Halliburton公司的能量平衡牙轮钻头

Ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ公司的能量平衡系列牙轮钻头采用了动态平衡、牙轮定位和防钻头齿痕设计等 3项专利技术。通过专用软件优化设计牙轮钻头来提高钻井性能 ,减小牙轮钻头齿及齿面与岩层接触时的振动。平衡技术是用来提高聚晶金刚石复合片 (ＰＤＣ)钻头的可靠性和工作性能的 ,这项技术使 3个牙轮具有接近平衡的工况 ,即每个牙轮切削的岩层量相近 ,施加在每个牙轮上的力近似相等。钻头通过一个牙轮定位系统优化定位牙轮来提高钻井速度 ,减少钻头齿及齿面的损坏。安全的ＤＢＳ计算机钻井模拟系统可确定牙轮切削岩层的方向 ,操作者可通过牙…     

一种可钻磨蚀地层的PDC钻头

美国Hughes Christenseli公司研制成功了一种Genesis XT聚晶金刚石复合片，它可扩大PDC钻头的应用范围。该钻头采用新研制成功的新一代牙轮和切削深度控制技术，提高了钻头的使用稳定性和耐久性。其Zenith系列牙轮对碳化钨基质和人造金刚石平面相互作用的优化，提高了牙轮的韧性。另外，平面金刚石的最新发明，还可使钻头具有卓越的抗磨性。EZSteer切削深度控制技术也可用于常规的稳定钻井。     

脊形金刚石元件钻头技术研究与应用

针对圆柱形PDC切削齿易热磨损、撞击损坏、形成泥包及锥形切削齿需要较大钻压的问题,研究了脊形金刚石元件钻头技术。该技术将Axe*脊形金刚石元件集成到PDC钻头上,当Axe*脊形金刚石元件与岩石接触时,脊形金刚石层施加集中载荷在尖端周围,其产生的应力远大于传统PDC切削齿产生的应力,不仅剪切而且压碎岩石,脊形金刚石层周围的钻井液易于接近并冷却切削齿,从而延长切削齿寿命。现场应用结果表明:与传统PDC切削齿钻头相比,AxeBlade*钻头的使用寿命大大延长,可提高单只钻头的钻进进尺和机械钻速,减少起下钻更换钻头次数,缩短钻机运行时间,显著提高钻井效率。最后提出以下发展建议:充分利用脊形金刚石元件的超耐磨性、岩屑分散性和散热性,研发适合某一特定地层岩石的个性化钻头;开展脊形金刚石元件PDC钻头的研发,以适应超硬和超研磨性地层。研究结果可为深水钻井、超深井钻井和干热岩钻井奠定一定的技术基础。     

专用优质PDC钻头

美国Hughes Christensen公司研制成功的专用优质PDC钻头，采用新型的高冲击和耐磨牙轮与特殊钻头结构设计，可适用于特殊井况。目前该公司已开发出一组具有高耐磨性、适用于恶劣环境的牙轮。该钻头在极端磨损条件下使用时，可极大地延长牙轮使用期限并保证切削刃的完整性，从而延长钻头的使用寿命。     

带有效PDC切削齿的牙轮钻头提高了背锥保持能力

已经研制出一种将滚动牙轮钻头的常规钻进机理与聚晶金刚石切削元件修整背锥的剪切运动结合起来的、并已获专利的滚动牙轮钻头。介绍这种钻头的设计特点，演示剪切运动的实验室试验，以及带剪切ＰＤＣ背锥元件的钻头的井场研究成果。     

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。     

小井眼PDC钻头的自平衡抗回旋技术

针对小井眼PDC钻头的实际工作条件,提出了在小井眼钻井中具有普遍意义的PDC钻头的横向力自平衡抗回旋技术.分析了钻头的受力状态与钻头回旋运动之间的关系,并对自平衡抗回旋技术的基本原理、设计方法和技术准则作了阐述.将该技术应用到小尺寸PDC钻头设计中,开发出可在直井、定向井以及水平井等各种小井眼钻井中使用的新型直径为114mmPDC钻头.简要介绍了该钻头的设计原理、结构特点和重要的技术参数.小井眼PDC钻头在大港油田直径为140mm套管开窗侧钻井的钻井工程中取得了良好的技术效益和经济效益.磨损分析结果表明,切削齿磨损速率低,磨损量均衡,聚晶金刚石层未见明显的脆性崩裂,具有良好的抗回旋性能.     

