,并且在定向过程中对脱压现象也有明显的改善。     

导向PDC钻头设计及其在临盘地区的应用

针对常规PDC钻头在胜利油田临盘地区定向井钻进过程中存在的工具面不稳定、井斜角和方位角难以控制、滑动钻进时钻速较低等问题,研究分析了PDC钻头的剖面形状、切削结构、保径设计等对钻头导向性能的影响规律,在此基础上,研制出一种适合临盘地区地层特性的BTM115H型导向PDC钻头。该型PDC钻头采用浅内锥、双圆弧剖面形状,特殊双重切削布齿、短保径设计和侧向力平衡设计,能够有效提高钻头的导向性能和机械钻速。多口定向井的现场应用效果表明,BTM115H型导向PDC钻头在定向钻进过程中,工具面可控性好,复合钻井速度和定向机械钻速较常规PDC钻头都有大幅度提高,为临盘地区的定向井快速钻进提供了有力保障。      

扎哈泉致密油水平井钻井技术对策

为提高致密油总体开发效益,青海油田部署了第1口致密油水平井,但钻井周期较长,影响水平井规模开发进程。分析认为该水平井周期长的关键问题是造斜段水平段滑动比例高,机械钻速低,表现在地层较硬、设计造斜率偏高、轨迹不光滑以及定向托压方面。通过技术优化,提出了相关技术对策:每30 m设计造斜率降低至5°以下,保证造斜段滑动比例在70%以下;优化水平段复合钻井稳斜钻具为单弯螺杆双稳定器钻具组合;优选造斜段水平段钻头为5~6刀翼13~16 mm、双排切削齿、平缓曲线冠部形状、小外锥高度、小保径长度以及大后倾角(20°~30°)高效PDC钻头;强化钻井液润滑性,控制直井段每30 m狗腿度在0.5°、水平段每30 m狗腿度在2°以内摩阻扭矩控制措施;提升排量至30 L/s、转速维持在30~40 r/min、提高钻井液动切力和塑性黏度比值至0.5以上等井眼清洁措施。技术对策经现场应用后,造斜段机械钻速提高2.6倍,水平井段机械钻速提高1.0倍,收到了预期效果。     

PDC-牙轮复合钻头在南堡油田大斜度井的应用

南堡油田大斜度井采用PDC钻头或牙轮钻头进行定向钻进时,存在摩阻大、托压严重、扭矩波动大和工具面不易摆放等问题,为解决该问题,应用了将PDC钻头和牙轮钻头优点结合在一起的PDC-牙轮复合钻头,并根据该油田地层的特性,对其进行个性化设计,设计了"2 PDC固定刀翼+2牙轮"和"4 PDC固定刀翼+2牙轮"2种切削结构的PDC-牙轮复合钻头。"2牙轮+2 PDC固定刀翼"复合钻头和"4 PDC固定刀翼+2牙轮"复合钻头分别在NP2-33井和NP5-28井进行了现场试验,在定向钻进过程中均未出现托压现象,工具面稳定,扭矩波动幅度小,造斜性能与牙轮钻头相当,机械钻速与进尺均大幅提高,且返出岩屑粒度大,岩屑分选性好,有利于判别地层岩性和录井。现场试验表明,应用PDC-牙轮复合钻头能解决南堡油田大斜度井定向钻进时托压严重、扭矩波动大和工具面不易摆放等问题,为提高大斜度井定向井段的钻速提供了一种新技术。      

PDC复合钻井技术在苏里格气田水平井中的应用

随着苏里格气田天然气水平井的大规模开发,天然气水平井机械钻速低、钻井周期长的问题日渐突出,这在很大程度上归咎于牙轮钻头平均机械钻速低、钻头用量大、单只钻头进尺低、起下钻频繁等原因.伴随着钻井工艺技术的进步和螺杆钻具型号规格的完善及其性能的提高,配合高效PDC钻头进行复合钻井的技术在苏里格水平井开发过程中的应用已趋于成熟.针对近年苏里格已施工的水平井情况,综合分析了苏里格天然气水平井目前使用的PDC钻头和螺杆钻具工作特性,阐述了PDC钻头配合螺杆复合钻井技术在苏里格天然气水平井的快速钻进中的应用情况及效果.结果表明,该技术对水平井提高机械钻速,缩短钻井周期,节约钻井成本,加快勘探开发步伐具有重要意义.     

PDC钻头在普光10井空气钻井中的应用

长期以来人们一直认为,在气体钻井中PDC钻头机械钻速没有牙轮钻头高,而且气体散热能力差,易损坏PDC钻头的复合片而使钻头早期失效,因此,在气体钻井中绝大多数使用牙轮钻头。在普光10井空气钻井中应用PDC钻头,主要目的是验证PDC钻头的适应性,并探索在高陡构造、岩石可钻性差的地层控制井斜和提高钻井效率的方法。在该井空气钻井施工中,利用PDC钻头加较低的钻压便可获得较高机械钻速,配套应用塔式防斜钻具,达到了有效控制井斜和提高钻井效率的目的,最大井斜2.59°,比邻井空气钻井井斜小13.6%~75.4%,PDC钻头钻进进尺1517.08m,机械钻速8.63m/h,比邻井普光101井机械钻速高67.1%。通过分析认为,气体的散热效果并不是影响PDC钻头寿命的根本原因,而只影响井眼环空的畅通和单位时间通过钻头的气量;PDC钻头+塔式钻具可有效地控制井斜,提高钻井效率。     

