PDC钻头复合片磨损速度模型研究

PDC钻头作为一种高效破岩工具,在石油工业中的应用越来越广泛。复合片的磨损直接影响着钻头的钻速和使用寿命。在目前研究的基础上,分析了PDC钻头复合片研磨性磨损、热磨损和冲击磨损三种磨损形式的磨损机理;研究了钻井参数、地层特性及复合片自身结构性能参数对复合片磨损的影响规律。建立了一个比较完善的复合片磨损速度模型,为进一步的研究提供了理论依据。     

有限元法在PDC钻头模具设计中的应用

1. Introduction Since their introduction in the early 1970s, PDC bits have almost completely replaced three-cone bits for use in relatively soft, nonabrasive formations. They sometimes replace three-cone bits in harder or slower drilling intervals, if the…     

聚晶金刚石复合片固定牙齿钻头的发展与应用

在过去的32年中．聚晶金刚石复合片固定牙齿（PDCs）钻头曾经显著地改变了石油和天然气钻井工业的面貌。1972年第一次引进PDCs钻头时．他们只被看作是一种重要的实验．到2003年结束时．PDCs钻头已经占据整个钻头市场的45％，在过去的10年中．其所占的钻头份额已翻了一番。     

PDC-牙轮复合钻头的研究与适用

复合齿轮钻头设计可以有效实现PDC齿轮钻头与其他齿轮驱动钻头之间在结构上和钻动功能上等方面的多种优点相互促进,增强了齿轮钻头的地层整体结构相对于那些高强度,低温的研磨性和不均质性的地层这些较难进行钻动的均质地层的自适应能力.     

油田钻探用金刚石复合片热残余应力分析

目前国内外PDC钻头所使用的金刚石复合片有80%的非正常失效断裂是由其残余应力和界面结构问题引起的,热残余应力是造成金刚石复合片非正常失效的主要因素。根据金刚石复合片制造过程中的热力学工艺条件,对其平面界面热残余应力进行了详尽的数值计算和分析,对其热残余应力的分布规律和温度变化引起的变形规律进行了深入研究。研究结果表明,界面残余应力形态及其与金刚石复合片断裂失效存在内在关联,聚晶金刚石层厚度与残余应力及变形之间也密切相关。据此,提出了有效降低界面残余应力的措施。     

PDC钻头复合冲击钻进动力学研究

深部地层的环境温度高,岩石硬度大、研磨性强。采用PDC钻头常规钻井方式,钻头的破岩效率低、机械钻速慢。介绍了1种轴扭复合冲击破岩工具的结构和工作原理。建立PDC钻头破岩理论模型和数值分析模型,并进行对比分析,得出了常规钻进和轴扭复合冲击钻进过程中PDC钻头的运动轨迹和岩石破碎过程应力变化规律。分析发现,复合冲击作用下岩石裂纹发生快,更容易产生体积破碎,岩石表面能够形成连续均匀的破碎坑,相比常规钻进能够提速30%左右。该研究为轴扭复合冲击破岩提供了理论依据,对深井油气田开发具有重要意义。     

PDC钻头复合片磨损规律研究

在理论分析的基础上,建立了一种简便实用的复合片磨损实验方法,即采用了复合片在车床上磨损方式模拟ＰＤＣ钻头切削齿切削岩石的方法进行了大量的实验研究。研究分析了复合片齿的体积磨损速度与切削正压力、切削线速度、磨损弦长及岩性间的关系,并由实验结果得出了复合片磨损速度模式。     

PDC钻头水力结构优化设计研究

在PDC钻头工作过程中，钻井液对钻头体表面的冲洗、冷却和润滑是保证钻头正常工作的一个非常重要的条件。对PDC钻头而言，水力结构（主要是中心水眼和冠部水道）设计的重要性尤其突出。以前,对钻头水力系统研究只能通过实验的方法进行,研究周期长、成本高、结构调整不方便，而数值模拟的方法在几年前还不成熟，甚至静态的复杂结构流场问题基本无法解决。为此，在提出PDC钻头水力结构优化设计原则的基础上，对PDC钻头的三维流场进行了数值模拟。模拟中考虑了钻头的喷嘴布置位置、直径、数量以及切削齿对流场的影响。计算结果表明，原设计在喷嘴布置位置和喷射角度上存在不足，以此为基础进行了水力结构的优化设计。文中的研究成果成功地应用在新型钻头水力结构的设计中，研究方法为PDC钻头水力结构优化分析奠定了理论基础。     