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。     

一种新型能量平衡牙轮钻头

为了提高牙轮钻头的耐磨性和钻井效率，减少钻头切削结构的早期损坏，延长钻头使用寿命，哈里伯顿公司研制了一种新型能量平衡牙轮钻头。     

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。     

特种孕镶块加强PDC钻头的研制与试验

为提高PDC钻头在研磨性硬地层中的机械钻速、延长钻头寿命,研制了特种孕镶块加强PDC钻头.该钻头以PDC切削齿为主切削元件,天然金刚石孕镶块为副切削元件,既具有常规PDC钻头破岩效率较高的特点,又具有孕镶金刚石钻头在研磨性硬地层寿命长的特点.在钻头开始工作时,主要为PDC切削齿"犁切"式破岩,当PDC切削齿磨损到一定程度后,天然金刚石开始磨削岩石,形成"犁沟",有助于 PDC切削齿吃入并切削岩石.该钻头在东北金山气田金古 1-1HF 水平井基底花岗岩硬地层进行了现场试验,平均机械钻速达到4.46 m/h,是同井同地层常规PDC钻头机械钻速的1.5倍,是2口邻井同井段牙轮钻头和常规PDC钻头机械钻速的2倍以上,其使用寿命也达到2口邻井同井段牙轮钻头和常规PDC钻头的2倍以上,取得了良好的现场应用效果.特种孕镶块加强PDC钻头的成功研制,为钻进强研磨性硬地层提供了一种新的高效破岩工具.      

金刚石钻头与牙轮钻头钻井特点对比分析

金刚石钻头与牙轮钻头在钻井中各自有着重要作用,两种钻头由于结构不同,其破岩机理、钻进特点、使用条件均不同。牙轮钻头主要靠敲击、压碎破岩、辅以剪切破岩;金刚石钻头主要靠剪切、切削破岩、辅以压碎破岩。金刚石钻头的钻压小、转速高、排量小,有利于纠斜防斜,可在高密度钻井液条件下使用,但它不能有效地钻进含燧石、黄铁矿和硅质的不均质坚硬地层。所以,在钻井中,应根据两种钻头各自的特点,采用“衔接使用法”将两种钻头配合使用,使其发挥最佳破岩效果。     

能量平衡牙轮钻头的钻井特性

一种新一代的能量平衡牙轮钻头业已研制推出 ,这种新型能量平衡牙轮钻头的设计与制造采用了 3种专利技术 ,即钻头齿面结构动态平衡技术、钻齿方位优化技术和抗弧形轨迹技术。现场试验结果表明 ,新型能量平衡牙轮钻头可提高钻井作业的机械钻速与钻井进尺 ,提高钻头齿面结构的耐久性和密封 /轴承组件的可靠性     

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。     

南海文昌区块深部地层旋转切削齿PDC钻头提速技术

针对南海西部海域文昌区块深部地层常规固定齿PDC钻头磨损严重、机械钻速较低的问题,研究了旋转切削齿PDC钻头提速技术。分析了文昌区块深部地层的钻井难点,基于地层和钻头磨损特征分析结果,用旋转切削齿代替常规PDC钻头肩部高磨蚀区的固定切削齿,并优化布齿,形成了适用于文昌区块深部地层的旋转切削齿PDC钻头,并在文昌区块3口探井进行了应用,结果表明,该钻头提速效果明显、单只钻头进尺长且出井钻头磨损评价良好。研究认为,旋转切削齿PDC钻头兼具攻击性和耐磨性,可有效提高南海西部海域文昌区块深部地层的机械钻速,建议在该区块和类似强研磨性地层推广应用。      

国外一种新的金刚石切削元件及其在钻头上的试验研究

由通用电气公司特殊材料研究部研制的一种新的金刚石切削元件———一种商品名为STRATAPOX的人造金刚石钻坯(也称为COMPAX钻坯的)——以及用该元件制作的钻头,经过七三年至七五年这三年的实验室和矿场试验,己推荐用于钻进软到中硬的油气田地层。它比普通的金刚石钻头和牙轮钻头的钻速快、寿命长;对于属于该岩层     

单牙轮钻头的发展前景研究

分析单牙轮钻头的优越性，解决目前钻业面临的问题，方法研究了单牙轮钻头的侧切削特性，单牙轮钻头和弹塑性地层的相互作用及单牙轮钻头的热应力分布，分析了钻头结构，地层岩石特性及钻井工艺参数等因素对单牙轮钻头性能的影响。     

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。      

为牙轮钻头安上“金钟罩”

为满足用户的具体需求，美国瓦瑞尔国际公司在其牙轮钻头系列产品上应用了金刚石保护技术。 这种技术是在钻头制造过程中将齿顶敷有金刚石层的钻头镶齿布置到牙轮钻头的背锥和外齿排中以及牙掌尖的前导边缘，以加强在研磨性地层中钻进时对钻头的保护。这种钻头推荐用于井下马达钻井、定向钻井以及旋转可导向钻井作业中，特别是在诸如砂岩、粉砂岩、花岗岩和石灰岩等研磨性地层中使用这种钻头可获得良好的钻井效果。     

牙轮钻头侧向切削的计算机仿真

系统地分析了牙轮钻头与井壁相互作用过程,建立了牙轮钻头运动仿真模型。对钻头的横向运动,井壁模式的形成和发展过程进行了详细的分析;探讨了牙轮钻头侧向切削机理;建立了描述牙轮钻头侧向切削过程的仿真模型和计算机仿真程序。 采用该程序可以对不同结构的钻头在不同钻井条件下,钻头的侧向切削能力、井眼偏移程度和井眼轨迹作出相应比较和判定。