新型多重复合切削钻头的研制

为提高钻头在研磨性硬地层中的机械钻速,延长钻头寿命,研制了新型多重复合切削钻头。该钻头采用"PDC复合片+锥形PDC齿+金刚石孕镶块"3级切削结构,以PDC复合片作为1级切削元件、以锥形PDC齿作为2级切削元件,以金刚石孕镶块作为3级切削元件。多重复合切削钻头具有PDC钻头、牙轮钻头和孕镶金刚石钻头的优点,使钻头既具有较高的机械钻速,又能保持较长的寿命。在青海东坪地区基底花岗岩地层的现场试验中,新型多重复合切削钻头进尺137 m,纯钻时间114.9 h,机械钻速1.19 m/h,比同井段HJ537G牙轮钻头进尺提高128.3%,机械钻速提高40%。多重复合切削钻头为强研磨性硬地层钻井提速提供了一种新型高效的破岩工具。     

元坝陆相高压致密强研磨性地层钻井提速技术

针对元坝气田陆相深部自流井组和须家河组地层岩性致密、硬度高、研磨性强,牙轮钻头进尺少、寿命短,以及综合效益低的问题,通过分析地层的可钻性、钻头的破岩原理,结合现场实钻情况优选高效钻头,并根据钻头与钻井工具的合理匹配原则优选合适的动力钻具,进行了"进口孕镶金刚石钻头+高速涡轮"复合钻井技术、"国产孕镶金刚石钻头+高效特殊螺杆"复合钻井技术和牙轮-PDC混合式钻头钻井技术现场试验。以钻头每单位进尺消耗的比能作为选择钻头的依据,并应用盈亏平衡理论对3种钻井技术进行了经济评价。现场试验结果表明:高压致密强研磨性地层首选"国产孕镶金刚石钻头+高效特殊螺杆"钻井技术;砾石含量高的珍珠冲组地层推荐采用"进口孕镶金刚石钻头+高速涡轮"复合钻井技术;砂泥岩互层较多的高压致密地层推荐采用牙轮-PDC混合式钻头钻井技术。经济评价结果表明,元坝气田应用"国产孕镶金刚石钻头+高效特殊螺杆"钻井技术的经济效益最高,其次是牙轮-PDC混合式钻头钻井技术,"进口孕镶金刚石钻头+高速涡轮"复合钻井技术最差。      

精密钻井公司的优质PDC钻头

美国精密钻井公司的联合金刚石分公司目前可生产50多种规格的PDC钻头,其钻头特点是无柄部、单体式结构、平形轮廓,从而能够优化自钻头中心到规径部位的切削深度.该公司通过应用最新的切削齿技术,使其新型优质非平面齿能够具有更好的抗冲击性能和耐磨性能,进而提高钻井效率.独特的设计结构、布齿方式、钻头轮廓以及非平面型切削齿的采用,使其钻头能够产生恒定的扭矩且造斜率稳定.     

172组合减速涡轮钻具的研究与应用

针对普通涡轮钻具转速高、扭矩小、压降高、型号单一,与牙轮钻头和PDC钻头不相适应,采用积木式涡轮节和2K-H-NGW型多列行星轮系减速传动方案设计了新型172mm组合减速涡轮钻具。室内实验表明,新型172组合减速涡轮钻具转速适中、扭矩大、压降低,能与高速牙轮钻头和PDC钻头匹配;现场应用表明,新型涡轮钻具能满足高速牙轮钻头和PDC钻头需要,寿命长,采用减速涡轮复合钻井方式可以较大幅度提高钻速;建议加大组合式减速涡轮钻具研究投入力度,并将新型涡轮钻具应用于深井超深井钻井。     

