新型非密封滑动轴承牙轮钻头的试验研究

密封滑动轴承牙轮钻头的密封圈工作条件恶劣,极易损坏;密封圈占据了轴颈的一部分空间,使钻头承载能力减小,这些都降低了钻头的使用寿命。通过滑动轴承失效原因的分析,提出非密封滑动轴承牙轮钻头的轴承表面应采用硬度大、热稳定性好的材料,轴承摩擦副应采用硬-硬配对方式。经过对WC-Co类硬质合金材料力学性能和摩擦学性能分析,用新的轴承结构解决了硬质合金脆性问题,并研制出新型非密封硬质合金滑动轴承牙轮钻头。室内试验表明,硬质合金摩擦副具有良好的抗磨粒磨损能力,可用于牙轮钻头非密封滑动轴承的滑动表面。现场初步试验证明,新型非密封硬质合金滑动轴承牙轮钻头具有良好的应用前景,是发展高速滑动轴承牙轮钻头和小尺寸滑动轴承牙轮钻头的有效途径。     

碳氮共渗试棒接触疲劳试验小结

一、前言 在钻井过程中,牙轮钻头的轴承同时承受接触载荷、冲击载荷、磨粒磨损和介质腐蚀等多种因素的作用。对钻头的受力分析和对失效钻头的解剖观察表明,由反复接触压应力所引起的接触疲劳破坏是造成钻头轴承失效的主要原因,其他因素则在不同程度上加速这种破坏     

牙轮钻头滑动轴承力学分析及结构改进试验

牙轮钻头轴承的性能与牙轮钻头的寿命密切相关,其主要失效形式之一是粘着磨损。通过对轴承的受力分析,采用在牙轮钻头原大轴颈上镶固定耐磨轴套,并用磁控溅射技术在轴套上生成TiN/TiAlN复合涂层的改进技术。经台架试验证明,该技术提高了轴承的高承载和抗磨损能力。     

万米钻井泥浆泵柱塞密封失效分析及改进

钻井泥浆泵柱塞密封性能的好坏与使用寿命的长短直接影响到高压泥浆泵的工作性能及质量。为了弄清高压钻井泥浆泵柱塞密封圈的失效形式、原因及机理,进一步提高钻井泥浆泵柱塞密封圈的寿命,对万米钻井泥浆泵柱塞密封失效分析。结果表明, 高压钻井泥浆泵柱塞密封主要的失效形式为：扭曲变形、老化、磨损、撕裂与断裂等。主要影响因素是温度过高,散热不好,引起密封圈老化,密封材料丧失性能,其次是钻井液等颗粒的进入,对密封面进行不断的磨损,导致密封圈损坏。建议从密封圈的材料、结构设计、组合数量以及冷却装置等方面进行技术改进来提高高压钻井泥浆泵柱塞密封的性能和使用寿命。     

牙轮钻头的轴承冷却系统

技术专业人员对牙轮钻头失效的分析表明,轴承的破坏是牙轮钻头破坏的主要原因。进一步的研究表明,钻井过程中的过高温度是使轴承润滑的性能遭到破坏,或使那些无润滑脂的轴承装置遭到损坏的重要原因之一。这一分析证明了良好的润滑和合适的工作温度范围是延长钻头轴承寿命的关键因素。     

牙轮钻头滑动轴承的特殊性及主要研究方向

牙轮钻头滑动轴承与一般机械滑动轴承相比 ,在滑动轴承结构、承受的载荷、轴承的工作环境和滑动副之间的相对转速等方面都具有特殊性。牙轮钻头滑动轴承的失效解剖分析表明 ,最终导致轴承失效的主要形式一种是轴承密封系统损坏而导致磨料磨损失效 ;另一种是密封润滑系统工作正常时最终导致粘着磨损失效 ,而影响粘着磨损的主要因素有轴承的摩擦系数、表面压力大小及分布和相对滑动速度。今后牙轮钻头滑动轴承主要研究方向是滑动轴承密封系统(密封圈和传压补油装置 )的研究 ;轴承摩擦系数的研究 ;轴承表面压力大小及分布的研究。     

提高牙轮钻头轴承径向密封性能的途径

针对常用密封轴承钻头环形径向密封的现状及失效原因，进一步指出牙轮钻头失效是密封先期失效所致，提出影响钻头密封性能及可靠性的主要因素是密封材料与密封圈两侧介质压力差相关的密封面之间接接触应力，以及密封系统的制造和装配精度，今后研究和有杉流体动压密封是个方向。     

确定钻头合理使用时间的一种新方法

在钻井作业中,确定合理的钻头使用时间,关系到整个钻井作业的安全和经济效益。在大多数因钻头失效所引起的钻井事故中,钻头轴承的损坏是其主要原因。本文以钻头牙轮轴承失效为分析基础,利用可靠性分析理论和风险决策理论,提出了一种确定钻头合理使用时间的新方法。     

