高硬度高研磨地层高速钻探用PDC钻头研究

从大港滨海高硬度高研磨地层钻探中的多个PDC钻头的使用效果来看,机械钻速提高不明显,并且钻头磨损严重。本研究针对大港滨海区块下部地层特点,以岩石特性分析为基础,从冠部形状、刀翼设计、切削齿尺寸选择及后倾角设计、布齿设计和水力设计等方面进行改进,设计了新的PDC钻头。从滨海6井现场试验的使用情况来看,本次设计的M432 PDC钻头与相同区块同井段同尺寸使用的国产PDC钻头平均指标相比,单只平均进尺增加118%,钻速提高59%,且钻头磨损小,可继续使用。     

适合强研磨性硬地层的新型混合钻头设计及现场应用

为提高金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)钻头在强研磨性硬地层中的破岩效率和使用寿命,设计2只由PDC切削齿和金刚石孕镶块组合作为切削单元的PDC-金刚石孕镶块新型混合钻头,并在冀中某断层区块石英岩地层进行现场试验。试验结果表明:与同井段使用过的牙轮钻头的平均值相比,1#PDC-金刚石孕镶块混合钻头的平均机械钻速提高52.30%,平均钻头进尺提高97.30%;与牙轮钻头的平均值和M1375D PDC钻头相比,2#PDC-金刚石孕镶块混合钻头的平均机械钻速分别提高30.85%和 32.30%,平均钻头进尺分别提高70.50%和 47.40%。PDC-金刚石孕镶块混合钻头极大地提高了强研磨性硬地层中的钻进效率,降低了钻井成本。      

PDC钻头磨损过程中的应力分析

为了更加准确地计算PDC钻头在钻进过程中所受的力,需要模拟钻头使用一段时间后的磨损情况.运用空间几何和数值计算理论,对PDC钻头的结构和受力重新进行分析.描述了PDC钻头在不同磨损情况下应力改变情况,推导出了PDC钻头磨损时受力方程.综合考虑了钻头冠部形状、切削齿的布置、切削齿的工作角、切削齿的形状及尺寸、切削齿的相互作用的影响,提出了磨损过程中切削齿的切削面积、切削体积、切削弧弧长等切削参数与磨损程度的关系的数值计算方法,为精确估算PDC钻头的工作时间提供了一种更为科学的手段.     

硬地层定向PDC钻头个性化设计与应用

为了扩大PDC钻头在坚硬地层钻进方面的使用范围,通过对钻头冠部轮廓形状、切削结构、切削齿工作角度、钻头水力结构、稳定特性影响因素等方面的研究和优化设计,针对长岭凹陷青山口组及拳头组地层,个性化设计了311BTS115E6型定向PDC钻头。试验表明:新型号钻头在硬地层定向段机械钻速高,平均机速达到3.2m/h,与临井相同井段钻头相比,钻速提高了200%。且该钻头滑动过程中造斜率高、工具面稳定,具有极高的推广价值。     

弧角型PDC钻头在青龙煤矿中的应用研究

针对贵州能化集团下属青龙煤矿复杂地层条件,采用分层错峰布齿,选用弧面型PDC切削齿,并调整PDC切削参数,研制了ф113mm的弧角型PDC钻头,并进行了现场钻进试验。结果表明:与矿上现用ф113mm三翼内凹型PDC钻头相比,弧角型PDC钻头总进尺达到170m,提高提高了30%以上;钻进效率大致相同,为15m/h。观察使用后的钻头,发现弧角型PDC钻头属于正常磨损,而三翼内凹型钻头PDC切削齿发生崩片居多,进一步说明弧角型PDC钻头在青龙煤矿中更具有适应性。     

水平井PDC钻头优化设计与应用

同常规直井、定向井聚晶金刚石（polycrystalline diamond compact,PDC）钻头相比,水平井钻头保径更易磨损、导向能力要求更高、切削齿所受冲击载荷更大。针对鄂尔多斯盆地红河油田水平段地层特点,通过室内试验优选切削齿尺寸和后倾角;针对水平井钻头的特点,设计了浅内锥、短外锥、大冠顶圆弧的钻头剖面形状,"主动保径齿+低摩擦保径块"的加强型保径及非对称、多喷嘴布置的加强水力结构。现场应用表明:新型钻头相比区块普通钻头,进尺提高了193%,机械钻速提高了132%。      

基于火山岩地层钻井岩心资料的PDC钻头设计改进

PDC钻头在钻进火山岩地层过程中,技术性能常得不到充分发挥,针对火山岩地层岩心资料,从复合片、切削齿受力、齿型、切削齿的角度等方面设计和改进了PDC钻头。研究分析了剖面形状、布齿、切削齿工作角等设计对PDC钻头性能的影响。提出了以加强钻头的稳定性、耐磨性和提高钻速为目标的设计观点。研制的新型钻头采用抛物线形剖面,中密度布齿,切削齿后倾角在10°-15°范围内变化。结果表明：与牙轮钻头相比,PDC钻头钻速提高了约20％,每米钻井成本降低了27％。     

