北部湾PDC钻头高效钻进及配套技术浅析

从北部湾地区PDC钻头高使用率的实际情况出发,结合该地区的地层特征及钻头使用情况,总结分析了PDC钻头在钻头选型、使用中异常工况的判断以及配套技术等方面应用的成功与不足,提出PDC钻头高效钻进还应在黑灰色碳质泥岩加强钻头选型,在浅部大倾角、塑性泥岩地层配合弯角马达钻进,目的层段根据裸眼段长度合理选择弯角马达或PowerDrive动力导向系统,以及加强PDC钻头异常工况的预防和处理等措施,从而真正发挥PDC钻头高效钻进作用,实现进一步降本增效的目标。     

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.      

PDC钻头钻复合地层技术在旅大油田的应用

PDC钻头已经成为渤海湾优质高效钻井的一个重要手段。旅大油田由于地层均质性差，馆陶组地层的底砾岩对钻头破坏异常严重，需要对PDC钻头进行一系列的改进和处理。主要从布齿设计、PDC钻头切削件的优化、动态稳定性的改进以及合理钻井参数的选择等方面阐述了对PDC钻头机械钻速和使用寿命的影响，介绍了对PDC钻头的管理，分析了其经济效益。     

国内外PDC钻头新进展与发展趋势展望

PDC钻头近年来发展迅速。为了能够及时掌握PDC钻头的最新进展,系统梳理了国内外油气井用PDC钻头新进展,介绍了中国石油在新型钻头研发与应用方面的工作,进一步阐述了国内PDC钻头研发面临的形势与挑战,展望了油气井用PDC钻头发展新趋势。研究结果表明：在油气资源勘探向着万米深层进军的大背景下,仍然面临地层可钻性差导致钻头破岩效率低、砾石层引起钻头振动先期损坏、大尺寸井眼钻井周期长等严峻挑战,技术与材料革新型高效钻头、混合式钻头、自适应钻头等能够明显提高钻进效率延长钻头寿命;智慧钻头所能提供的丰富井下数据能够提高对于深部破岩机理、岩石物性的认知,对于进一步优化钻头结构、识别可能存在的油气储层等具有重要的意义。应积极借鉴和移植这些成果,尽早研发出适用于深部油气勘探或深地科学钻探等领域的高端耐用钻头。研究结果可为高端PDC钻头国产化、系列化工作和相关从业人员提供借鉴。     

PDC钻头新进展及发展思考

为了提高钻井破岩效率和延长钻头使用寿命,减少起下钻次数,缩短钻井周期,降低钻井作业成本,国外近年研发了一系列新型PDC钻头。分析了全球PDC钻头市场发展趋势,总结了PDC钻头新进展及现场应用情况,包括基于加工制造的新型PDC钻头、基于切削齿形状设计的新型PDC钻头、基于切削齿布齿的PDC钻头、复合PDC钻头、用于页岩储层的定向PDC钻头以及用于地质评价的微芯PDC钻头。结合我国PDC钻头技术现状,提出了我国PDC钻头需要对破岩机理、高温耐磨材料、加工制造工艺、切削齿形状、结构和个性化钻头等方面开展攻关研究。同时指出,及时了解和掌握国外PDC钻头技术的最新进展,对优化我国PDC钻头技术的发展规划和科研方向,以及加快PDC钻头的研发具有重要意义。     

参数化分析优选PDC钻头

PDC钻头的优选方法很多,但是都有待进一步完善。文中提出了一种参数化分析优选PDC钻头的方法,可以在现场结合钻头使用情况,分析PDC钻头的具体结构对钻头整体性能的影响,进一步提出钻头的优选方向和改进措施,是对现有PDC钻头优选方法的有效补充。通过建立相应的PDC钻头数据库,能够极大地提高对PDC钻头的认识,从而能够有针对性地改善PDC钻头的结构,更好地优选、制造PDC钻头。     

新型PDC钻头概述

<正> 70年代初美国人发明了PDC钻头。在世界范围内得到了普遍应用。PDC钻头在软到中硬地层中具有机械钻速快、寿命长、钻进平稳等优点。为扩大PDC钻头的使用范围,使之能有效地钻穿硬夹层或较硬的地层,提高钻头在复杂地层内的钻进效率,世界各大钻头厂家又相继研制出了新型PDC钻头。Christensen公司研制的Mosaic、Hycalog公司研制的Hybrid和DBS公司研制的PD型和TD型等新型PDC钻头,大大提高了PDC钻头的抗冲击能力、抗冲蚀性     

川东北海相地层PDC钻头优化设计及应用

针对川东北地区海相地层钻井速度慢、周期长等问题,采用室内试验、统计分析与理论研究相结合的方法,对海相地层抗钻特性进行分析,对高效破岩工具进行了优化设计,优选出适合海相地层PDC钻头的切削齿尺寸和后倾角。从剖面形状设计、布齿设计、力平衡设计和水力设计等方面对PDC钻头进行优化设计,研制出适合川东北海相地层高效钻进的个性化PDC钻头。现场应用结果表明,研制的P613MRR型PDC钻头能够大幅度提高机械钻速和钻头进尺,降低钻井成本,为海相地层的高效开发提供有力保障。     