喷射式金刚石刮刀钻头的研制和试验

本文针对油田地层的特点,对研制、试验、改进喷射式金刚石刮刀钻头,在采用聚晶人造金刚石增强耐磨性、发挥钻头水马力提高机械钻速以及改进结构降低扭矩,使金刚石刮刀钻头适应于深部地层等方面,进行了试验研究工作,用刮刀钻头打深井,使钻井速度逐步得到了提高。     

复合钻井技术在元坝地区陆相地层中的应用

川东北元坝地区陆相地层,特别是须家河组地层具有研磨性强、可钻性差的特点,致使该地区陆相地层的机械钻速较低,而“PDC钻头+螺杆”和“高速涡轮钻具+孕镶金刚石钻头”复合钻井技术可以提高机械钻速。在元坝地区陆相地层的应用表明,与常规钻井技术相比,“PDC钻头+螺杆”和“高速涡轮钻具+孕镶金刚石钻头”复合钻井技术均能提高该地区的机械钻速和单只钻头进尺,但“PDC钻头+螺杆”复合钻井技术只适用于该地区的上沙溪庙组地层,“高速涡轮钻具+孕镶金刚石钻头”复合钻井技术适用于须家河组地层。复合钻井技术的成功应用为高研磨性的元坝地区陆相地层提速提供了一种有效的技术手段。      

颗粒冲击钻井技术替代常规岩屑钻井技术

30年来,钻头制造公司和服务公司一直致力于攻克更快速打钻坚硬岩石方面的技术,针对牙轮钻头、聚晶金刚石复合片钻头、潜铸式金刚石钻头等项技术开展的研究取得了许多进展,但钻头钻穿速度的提高还主要依赖于较大外加载荷、较高的扭矩和旋转速度.然而较大外加载荷和较高的扭矩和旋转速度都会缩短钻头的寿命,因此需要更多的打捞工具打捞磨钝钻头,而且还易造成井斜问题.一旦产生上述问题,便要花费大量人力和物力去修正.     

涡轮钻井技术在元坝等重点区块的应用

针对高研磨性坚硬地层机械钻速慢的难题,中国石化近年来引进了“孕镶金刚石钻头+涡轮钻具”复合钻井技术,取得了较好的应用效果,同时也暴露出一些问题。为全面准确掌握涡轮钻井技术在油田现场的应用情况,对涡轮钻井技术在元坝、川西和巴麦地区的应用情况进行了统计分析,并对其在现场应用过程中存在的问题进行了总结。结果表明:元坝、川西和巴麦地区应用 “孕镶金刚石钻头+涡轮钻具”复合钻井技术后,平均机械钻速同比提高了102.74%,128.24%和115.38%,钻井提速效果明显;元坝地区采用“孕镶金刚石钻头+涡轮”复合钻井技术钻进自流井组地层取得了直接经济效益,而在钻进该地区其他地层和其他区块还没有取得直接经济效益;涡轮钻井技术现场应用中主要存在部分井的机泵条件达不到涡轮钻具高压降要求、与涡轮钻具配套的钻头选择不尽合理以及卡钻等复杂情况时有发生等问题。      

一种切削-研磨型孕镶金刚石钻头的研制及应用

准噶尔盆地火成岩地层钻进过程中机械钻速低,钻井周期长,严重影响了石炭系目的层的勘探开发进程。为此,采用高强度、超耐磨的PDC型金刚石孕镶块作为主要破岩元件,研制了一种新型切削-研磨型孕镶金刚石钻头。该钻头综合了孕镶钻头和PDC钻头的技术优势,增强了钻头对地层的适应性。现场试验结果表明,新型钻头的平均机械钻速0.71 m/h,单只钻头进尺86.5 m,与高效牙轮钻头相比,平均机械钻速提高约20%,单只钻头进尺增加约302%。该钻头为今后准噶尔盆地火成岩地层的优质快速钻井提供了一种有效的技术手段。     