肯尼亚高温地热井钻头使用问题探讨

长城钻探肯尼亚项目部钻头早期失效的原因与钻头质量无关,主要原因是地质构造不同造成井与井之间地层岩性和温度的差异,油用牙轮钻头现有技术无法完全满足特定条件下高温地热井的钻井需求。在某些地热井下部地层,地温超过钻头材料所能承受的极限,导致牙轮钻头使用寿命急剧下降。     

牙轮钻头轴承用GW50合金渗硼及性能分析

牙轮钻头滑动轴承的主要失效形式是胶合和磨粒磨损。钢结硬质合金GW50的力学性能介于硬质合金和合金钢之间，具有较高的弹性模量、硬度、抗弯抗压强度、冲击韧性和较好的冷热加工性能。试验分析表明，经料浆渗硼处理后，可进一步提高GW50钢结合金的表面硬度和耐磨性能，表面硬度可达1700HV0.2，弹性模量和冲击韧性值增加，摩擦系数更低，具有更好的综合性能，用于牙轮钻头滑动轴承是可行的。今后发展高速、重载和高寿命牙轮钻头的关键在于从轴承结构、材料和工艺寻找突破口。     

基于钻速模式的PDC钻头切削齿磨损监测新方法

为了对PDC钻头切削齿的磨损程度进行实时定量监测,优选了适合PDC钻头的钻速方程,通过分析切削齿切削轨迹长度、切削齿磨损体积及机械钻速之间的关系,建立了相对磨损系数的迭代模型,提出了随钻PDC钻头切削齿磨损监测新方法。以玉门油田、青海油田及西南油气田使用PDC钻头所钻井的测录井数据为基础,对模型进行了验证。分析结果表明:基于钻速模式的PDC钻头切削齿磨损监测新方法计算的相对磨损系数与起钻后实测的钻头磨损数据较为接近,计算值与实测值的平均相对误差为11.60%;新方法能够较准确地对PDC钻头切削齿的磨损程度进行检测,为及时调整钻井参数、复杂地质情况预警和更换钻头提供依据。所得结论可为随钻PDC钻头的磨损程度判断提供参考。     

钻井岩性实时识别方法研究

地层岩性的实时识别对及时调整钻井参数、有效控制井眼轨迹具有十分重要的作用。以录井资料为基础识别地层岩性,必须综合考虑钻井操作参数、水力参数以及钻头磨损状态的影响,而随钻过程中,就目前的技术还不能够实时测量钻头磨损状态。根据BP神经网络原理,建立了岩性识别双重神经网络模型。第1个神经网络用来在已知钻头磨损状态条件下,识别所钻地层岩性;第2个神经网络用来在已知地层岩性条件下,预测钻头磨损状态。2个神经网络通过钻头磨损状态参数连接起来,选取样本数据分别对2个神经网络进行训练,并结合随钻录井数据,根据岩性识别流程图对岩性进行实时识别。应用该模型在新疆油田进行了岩性实时识别试验,识别结果与测井解释结果相比,符合率达85%。应用结果表明该模型具有一定的合理性和实用性。     

惠州区块深层火成岩地层钻井提速技术

南海东部惠州区块前古近系为火成岩地层,岩石强度高、地层可钻性差,导致钻速低、钻头进尺短和磨损严重。为提高火成岩地层钻井效率,通过地层岩性特点分析、钻头磨损评价,并根据测井数据开展了岩石力学分析,设计了高攻击力提速工具和钻头提高机械钻速,采用了强抗冲击性斧型齿和双排齿钻头增加进尺,并提高了钻头心部位置强度减轻磨损。钻井提速技术在惠州D井进行了成功应用,相比较于前期作业的惠州A井:在相同地层岩性的前古近系闪长岩和花岗岩段,钻头机械钻速分别提高了88%和69%,火成岩井段单只钻头平均进尺增加了31.5%,且出井钻头磨损较轻。该技术较好地解决了区域火成岩地层钻井效率低的难题,也为火成岩地层提速提效探索了解决方法。     

哈拉哈塘地区钻井难点分析与提速关键技术

哈拉哈塘区块是中国石油塔里木油田黑油增储上产的主要区块之一,该区油藏埋深通常在6 800 m左右,钻井过程中存在中上部地层阻卡严重,容易泥包钻头,二叠系、石炭系井壁稳定性差,易垮塌,深部地层可钻性差,机械钻速低,超长裸眼事故复杂多和目的层含硫化氢、又漏又溢等技术难点。储层超深、地层复杂、钻井难度大、钻井周期长,严重制约了油田增储上产的步伐。针对这些施工难点,进行了优化钻井水力参数、优选钻头和涡轮、旋冲工具复合钻井、事故复杂预防、超长裸眼井壁稳定、碳酸盐岩储层安全钻井技术等研究应用,取得了明显成效,平均单井钻井周期较之前缩短1个月以上,有效控制了事故复杂的发生,实现了该区安全快速钻井的目标,解决了该区钻井速度慢、事故复杂多的技术难题。     

