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,     

成功用于复杂陆上定向钻井的新型PDC钻头设计

由于在Nahr Umr软页岩地层中能获得持续的所需的造斜率，牙轮钻头在阿布扎比8 1/2。可导向钻井中占据明显优势。在垂直井段，PDC钻头常常获得四倍于镶齿牙轮钻头的机械钻速。但是，反扭矩的波动使得用PDC钻头造斜的定向操作大受影响。造成较差的工具面控制及不一致的造斜率。     

南堡1-8大斜度大位移井钻井液技术探索

南堡1-8井是南堡油田一口大斜度、大位移预探井。该井完钻井深4503m,最大水平位移2910m,最大井斜61.94°,其中Φ444.4mm大尺寸井段长1979m,水平位移1080m。该井面临井壁稳定、井眼净化、润滑防卡、定向托压等四大难题。通过采用具有特殊流变特性的MMH-XC聚合物钻井液体系,利用配套钻井液技术手段,在该井的钻进中顺利的解决了大斜度、大水平位移条件下有效携砂、清理岩屑床、降低扭矩、降低摩擦阻力,提高钻井液的防卡润滑性等技术难题,安全快速地完成了该井的钻井施工作业。     

微心PDC钻头设计及现场试验

为了解决普通PDC钻头形成的岩屑细碎、无法满足岩屑录井,而采用牙轮钻头进尺少、机械钻速低又存在掉牙轮风险的问题,设计了微心PDC钻头。介绍了微心PDC钻头整体结构设计和结构参数优化方法, 设计制造了小尺寸微心钻头,进行了室内取心试验和提速试验;结合临盘油田街403井和胜坨油田坨202井实钻地层的岩性特征,分别设计制造了?215.9 mm微心PDC钻头,进行了现场试验。室内试验和现场试验结果均显示:该钻头获取的岩屑较大,大小与牙轮钻头产生的钻屑相当,能满足岩屑录井的要求;而且,钻头进尺和机械钻速与普通PDC钻头相当,与牙轮钻头相比有明显提高。研究结果表明,微心PDC钻头可以代替牙轮钻头在岩屑录井井段使用,并能达到提速提效的目的。      

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。     

PDC钻头在普光10井空气钻井中的应用

长期以来人们一直认为,在气体钻井中PDC钻头机械钻速没有牙轮钻头高,而且气体散热能力差,易损坏PDC钻头的复合片而使钻头早期失效,因此,在气体钻井中绝大多数使用牙轮钻头。在普光10井空气钻井中应用PDC钻头,主要目的是验证PDC钻头的适应性,并探索在高陡构造、岩石可钻性差的地层控制井斜和提高钻井效率的方法。在该井空气钻井施工中,利用PDC钻头加较低的钻压便可获得较高机械钻速,配套应用塔式防斜钻具,达到了有效控制井斜和提高钻井效率的目的,最大井斜2.59°,比邻井空气钻井井斜小13.6%~75.4%,PDC钻头钻进进尺1517.08m,机械钻速8.63m/h,比邻井普光101井机械钻速高67.1%。通过分析认为,气体的散热效果并不是影响PDC钻头寿命的根本原因,而只影响井眼环空的畅通和单位时间通过钻头的气量;PDC钻头+塔式钻具可有效地控制井斜,提高钻井效率。     

钻头扭转冲击器在元坝10井的试验

针对川东北地区尤其是元坝地区陆相下部地层常规钻井机械钻速低、单只钻头进尺少的难题,在元坝10井进行了“钻头扭转冲击器+PDC钻头”钻井试验,试验井段3233.30～3503.82 m,进尺270.52 m,纯钻时间81.0 h,平均机械钻速3.34 m/h,与同地层牙轮钻头钻进相比机械钻速提高3.04倍,与该井“螺杆+PDC钻头”复合钻进相比机械钻速提高2.59倍,PDC钻头工作寿命延长53 h。试验结果表明,钻头扭转冲击器配合PDC钻头钻井可解决复杂地层钻头寿命不高和机械钻速低的难题,拓宽了PDC钻头的应用范围。介绍了钻头扭转冲击器的技术背景、工作原理、特点和技术参数及在元坝10井的试验情况。      