元坝124井超深井钻井提速配套技术

元坝124井是元坝地区的一口重点探井。由于元坝地区陆相地层石英含量高、研磨性强、可钻性差,导致单只钻头进尺少,机械钻速低,钻井成本高。为此,首先评价了元坝地区前期的钻井提速技术:气体钻井技术、“孕镶金刚石钻头+涡轮钻具”复合钻井技术、控压钻井技术和“PDC钻头+螺杆钻具”复合钻井技术。并在此基础上,根据元坝124井所要钻遇地层的特征,制定了该井的钻井提速配套技术方案:一开采用气体钻井技术,二开采用“孕镶金刚石钻头+涡轮钻具”复合钻井技术,三开采用“PDC钻头+螺杆钻具”复合钻井技术。实钻表明,该钻井提速配套技术方案可行,能够大幅提高机械钻速,缩短钻井周期。该井平均机械钻速2.80 m/h,钻井周期253.84 d,是目前元坝地区钻井周期最短的一口井。      

混合型金刚石烧结体取心钻头的研制及应用

针对三角形金刚石烧结体取心钻头在中—中硬非均质地层钻进时切削齿易碎断的问题，采用以三角形金刚石烧结体和圆锥形金刚石烧结体表镶而成的混合切削结构取心钻头，可减少或避免上述弊端。在胜利、吉林、四川、新疆等油田的现场应用表明，该钻头有较大的适用范围。     

新型孕镶金刚石钻头研制及试验

PDC钻头不适用于深部砂泥岩互层,而采用牙轮钻头钻进该类地层,存在钻头寿命短、进尺少、机械钻速低等问题,为解决该问题,研制了新型孕镶金刚石钻头。首先通过钻进试验,确定金刚石浓度为80%。该金刚石由40/45目和70/80目两种粒度组成,两种粒度的金刚石分别占金刚石总量的65%和35%,其中40/45目金刚石起提高机械钻速的作用,70/80目金刚石起增强耐磨性、延长钻头寿命的作用。接着通过测试不同配方基体的力学性能,优选出了碳化钨含量24%、其他骨架料22%、粘接剂54%的D-6号基体配方。最后设计了"B"形冠部、140°内锥角、20°后倾角、心部7颗φ16.0 mm优质PDC复合片防掏心结构的新型孕镶金刚石钻头。该钻头在元坝气田进行了试验,结果表明,在相同井段单只钻头的进尺与其他钻头相比平均增加了484.7%,机械钻速平均提高了150.8%。这表明,新型孕镶金刚石钻头为深部砂泥岩互层提供了一种新的高效破岩工具。      

可伸缩式PDC-孕镶金刚石耦合仿生智能钻头的破岩仿真

针对钻井过程中岩性识别困难、PDC钻头磨损严重、孕镶金刚石钻头破岩效率低和钻头泥包等问题,采用BP神经网络学习算法建立了岩性识别模型,并设计了一种新型可伸缩式PDC-孕镶金刚石耦合仿生智能钻头,分别在软件Matlab和ABAQUS上进行了岩性识别仿真和破岩仿真。仿真结果表明:BP神经网络模型对岩性的识别精度非常高,有利于合理选择钻头类型、及时调整钻井参数和提高钻井效率;仿生智能钻头作用于岩石表面的应力远大于常规钻头,使岩石更易达到破碎极限,从而提高钻头钻速。本设计集智能岩性识别、高破岩效率、自再生功能、防泥包功能于一体,为我国石油钻头的设计提供了一种新思路,具有重要意义。     

