81／2XHP2S—1和81／2HP2型牙轮钻头传动比及机械钻速的试验研究

介绍了在室内钻头试验台架上用资中砂岩和嘉一灰岩对８１／２ＸＨＰ２Ｓ—１型和８／２ＨＰ２型三牙轮钻头所进行的大量试验。试验中，通过数据采集和数据处理系统测出了这两种钻头钻进时的钻压、扭矩、传动比和机械钻速。试验结果表明，钻头的机械钻速与传动比、齿面结构、岩石性质及钻井参数有密切的关联，为改进这两种钻头的设计提供了重要依据。     

确定同步式扩眼器临界钻压的一种数学方法

通过对同步式扩眼器机械钻速y与钻压x试验数据进行数理统计分析，给出了建立钻速与井底钻压之间的一元多次正交多项式回归方程和对回归系数的显著性进行F检验的方法。然后根据回归曲线变化特征，提出了曲线斜率变化率极值点即为该种扩眼器的最小可工作钻压临界点，并求得在一定置信水平下临界点的置信区间。为该类扩眼工具最佳工作钻压的确定提供了一种较为实用的数学处理方法。     

国产PDC钻头在卡塔尔的应用

在卡塔尔Dukhan油田，φ2l5．9mmP074MD型PDC钻头是目前使用效果最好的钻头种类之一，综合性能指标优于Smith M16型PDC钻头，实现了1只钻头1次下钻完成整个φ2l5．9mm立井段和增斜段的钻井。文章主要介绍了φ2l5．9mmP074MD型PDC钻头的结构特征和使用情况。     

压差对PDC钻头钻速影响规律的研究

利用华北油田岔河集地区大量的PDC钻头实钻数据,对压差与PDC钻头钻速间的相关关系进行了统计分析。结果表明,随压差增大,PDC钻头钻速相应降低。与牙轮钻头相比,尽管PDC钻头钻速下降百分比较低,但由于PDC钻头钻速相当于牙轮钻头的2~4倍,因此,PDC钻头钻速下降的绝对值远大于牙轮钻头。     

井底钻压扭矩传感器设计与分析

井底钻压扭矩参数的测量在钻井过程中十分重要。在分析靠近钻头处测量短节受力的基础上,应用应变原理建立了钻压、扭矩测量模型,得出钻井液压力对钻压测量产生的影响较大。在测量短节上增加1个压力传感器测量钻井液压力,通过数据处理可以消除钻井液压力对测量产生的影响。该方法能较好地实现井底钻压扭矩的测量。     

钻井机器人的连续油管钻压和钻速控制模型

连续油管钻井机器人利用机身内外的钻井液压力差作为动力源,可在牵引连续油管的同时加载钻压。以钻井机器人为基础,建立连续油管钻柱动力学模型,并推导出通过钻井液排量控制钻压和钻速的单参数控制数学模型;对钻井机器人引入调速回路,建立具有调速功能的钻柱动力学模型;在溢流阀调定压力大于机身内外压差时,推导出利用钻井液排量和节流阀流通面积两种参数控制钻压、钻速的数学模型,在溢流阀调定压力小于机身内外压差时,推导出利用钻井液排量、节流阀流通面积和溢流阀调定压力3种参数控制钻压、钻速的数学模型;以11.43 cm（4.5英寸）井眼为例,对上述3种数学模型进行了分析。分析结果表明：钻压、钻速随钻井液排量的增加基本呈线性增加,在钻井液排量大于0.005 m³/s时,钻井机器人能够向前爬行,在钻井液排量大于0.005 7 m³/s时,钻头能够正常钻进;调节节流阀流通面积和溢流阀调定压力,可以在一定范围内无级调钻压和钻速;3种控制方法相结合,可以实现小排量、大钻压,及大排量、小钻压等钻井参数的控制。以控制模型为基础,针对不同井下工况建立钻进工艺的专家数据库,以钻井机器人为\"大脑\",结合井下随钻测量数据就能够实现闭环控制,自动钻进。     