细碎岩屑地质录井方法研究

细碎岩屑的形成受钻头类型、工程参数和地层性质等因素的影响 ,同时给常规地质录井带来了岩性难辨 ,不易归位 ,容易漏失油气显示层等诸多难题。通过利用岩屑自然伽马进行岩屑归位 ,采用双层振动筛和“井”字取样法解决岩屑采样的难题 ,改进了岩屑描述的程序 ,提出了用氯仿喷洒及逐包浸泡的方法发现油气显示和细碎岩屑录井必须从关注岩屑转为关注钻井液的方法 ,提高了油气显示发现率 ,基本解决了细碎岩屑录井的有关问题。     

复合钻井用新型金刚石钻头研制及现场试验

针对复合钻井钻头转速高、井下动力钻具的输出扭矩受限制的特点,研制了一种尖圆混合布齿、低扭矩的新型金刚石钻头.现场试验证明,新型金刚石钻头扭矩小,寿命长,在相近条件下,比邻井常规金刚石钻头的机械钻速提高30.1%～36.2%,能更好地适应复合钻井的需要.     

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     

应用改进模糊综合评判法优选PDC钻头

为了克服传统模糊综合评判法优选PDC钻头时主观性强和信息易漏失的缺点,对传统模糊综合评判法进行了改进。改进后的综合评判法采用层次分析法计算权重集,克服了原始权重集确定过程中主观性过强的缺陷;采用加权法进行模糊运算时,全面、综合地考虑了所有评价因素的影响。对大港油田某区块的PDC钻头进行了优选,进尺最长和平均机械钻速最快钻头的隶属度均小于综合考虑各影响因素之后钻头的隶属度,说明优选PDC钻头时不能仅凭进尺和钻速确定,而要综合考虑所有因素。现场应用表明,改进后的模糊综合评判法具有较高的可行性,优选出的PDC钻头地层适应性更好。      

PDC钻头新技术及发展趋势分析

PDC钻头在近年来的研究中所占比重越来越大,其技术创新在经历了长期发展,达到一个瓶颈期后,有了新的突破。在研究PDC钻头相关专利数据的基础上,分析了在该技术上各大公司的关注领域、技术研发热点及趋势。介绍了各大公司的创新技术。分析得出,当前各大公司的创新大多集中于切削齿创新及混合钻头技术创新,同时比较重视相关学科的研究。可为我国处于技术瓶颈期的PDC钻头技术创新提供一定的技术借鉴。     

PDC钻头反扭矩分析及控制技术

定向滑动钻井时,PDC钻头上产生的反扭矩变化较大,导致工具面控制不稳,影响了钻进的连续性和速度。采用有限元数值模拟技术定量地分析了PDC钻头破岩时产生的扭矩,进一步证实存在较大反扭矩。介绍了Southard钻井技术公司最近研制的一种无反扭矩钻井工具,即行星钻头驱动器。该工具构思巧妙、设计新颖,通过控制定向钻井时PDC钻头上产生的反扭矩及其变化,从而提高钻进效率,具有一定的发展前景。     

一种PDC钻头选型新方法研究

介绍了利用剪切强度和单位进尺钻井成本的关系来进行PDC钻头选型的新方法。该方法以一个建成的PDC钻头使用资料库为基础，该数据库包括钻头型号、所钻井段地层的平均剪切强度、单位进尺钻井成本等指标。在选型时，通过所钻区块邻井的测井资料计算出不同井深各间隔点的地层剪切强度，从需要进行钻头选型的井段开始，确定计划钻井段地层剪切强度的平均值。以此平均值为基点，在合理的偏差范围内，从数据库中选择PDC钻头，单位进尺钻井成本最低的PDC钻头为优选结果。     

合成金刚石模具环材料试验研究与有限元分析

对美国牌号H_(11)(相当于中国4Cr5MoSiV)合成金刚石模具环材料进行了力学性能测试和结构有限元分析。结果表明,模具环常温和高温(180℃)的拉伸强度极限分别为1430.8MPa和1377.65MPa、弹性模量E=206 GPa、μ=0.285,有限元分析的最大等效应力为1836.9MPa,超过了模具环的拉伸强度极限,是模具环失效的根本原因。提出采用现代设计方法进行优化设计,使应力值降至1400 MPa以下,或选用拉伸强度极限高于1800 MPa的材料,是提高模具环寿命的两项可行措施。     

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。     

改进PDC钻头性能的设计方法

在概述了现有PDC钻头的设计和制造情况的基础上, 从机械设计和水力设计 2个方面提出了优化设计PDC钻头和提高PDC钻头性能的方法, 并介绍了新型PDC钻头机械和水力结构设计的特点。实践证明, 利用数字化方法改进PDC钻头的设计比传统的试验方法具有设计周期短、成本低和准确度高的特点, 是一种可取的设计方法。     

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。