基于机械比能理论的钻头磨损监测新方法

现有基于机械比能理论的钻头磨损监测方法,都是通过机械比能趋势线对钻头钝化趋势作定性分析,没有一种定量计算钻头磨损等级的有效方法。在前人研究成果的基础上,选取合理机械比能模型,通过优化钻头扭矩回归数据对其进行了优化;综合考虑钻头设计参数、切削结构、钻井参数及钻头磨损等的影响,选取了合适的牙轮钻头和PDC钻头钻速方程,提出了一种定量计算与定性分析相结合的钻头磨损监测新方法。该方法充分考虑了钻速、钻压、转速、扭矩以及钻头设计参数等因素,采用钻速方程和测录井数据计算机械比能、岩石抗压强度和钻头磨损等级分级系数。该方法在南海油田宝岛区块A井、准噶尔盆地风城区块B井、吐哈油田某区块C井等的多个井段进行了PDC钻头和牙轮钻头的磨损监测,结果表明,较之钻头磨损实测数据,PDC钻头的平均相对误差为9.87%,牙轮钻头为21.15%,即新方法能有效监测钻头磨损情况且更适用于PDC钻头。      

PDC钻头在胜利油田深井钻井中的应用

胜利油田为提高深井钻井速度，试验应用了PDC钻头，结果表明，深井钻井应用PDC钻头可大幅度提高机械钻速，缩短建井周期，降低钻井成本，经济效益明显。通过大量的现场试验，扩大了PDC钻头在胜利油田的使用范围，并取得很好的效果，初步形成了PDC钻头推广应用区域模式。详细介绍了胜利油田不适用PDC钻头钻进的地层岩性，给出了钻头选型及钻井参数选择原则，并对应用效果进行了分析。     

脉动式扭转冲击钻井工具工作特性分析与测试

为抑制PDC钻头钻进硬地层时的粘滑振动,设计了一种可以为PDC钻头提供周向冲击载荷的脉动式扭转冲击钻井工具,并在介绍其结构设计和分析其工作原理的基础上,建立了计算其周向扭矩、直井工况下冲击功的数学模型,通过算例分析了其工作特性。分析结果表明:脉动式扭转冲击钻井工具的周向扭矩随排量增大而增大,随节流喷嘴直径增大而减小;在直井中的冲击功随钻柱扭矩和扭转角度增加而增大,随钻压增大而减小。脉动式扭转冲击钻井工具样机性能室内测试结果表明,该钻井工具能实现高频扭转冲击,且其工作频率、周向腔体压差和周向扭矩均随排量增大而增大。研究和测试结果表明,脉动式扭转冲击钻井工具的结构设计合理,能够为PDC钻头提供周期性扭转冲击载荷,抑制PDC钻头的粘滑振动。      

积木式组合涡轮钻具试验研究

针对涡轮钻具转速高、扭矩小、型号单一、结构复杂、维修麻烦,与我国的钻头发展水平不相适应的问题,开展了积木式组合涡轮钻具试验研究。分析了积木式组合涡轮钻具的理论特性,理论上认为积木式组合涡轮钻具的输出特性是单级涡轮定转子叶片输出特性的叠加。在不增加现有涡轮钻具定转子类型的基础上实现了同一尺寸系列转速的连续化设计。试验结果表明,积木式组合涡轮钻具的输出扭矩、功率、压降与效率的理论计算值与试验值吻合,输出扭矩与压降符合叠加原理;现场应用表明,积木式组合涡轮钻具能满足钻井现场各类钻头的需要,与牙轮钻头、PDC钻头和金刚石钻头匹配使用,平均钻速提高了43%～473%。     

人工神经网络在大庆深井钻头优选中的应用

针对大庆地区深井地层硬、温度高、倾角大等特点,将对深井钻速影响较大的12个因素作为输入层神经元,建立了人工神经网络优选钻头方法。该方法将钻头优选的定量方法和定性方法相结合,使钻头优选结果更加可靠。针对侏罗系地层高硬度、强研磨性等特点,研究并试验了几种特殊类型的钻头。根据对新型钻头钻井结果及以往大庆深井钻井所用钻头数据的统计分析,建立了大庆地区钻头应用情况数据库。在此基础上,应用人工神经网络法对大庆油田深井使用的钻头进行了优选,在大庆2口深井进行的现场试验表明,钻井速度提高了20%以上。     

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。