新型PDC钻头设计与现场试验

为充分发挥PDC钻头在软到中硬地层钻进时钻速高、寿命长的特点,同时减少大尺寸PDC钻头钻进扭矩大的不足,进行了PDC钻头新型结构研究,以提高深井大尺寸井眼钻井速度。针对深井开孔尺寸较大的特点,对PDC钻头几何结构和切削结构进行了分析研究,提出了新型切削结构理论——钻扩型切削结构,该结构特点可降低PDC钻头的破碎功,改变切削力的分布,从而达到提高钻速、减小扭矩的目的。根据该理论设计、制造出的PDC钻头,在上部地层的大尺寸井眼钻进中取得了较好的应用效果,扩大了PDC钻头的应用范围。现场试验结果证明,新型切削结构设计降低了钻进大尺寸井眼的扭矩,合理地分配了破碎能量,提高了钻头稳定性和钻柱的抗振性,降低了钻头回旋趋势,从而达到较高的机械钻速和较好的定向控制。     

PDC钻头扭转振动特性分析及减振工具设计

为了抑制PDC钻头在钻进过程中的扭转振动,建立了PDC钻头的扭摆模型,对PDC钻头切削齿切削岩石时的受力情况进行了分析,得出钻压和扭矩之间的关系,分析了钻压的波动对PDC钻头扭转振动的影响,根据分析结果设计了PDC钻头扭转振动的减振工具,给出了工具中螺旋升角的设计准则。研究结果表明:钻压的波动会直接造成PDC钻头的扭转振动,且钻压的波动幅度越大,PDC钻头的扭转振动越严重。设计的减振工具是通过将一部分波动的钻压转换为切削扭矩的方式来实现钻头处扭矩的平衡,从而抑制扭转振动,工具中螺旋升角的取值与PDC钻头切削齿的后倾角相关且成反比。研究结果为抑制PDC钻头的扭转振动提供了理论依据。     

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。     

PDC钻头恒扭矩工具在XING101井的应用

四川盆地川中隆起北斜坡的下沙溪至须家河地层可钻性差,跳钻严重,易断钻具,钻头磨损严重,无法提高PDC钻头工作的稳定性。为此,研制了PDC钻头恒扭矩工具,并以XING101井为例,对工具进行了现场应用。PDC钻头恒扭矩工具主要由螺旋花键短节和弹簧蓄能装置组成,工具能够适应深井高温高压环境,使用过程中将破坏性能量转化存储后释放为破岩的正能量;工具根据钻头扭矩自动调整钻压,保证钻头近匀速旋转,防止出现憋跳卡滑现象。现场录井数据显示,应用PDC钻头恒扭矩工具井段与上、下井段相比扭矩波动小且平稳,同时机械钻速有所提高,能够最大化地保护井下管柱,有利于钻井作业采用更先进、更精密的井下仪器。     

定向用新型PDC钻头研制及现场试验

针对常规PDC钻头用于定向施工时,扭矩大,工具面不稳定,所加钻压较小,机械钻速低的情况,提出了研制新钻头的各种考虑因素,并研制出了一种定向用新型PDC钻头,现场应用表明,它具有抵扭矩、长寿命、破岩效果好等特点。     

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。     

PDC切削齿切削深度对PDC钻头黏滑振动影响动态实验

通过室内动态破岩实验,研究切削齿切削深度及岩石可钻性对PDC钻头黏滑振动的影响。选取了红砂岩、黄砂岩、白砂岩和花岗岩4种不同岩性、400 mm×400 mm×400 mm的天然岩石作为实验岩样,通过改变钻压,分析切削齿切削深度、岩石可钻性与钻头黏滑振动的关系。选取扭矩和转速波动作为黏滑振动特征参数来描述PDC钻头黏滑振动现象,对其进行无因次化处理,定义为黏滑严重度,并分别建立了PDC钻头黏滑严重度、扭矩振幅,与平均每转切削深度和岩石可钻性的二元非线性关系模型。实验结果表明:实验室条件下扭矩黏滑严重度差异性更加明显;实验的5种钻压下,扭矩黏滑严重度均随岩样可钻性级值的增加而显著增加;PDC钻头每转切削深度增加,扭矩黏滑严重度显著增加。     

PDC钻头与岩石相互作用规律试验研究

试验采用81/2in和121/4in两种PDC钻头,对嘉陵江石灰岩和香溪砂岩两种典型岩样进行钻进,在不同钻头转速和钻压下,测得了扭矩和机械钻速.分析试验结果得出,对于表面刮削破碎和体积破碎两种岩石破碎状态,钻压对扭矩的影响不一样.当钻压没有达到体积破碎钻压时,钻压对扭矩的影响较小;当钻压超过体积破碎钻压时,钻压对扭矩的影响非常明显.钻头转速对钻头扭矩几乎无影响.     

为PDC钻头连续钻进进行钻井液性能控制

PDC钻头具有钻进时间长、机械钻速高、起下钻次数少等特点,使用PDC钻头可大大提高钻井速度。但PDC钻头的使用效果与PDC钻头在钻进过程中短程起下钻的次数有很大关系,每次短程起下钻后机械钻速都要明显地降低。吐哈中原钻井公司通过在钻井液上做文章,围绕如何形成薄滤饼和如何减薄滤饼上下功夫,基本解决了PDC钻头起下钻阻卡问题,实现了PDC钻头连续钻进(中途不用短程起下钻),充分发挥了PDC钻头使用效果。     

Kymera~(TM) FSR定向钻井复合钻头

<正>贝克休斯公司研发的KymeraTMFSR定向混合钻头,可在复杂的碳酸盐岩地层定向钻进时保持快速、平滑、稳定的性能。KymeraTMFSR钻头具有更高的钻速、更长的进尺和更高的定向钻进精度,从而可以钻进更多产油层。牙轮钻头通常以较慢的转速和较低的扭矩钻进,PDC钻头通常以大扭矩高转速钻进。KymeraTM FSR钻头通过独特的混合设计,很好地结合了PDC钻头和三牙轮钻头技术特点,在碳酸盐岩地层中的钻进性能优于以上2种钻头。该钻头牙轮上的钻齿更尖锐、攻击性更强,可轻松破碎地层;PDC切削齿可清除岩屑,