磨损齿PDC钻头的切削性能试验

为探究磨损齿PDC钻头的切削性能,避免其过早失效,通过单齿切削试验以及全尺寸磨损齿钻头钻进试验,分析磨损齿的受力状态以及钻头的钻进特性。结果表明：相比于新齿,磨损齿受载更大,且其“磨圆”后切岩过程中的钝搓现象普遍存在;在相同吃深条件下,齿的磨损高度越大,载荷波动越明显。相比于新钻头,磨损齿钻头更能产生光滑的井底,不利于其侵入地层。随齿的磨损高度增加,钻头的机械钻速下降,机械比能增加,振动程度减小,且钻头的径向加速值与齿的磨损高度无关。当齿的磨损高度大于3.0 mm时,钻头的机械比能和机械钻速对钻压不敏感。     

基于热性能分析的PDC切削齿选型试验研究

为提高PDC切削齿选型的可靠性,从热性能角度出发,分别对不同厂家的PDC切削齿进行常温激光拉曼、高温激光拉曼及热重等分析,并结合其高温磨耗比测试,分析PDC切削齿的残余应力、石墨化转变、热稳定性以及高温耐磨性等,综合评价不同厂家的PDC切削齿性能;同时,制作?94 mm四翼弧角PDC钻头并进行现场钻进试验.结果表明:现...     

石油天然气钻采用PDC切削齿的最新发展

本文介绍了近年来PDC钻头的设计理念和PDC切削齿的最新技术动向,PDC切削齿的若干关键技术,以及国际上最新采用的测试技术。通过提高金刚石含量,加强D-D键结合,优化界面几何形状,减少内应力,精细控制各种原辅材料的质量,最终提高PDC切削齿的综合性能。文中介绍了PDC超声波逐行扫描探伤技术,最新的重负荷检测耐磨性能,以及耐热性和抗冲击性的检测技术。最后还对石油钻井市场现状进行了介绍。     

影响聚晶金刚石复合片性能的因素及改进方法

聚晶金刚石复合片作为PDC钻头的切削元件，其质量的好坏直接影响着整个钻头的钻进速率及使用寿命。影响复合片质量和性能的主要因素是金刚石与粘接剂的配比、粘接剂的种类、金刚石的粒度、金刚石／硬质合金界面结构以及烧结工艺等。本文探讨了不同种类粘接剂的优、缺点；介绍了如何通过改变金刚石颗粒的粒度分布提高复合片的耐磨性和抗冲击性能；在金刚石，硬质合金界面处添加碳化物形成元素薄片以及采用金属镀层(如W等)实现界面的冶金结合，从而提高界面的结合强度；采用锯齿形界面并伴随成分梯度过渡、以及采用正弦曲线形界面结构可明显改善复合片的性能。这些方法可为工业上生产优质复合片提供参考。     

PDC钻头焊接工艺的研究

聚晶金刚石复合片(PDC)钻头钻进的岩层越来越复杂,在复杂地层及硬岩钻进中时有掉齿、崩刃等现象发生,造成钻头失效.研究表明,焊接工艺是影响PDC钻头的最主要原因.本文以φ94 mm三翼内凹式PDC钻头体为试验样品,对影响PDC钻头焊接质量的主要因素进行了分析,研发出一种新的PDC钻头焊接工艺.试验结果表明:采用该工艺制...     

煤矿井下随钻测量定向钻进用PDC钻头的研制

煤矿井下随钻测量定向钻进需要设计高品质的PDC钻头。本论文从PDC钻头的结构参数到PDC切削齿的选型均进行了较深入的分析研究;同时研制了96 mm胎体式定向钻进用PDC钻头,并进行了现场试验,共钻进1个主孔和4个分支孔,平均钻进时效为4.12 m/h,累计进尺达1 001.6 m。试验结果表明,该钻头造斜效果好,使用寿命长,完全能满足使用要求。     

喷焊技术在钢体PDC钻头表面硬化中的应用

为了解决钢体PDC钻头体硬度低、耐磨性和抗钻井液冲蚀能力差的问题,通过理论分析和室内实验优选了适合钢体PDC钻头的表面硬化方法、表面熔覆涂层材料,形成了火焰喷焊对钻头表面进行熔覆硬化的工艺技术。现场试验结果表明:用Ni60加质量分数为25%~30%的WC组成的自溶性粉末为熔覆材料,制备的钢体表面硬化层质量优良,其耐磨性、耐冲蚀性能可满足钻井需求。      

基于STM32的PDC钻头钎焊温度控制系统设计

目前复杂的PDC钻头仍采用人工火焰钎焊的方式,焊接质量不够稳定。针对这一问题,结合PDC钻头的钎焊工艺,设计一款基于双环PID结构的温度控制系统。该系统以PID控制算法和分级控制思想为核心,基于嵌入式实时操作系统RT-Thread实现了多任务软件设计,实现了钎焊温度的实时测量、精确控制和显示。试验结果表明：此系统能很好地满足PDC钻头的钎焊温度要求。