随钻扩眼工具钻压分配比的计算方法及对钻速的影响

为了研究随钻扩眼工具在钻井过程中的破岩特性,更好地发挥其在钻井过程中的优点,建立了随钻扩眼工具井底钻压的计算模型。依据岩石破坏的应变能密度基本原理,推导出了阶梯效应指数计算表达式,并得出了用阶梯效应指数与井眼几何参数为变量的阶梯井眼的钻压分配比计算方法,并分别进行了理论和实例分析研究。理论分析结果表明,随钻扩眼形成的阶梯式井底岩石要比领眼井底岩石接近屈服状态,岩石更容易破碎。实例分析也表明,随钻扩眼工具比相同尺寸钻头的钻具有更好的快速钻井效果,验证了理论计算结果的正确性。     

川西须家河组地层PDC钻头结构参数优化及选型

川西深层须家河组气藏主力储层埋藏深、地质条件复杂,尤其是其地层硬度高、可钻性差,致使钻头选型困难,机械钻速低。为提高须家河组地层机械钻速,针对地层岩性特征,利用ABAQUS软件建立了切削齿破岩有限元模型,结合钻头设计理论优化了PDC钻头结构参数,确定出了适合须家河组地层的钻头冠部轮廓、切削齿、刀翼数和保径特征等主要结构参数,提出了PDC钻头选型的关键特征。在此基础上,优选出了9个型号PDC钻头,形成了须家河组地层钻头系列化选型方案:须5段-须3段地层宜选用攻击性强同时具有较强抗研磨性和抗冲击性的PDC钻头,须2段地层宜选用高抗研磨性兼顾吃入能力和抗冲击性的混合布齿钻头。现场应用表明,42只优选钻头平均进尺增加27.57%,钻速提高40.19%,实现了须家河组地层钻井提速新突破。      

单牙轮钻头传动比测试与分析

单牙轮钻头的牙轮转速与钻头转速之比（传动比）是研究和设计钻头的重要参数。笔者在钻头试验台架上测试了单牙轮钻头的传动比。为了解不同轴倾角β对传动比的影响，分别设计了具有１５°、３０°和４５°轴倾角的牙爪，并作了测试与分析，获得了单牙轮钻头传动比的一些规律。由实验获知，轴倾角β和岩石性质等对传动比均有影响，还证实了单牙轮钻头传动比ｉ始终小于１，此特点为研制与井下动力钻具相匹配的钻头提供了新的途径。     

新型刮刀钻头的设计及现场试验研究

在理论分析的基础上，综合PDC钻头和刮刀钻头的优点，设计了一种新型的刮刀钻头，并进行了现场试验。现场试验结果表明，该钻头运转平稳，采用低钻压、高转速，钻进速度快，井眼规则通畅，有较明显的防斜作用，该种钻头的推广应用对提高钻井工程的整体效益具有十分重要的意义。     

Z_（34）－8120型三角聚晶金刚石取心钻头

在分析国内外三角聚晶金刚石取心钻头制造工艺和使用情况的基础上，提出了以整体压制石墨阴模制造三角聚晶金刚石取心钻头的新方法，并采用带负前角的三角聚晶金刚石。这种新型取心钻头特别适用于中到中硬塑脆性地层的取心钻进，单只钻头最高进尺达１１５．７１ｍ（机械钻速１．４５ｍ／ｈ），创国内同类取心钻头单只进尺的最高纪录。     

提高小井眼钻井速度研究

小井眼与常规井眼的钻井工艺有较大差异,提高小井眼钻井速度有很大的实际意义。通过对小尺寸动力钻具局限性的研究,对小井眼钻具组合进行了优选,并且考虑小井眼的工作特点,为了使小井眼钻井钻头在井底达到最佳工作状态,通过理论计算,确定最优钻井参数,以达到机械钻速最佳。     

PDC钻头在大牛地气田DK6井钻井中的应用

为适应鄂尔多斯盆地大牛地气田地层复杂、夹层多、地层硬的特点，胜利油田研制开发了P274MF和P156M型PDC钻头。在DK6井的应用表明．该PDC钻头大大提高了钻井速度．该井提前8．02d完钻，比此前同地区最快的DK5井钻井周期缩短了29．15％，取得了显著的社会经济效益。     