175型无橡胶元件涡轮钻具的研制与试验

介绍了江汉石油学院井下工具研究室研制的175型无橡胶元件涡轮钻具的简况,重点叙述了这种涡轮钻具的结构特点、涡轮叶栅与叶型设计,以及涡轮节和支承节的结构设计,给出了技术性能指标。这种无橡胶元件的涡轮钻具,采用整体式4支点金属滚动球轴承、径向TC轴承、下轴悬挂式涡轮节和大扭矩叶型,具有中速、低压降等特点。现场试验表明,175型涡轮钻具的性能满足目前钻井工艺和钻井泵的要求,用它快速钻井可提高井身质量和机械钻速,缩短建井周期,减少套管磨损,降低钻井成本。     

影响PDC钻头钻进的因素分析

采用典型的相关分析方法,利用实际钻进资料对PDC钻头钻进过程进行了系统分析,分别以一般情形、同一地层类型、同地层和同钻头类型进行了相关分析计算,并进行了相关系数检验。由检验结果知,所做3个典型相关分析,均为第一组变量的典型相关系数大于X2检验临界值,即只有第一组典型变量有实际意义,而第二组典型变量无实际意义。分析表明:影响PDC钻头钻进过程的关键因素是钻头与地层的匹配,钻井液密度已成为影响PDC钻头钻进效果的关键措施,这一点与牙轮钻头相反。PDC钻头在正常情况下后损,只与钻头结构本身及地层性质有关,而与钻进措施无关。     

仿生非光滑理论在钻井工程中的应用与前景

仿生学是一门可与很多学科交叉的边缘性学科,同样与钻井工程技术的融合也将产生创新性成果.在分析仿生非光滑表面减阻、防黏和耐磨特性的基础上,将该理论引入到钻头设计中,研制仿生金刚石钻头.以蜣螂为仿生原形,设计孕镶金刚石钻头的工作层,使工作层底唇面始终具有相同的非光滑形态,始终保持高钻速和长寿命,突显出仿生金刚石钻头的高效率、耐磨和减阻特点.试验结果表明,仿生钻头较普通钻头钻速提高44%、使用寿命增加74%.此外,仿生非光滑表面结构所具有的各种特性可用于改善钻井工程中相对运动的摩擦或滑动部件的使用寿命和工作环境,如可提高钻头、钻杆接头、泥浆泵活塞和缸套的耐磨性.解决钻头泥包问题,减少螺旋钻具和冲击挤密矛头阻力等,应用前景广阔.     

煤层气井超短半径自进式水平钻井技术研究

煤层气井超短半径自进式水平钻井技术是在煤层气勘探井内布置机械或水力扩孔装置，对准选定的煤层进行扩孔后下入特制的转向工具在300 mm的曲率半径内实现由垂直转向水平进行钻井。自进式钻头由旋转喷嘴、钻屑整合装置、推力提供装置等组成。自进式钻头带动为其提供高压水动力的特制胶管向前连续钻井。高压水通过高压胶管为自进式钻头提供动力进行钻井，推力及排渣。该技术可以在同一煤层气勘探井内，在不同煤层内完成多个径向水平钻孔。这些径向水平钻孔的形成可以沟通新的瓦斯流动通道，提高煤层气产量。     

XC-82型液力旋冲钻具及配套钻头的性能测试

XC－82型液力旋冲钻具及配套钻头是为满足深井硬地层钻井需要而研制的,主要由水击阀、支承座、冲锤、节流阀、砧轴、筒体及配套旋冲钻头组成。对这种钻具进行了冲击力、冲击频率、配套旋冲钻头与牙轮钻头机械钻速对比,以及泵流量、钻具行程和背压等参数对钻具性能的影响等一系列测试。测试结果表明,在主泵流量为100～350L/min条件下,钻具冲击能为11．5～132J,冲击频率为10～18Hz。钻具结构简单,零部件少,加工使用方便,性能稳定、可靠,主要技术性能与国内同类产品相比是比较先进的。     

适用于砾石夹层钻进的PDC钻头

PDC钻头在砾石夹层中钻进时钻头不平稳、PDC复合片崩裂、磨损消耗快、机械钻速低,针对这些问题,采取了两方面的措施:一是创造条件使PDC钻头工作平稳,即减少或分散PDC钻头所承受的冲击载荷;二是减少钻头上PDC复合片在工作中的崩裂与磨损。具体的设计方案是:通过优化设计PDC钻头结构,主要采取外抛内锥带辅助切削齿的形式结构;研制与选取PDC复合片,主要采用双向多条直槽非平面结合方式,提高了复合片质量,使其热稳定性为750℃,耐磨性为2.9×105,抗冲击性大于600 J。按此方案设计与生产了3只钻头,分别在3口中井试用,直接钻穿砾石夹层馆陶组地层井段,相比之下,研制的新型PDC钻头,钻井效率提高26%,较大幅度地提高了钻井速度,突破了砾石夹层钻进不能使用PDC钻头的禁区,具有推广价值。