塔河油田沙3区块水平井钻井技术

通过对塔河油田沙3区块已完成的5口水平井的总结分析,认为该区块水平井钻井过程中存在地层可钻性差、地温梯度高、造斜点浅、PDC钻头复合钻进时增斜规律性不强等技术难题,从井身结构优化、钻井液优选、应用"PDC钻头 螺杆"钻进等方面介绍了5口水平井钻井所采取的主要技术措施,并给出了相应的钻具组合、钻井液维护处理及工程技术措施,指出应加强钻具造斜性能的统计分析及PDC钻头的应用,进一步优化井身剖面,优化技术措施,以提高机械钻速,缩短钻井周期,从而提高该区块水平井钻井的综合经济效益。     

混合钻头在榆42-5H3井的应用试验

近年来随着长庆油田水平井的大规模开发,如何提高水平井钻井速度成了必须解决的头等问题。近年PDC钻头的广泛应用,长庆钻井速度屡次刷新,但在PDC钻头应用过程中仍然出现了一些影响快速钻进的因素,尤其是在斜井段施工中,出现的复合增斜率差、滑动效率低、工具面不稳定、钻头容易泥包等问题,一直没有得到有效的解决。针对此种情况,为了进一步减少斜井段施工周期,在钻头选型中,选择了具有集成牙轮和PDC钻头特点的双重切削结构的混合钻头。通过对2只江汉新型牙轮-PDC混合钻头在榆42-5H3井斜井段使用情况和试验数据的分析,初步显示了该类型钻头在斜井段施工中存在一定优势,尤其是在复合增斜率方面,为今后对该类型钻头的进一步评价试验提供了经验。     

长庆气田水平井PDC钻头防泥包技术

为实现长庆气田水平井钻井提速的目的,在斜井段中试验了PDC钻头,但均不同程度地发生了钻头泥包的问题。经过广泛的调研分析,找到了导致PDC钻头泥包的主要因素--钻井液问题,另外还有地层、钻井参数、PDC钻头流场设计等影响因素。为此,从强化钻井液抑制性出发,研制出了双钾盐聚合物钻井液体系并在现场应用获得成功,较好地解决了PDC钻头泥包问题。其中GP12 6井实现了斜导眼水平井单只PDC钻头穿越5套地层,平均机械钻速达11.25 m/h,起下钻、电测和下套管等作业均安全顺利完成。     

增强造斜易控性的新型PDC钻头工作特性

为提高特殊赋存条件下的油气井定向钻进过程钻头的造斜可控性,提出一种新型的PDC钻头设计方案。综合考虑钻头心部锥角、冠部形状、过渡圆弧半径和中心线位置等因素,研究其造斜易控特性。进行了钻头的线型轮廓设计,建立了造斜段钻头的力学分析模型,并在此基础上分析了钻头破岩过程的造斜特性;根据实验测试结果,分析轮廓设计参数对钻头破岩特性的影响。研究结果表明:心部锥角和过渡圆弧半径对PDC钻头的造斜能力及造斜曲率影响较大;心部锥角太深,使钻头偏转能力下降,进而导致其造斜曲率过大;心部锥角太浅,钻头稳斜能力显著下降,使实际稳斜阶段曲线较设计曲线偏离较大;在定向井实际钻进过程中,增强造斜易控性的新型PDC钻头能较好地解决现有常规PDC钻头偏转能力弱、造斜曲率过大的缺点。建立的分析模型综合考虑了钻头在定向钻进时的复杂工况,并对相关研究进行了修正和完善;同时,通过相关参数的调整,可将分析模型应用于其他情况下的分析研究,研究结论对定向井技术的发展及钻井工具的研制具有重要参考意义。     

导向钻井与斜井段控制

复合钻井是当今钻井技术的新趋势,在定向井施工中的优势主要在于:1.运用导向钻井在定向施工中的连续性,简化定向施工程序,提高钻机实效;2.优选高效钻头,配合复合导向钻井的高转速、低钻压施工方案,提高机械钻速。牙轮钻头钻进到中下部稍硬地层后,因牙轮磨损严重钻时慢,且存在缩径现象,而PDC钻头在洛河地层机械钻速高,钻头磨损极小,无缩径,但在延8以下的地层使用时,其保径齿破坏严重,钻时降低,不能在全井段的施工,但总体效果PDC比牙轮钻头好。其主要体现在以下几点:1).PDC钻头不存在掉牙轮的隐患,施工安全2).PDC钻头适应高转速.低钻压施工方案,机械钻速较高3).PDC钻头磨损小,单只钻头可以多口井用钻进速度的提高另一方面还取决于斜井段控制的好与坏,斜井段控制好了,钻进速度也就大大提高了。     

复合PDC钻头成功钻穿多夹层地层

PDC钻头在钻井破岩中所占比例越来越大,但在软硬交错的多夹层地层钻进时效果却不理想。介绍了一种复合式PDC钻头,该钻头在多夹层地层钻井施工中取得了较好的试验效果。与同地区同井段使用的H517牙轮钻头相比,复合PDC钻头机械钻速提高30%以上,寿命长,进尺提高1倍以上,成本降低20%以上,并有防斜、纠斜等特点,对加快油田勘探开发速度、降低钻井成本有重要的意义。     

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。     

伊朗雅达油田PDC钻头开发

针对伊朗雅达油田存在的上井困难、产品更新速度慢、产品针对性不强及井身结构不稳定等问题,在油田地层特点分析、邻井钻头分析和钻井工艺调研的基础上,开发了上部泥岩层段高速PDC钻头、下部致密灰岩层段高攻击性PDC钻头及Savark水平井钻头,并对开发的钻头进行了优化和应用。现场应用结果表明,在不同层段应用PDC钻头能大幅提高机械钻速和进尺,提高钻井效率,节约钻井成本,形成了碳酸盐岩地层新的钻头设计方法。