Z_（34）－8120型三角聚晶金刚石取心钻头

在分析国内外三角聚晶金刚石取心钻头制造工艺和使用情况的基础上，提出了以整体压制石墨阴模制造三角聚晶金刚石取心钻头的新方法，并采用带负前角的三角聚晶金刚石。这种新型取心钻头特别适用于中到中硬塑脆性地层的取心钻进，单只钻头最高进尺达１１５．７１ｍ（机械钻速１．４５ｍ／ｈ），创国内同类取心钻头单只进尺的最高纪录。     

直井防斜原理综述

从以鲁宾斯基钻柱静力屈曲为基础的传统防斜原理出发,探讨了国内外新近发展与应用的高效防科钻具组合、大钻压、定向冲洗井底防斜的方法和原理。这些技术丰富和发展了井斜控制理论,有利于指导钻井实践。     

PDC扩眼钻头的研制与试验

为了提高深井、超深井上部大尺寸井眼的钻井速度,常采用小钻头先钻一个井眼后再下入扩眼钻头扩眼的办法,由于改进牙轮钻头的难度较大。而PDC钻头在钻进软到中硬地层时具有钻速高、寿命长的特点,为此,在对深井大尺寸井眼的钻井特点、先钻后扩的破岩机理进行研究的基础上,研制了新型PDC扩眼钻头——PD6352SF- 311．1×444．5扩眼钻头。该扩眼钻头在DB1井φ444．5 mm井眼的平均机械钻速为21．68 m／h,与邻井莱深1井和郝科1井相比,分别提高了5．2％和38．0％,而且钻头起出后新度达80％,还可继续使用,从而进一步降低了钻井成本。     

三牙轮三喷嘴钻头井底射流辅助破岩机理分析

由于井底射流辅助破岩的复杂性,其室内模拟试验和理论分析均有较大难度,所获得的结论多以经验性的、定性的解释为主,还未能建立能用于实际的、确定有效的理论。为此,采用有限元方法模拟分析了三牙轮三喷嘴钻头井底射流流场,结合井底岩石应力状态和岩屑启动机制的分析,探索了井底射流辅助破岩的机理。研究结果表明,三牙轮钻头三个喷嘴直径的不同,致使井底流场高压区和低压区并存,钻头旋转,带动流场局部低压区周期性地覆盖井底,使得岩石破碎强度和岩屑启动的难度降低,钻头的破岩钻进效率提高。喷嘴间直径差别的增大,使得井底流场高压区和低压区之间的压差增大,钻井机械钻速提高。研究结果与现场试验结论一致。     

定向随钻扩孔钻压分配及优化

深井大斜度井扩孔难题一直没得到较好解决,传统的方法是采用液力扩眼工具进行钻后扩孔。然而,钻后扩孔实践表明,随着井斜增加,钻后扩孔难度增大,钻后扩孔在定向井中一般在32°以内。为此,引进了53/4 in×51/2 in×43/4 in CSDR5211S-B2定向随钻扩孔钻头。扩孔钻头钻压分配关系对工具面稳定和机械钻速具有重要影响。介绍了定向随钻扩孔钻头特性,分析了钻压分配关系,并对钻压分配进行优化。优化后的钻压应用于塔河油田TH10410CH2井定向随钻扩孔试验。应用结果表明,根据扩孔钻头偏心部分所要求钻压,计算出定向随钻扩孔钻头施工最大钻压不超过40 kN;在20～40 kN钻压工况下,定向随钻扩孔钻进过程中无憋跳现象、工具面平稳、井眼轨迹平滑、机械钻速高,说明该井优化的钻压合理。     

几何因素对牙轮钻头传动比的影响

在模拟钻井工况下，对由三排齿圈组成的实验牙轮，采用正交实验方法研究齿圈位置、各圈齿数和牙轮移轴距等诸因素对牙轮钻头传动比i值（牙轮转速／钻头转速）的影响。经分析得出：无齿（实际上相当于齿数为无穷大的极限情况）牙轮钻头的传动比是牙轮钻头传动比的最大值。随着牙轮各齿圈齿数的减少，i值下降，其中最外圈齿数影响最大，第二圈次之，第三圈齿数影响很小。当钻头基值和牙轮外形一定时，随着主锥上的齿圈向副锥上的齿圈靠近，i值下降；随着移轴距增大，i值增加。     

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。