推广使用PDC钻头

本文介绍PDC钻头几年来在我国使用情况及PDC钻头结构特点,同时分析了PDC钻头在我国深井钻井中的经济效益。最后提出PDC钻头钻井措施及今后在国内推广使用的几点意见。     

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。     

四川油气田PDC钻头应用新进展

近年来,随着PDC钻头技术的快速发展,特别是针对四川盆地复杂地层岩性条件开展的特殊PDC钻头开发与应用研究取得一系列重大突破,PDC钻头在四川油气田的应用越来越广泛,对钻井提速发挥了非常重要的作用,技术经济效益十分显著.2010年PDC钻头在四川油气田钻井总进尺中的比例已达到56.93％,取代了牙轮钻头长期占据的主导地位,2012年,在四川油气田钻井总进尺中PDC钻头的进尺比已超过70％.     

关于建立全面钻进的PDC钻头系列问题

从统计分析比较当前世界上145种PDC钻头适用岩石的性能特征出发,与适用该地层的牙轮钻头相比较,得出在各种地层中这些PDC钻头的国际上通常设计特征。并以此为依据,提出建立全面钻进PDC钻头的基本系列拟应以适应地层为特征的分类主体,并形成钻头分类与钻头设计结构特征之间的关系,再将钻头型式划分与钻头基本外径系列相结合,就可以建立整个全面钻进PDC钻头的族谱,或完整的尺寸型号系列。     

PDC钻头在苏里格气田东区的应用

在苏里格气田东区开发中要始终坚持低成本开发的指导思想下,以PDC钻头应用及优化钻井参数技术为核心大幅度降低了钻井成本,成为苏里格气田控制投资的关键技术之一。文章通过对PDC钻头及优化参数与该区块地层情况相结合而总结了优选PDC钻头技术。通过PDC钻头的应用,真正实现了"优质、安全、高效、低耗"的钻井施工目的,必将推动苏里格气田东区的快速发展。     

初探PDC钻头水力参数选择

作者在大庆、华北等油田参加过PDC钻头试用工作。本文对试用中PDC钻头所产生的冲蚀现象进行了详细的分析,认为PDC钻头不能沿用喷射钻井的水力参数,不能用类同于牙轮钻头的钻进参数。在分析的基础上,提出了PDC钻头水力参数选择的基本原则。     

PDC钻头在克拉玛依油田七中区的推广应用

结合克拉玛依油田七中区钻井实际情况,以现场应用PDC钻头钻井为例,对PDC钻头特性及现场应用作了阐述,并和三牙轮钻头进行了同井段可钻性的比较．给出了该区块现场使用PDC钻头钻井的建议。     

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。     

仿生非光滑PDC片钻头设计与应用

针对目前钻井过程中使用PDC钻头情况,提出并设计加工出仿生非光滑PDC片钻头。重点介绍了仿生非光滑PDC片的设计原理和结构,以及用仿生PDC片制造出的钻头在现场应用的情况。结果表明,非光滑PDC片钻头比常规PDC钻头、牙轮钻头寿命长,平均机械钻速提高60%以上,特别适合配合螺杆钻具使用,具有较好的推广应用前景。     

渤海油田PDC钻头落井打捞实践与认识

在渤海油田钻井作业中,为有效提高机械钻速,广泛采用扭力冲击器+PDC钻头的钻具组合。然而,钻具疲劳断裂落井问题尤为棘手,处理不当会造成工期延误,甚至井眼报废等严重后果。以渤海油田E5井处理落井PDC钻头为例,针对裸眼井段长、落物硬度大等难题,利用高效磨鞋磨铣扭冲工具并解体PDC钻头,然后利用液压一把抓将落鱼打捞出井。实践表明“磨铣+打捞”处理技术,可保证PDC钻头打捞成功率,大幅缩短作业工期,降低成本,同时为后续钻头打捞作业提供参考。     

近钻头扭转冲击器破岩机理及应用

PDC钻头是超深井硬地层主要的破岩工具。由于黏滑振动引发的PDC钻头过早失效是造成超深井钻井成本增加的一个重要因素。本文针对PDC钻头的黏滑振动效应,理论分析了黏滑振动机理,建立了PDC钻头黏滑振动系统的力学模型,并用高频低幅扭转冲击器及优化钻头结构的方式来消除钻头的黏滑振动。研究结果表明:PDC钻头长度越长,能量衰减越快,扭转冲击能量传递效率越低;PDC钻头截面积越大,长度越小,高频扭转冲击器冲击系统能量传递效率越高。新疆塔里木盆地XK3井试验表明,扭转冲击工具与常规钻具相比机械钻速提高1倍以上,能够有效消除PDC钻头的黏滑振动效应,减轻钻柱扭转振荡,降低钻井成本。     

PDC钻头在川西地区应用效果及前景

PDC钻头在四川西部致密性地层推广应用中,取得了显著经济效益,文中对川西地层地质条件,针对使用PDC钻头在中深井使用情况进行了分析,认为只要注意破岩方式、钻头型号选择、钻井参数合理配合,严格执行操作规程,扬长避短,PDC钻头才能获得更佳效果。