JWZ250减速涡轮钻具在丘东10井的现场试验

中转速、低压降、高扭矩减速涡轮钻具配合高效优质PDC钻头或高速长寿命ATM、MAX等系列牙轮钻头钻进,可大幅度提高大直径井眼的钻进速度。介绍了?250mm减速涡轮钻具的工作原理及特点,及在吐哈油田正东10井的试验情况。试验表明,减速涡轮钻具配牙轮钻头钻进比转盘旋转钻进的机械钻速提高230%;配PDC钻头钻进比转盘旋转钻进的机械钻速提高336%。从而缩短了钻井周期,节约了钻井成本,取得了较好的效果。     

元坝区块陆相井钻井关键技术探析

以元陆10井为例对元坝区块陆相井钻井的关键技术进行了探析。该井在钻进中先后使用了空气锤钻井技术、PDC钻头+螺杆钻具复合钻井技术、进口PDC钻头+扭力冲击器钻井技术及孕镶金刚石钻头+高速涡轮复合钻井技术,有效克服了陆相地层岩性复杂、机械钻速低及易斜易漏等难题。其中进口PDC钻头+扭力冲击器钻井技术应用效果较好,平均机械钻速是常规钻井牙轮钻头的4.68倍,平均单只钻头进尺是常规钻井牙轮钻头的9.7倍。建议使用无固相钻井液体系,并在珍珠冲段之前结束使用扭力冲击器。     

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.      

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。      

塔里木油田HLHT区块超深井钻井提速配套技术

塔里木油田HLHT区块储层埋藏深、上部地层松软和下部地层岩石可钻性差,导致出现机械钻速低、钻井周期长等问题,在将井身结构优化为塔标Ⅲ三开井身结构的基础上,把提速重点聚集于二开井段,通过分析地层的可钻性,优选钻头及配套提速工具,并结合钻井实践经验,制定了二开钻井提速技术方案:二叠系以上地层,采用长寿命大扭矩螺杆/国产高效螺杆+ STS915K型或MS1952SS型高效PDC钻头复合钻井提速技术;二叠系及其以下地层,采用Torkbuster扭力冲击器+U513M型或U613M型专用PDC钻头钻井提速技术。现场应用表明,HLHT区块超深井应用钻井提速配套技术后,平均机械钻速逐年提高,从5.55 m/h逐渐提高至8.82 m/h,平均钻井周期逐年缩短,从131.0 d逐渐缩短至86.1 d。这表明,HLHT区块超深井钻井提速配套技术提速效果显著,能够满足该区块超深井快速高效安全钻井的需要。      

临盘油田PDC钻头防斜打快钻具组合优化及应用

临盘油田地层软硬交错频繁,直井井斜问题突出、钻井效率低。为了充分发挥PDC钻头在软到中硬地层中钻速和进尺方面的优势,在提高钻速的同时确保直井防斜打直,应用钻头与地层相互作用模型,以钻进方向角作为钻进趋势判别指标,模拟分析了稳定器位置和钻压对钻进趋势的影响规律,优化设计出了适用于临盘油田直井的PDC钻头防斜打快钻具组合,并对钻压及钻头转速进行了优选,钻压优选为50~70 kN,钻头转速优选为100 r/min以上。PDC钻头防斜打快钻具组合在临盘油田7口井进行了现场应用,结果表明,该钻具组合防斜打直效果好、钻进速度快、起下钻次数少、钻井成本低,能够满足临盘油田直井或定向井直井段防斜打快的要求。      

JWZ250减速涡轮钻具在丘东10井的现场试验

中转速、低压降、高扭矩减速涡轮钻具配合高效优质ＰＤＣ钻头或高速长寿命ＡＴＭ、ＭＡＸ等系列牙轮钻头钻进,可大幅度提高大直径井眼的钻进速度。介绍了φ２５０ｍｍ减速涡轮钻具的工作原理及特点,及在吐哈油田正东１０井的试验情况。试验表明,减速涡轮钻具配牙轮钻头钻进比转盘旋转钻进的机械钻速提高 ２３０％;配 ＰＤＣ钻头钻进比转盘旋转钻进的机械钻速提高３３６％。从而缩短了钻井周期,节约了钻井成本,取得了较好的效果。     

南堡潜山油气藏小井眼开窗侧钻技术

南堡潜山油气藏因埋藏深,导致井身结构复杂、钻井周期长、成本高,为进一步提高勘探开发效益,开展了老井?177.8 mm 套管开窗侧钻二开次完井试验工作。NP280C 井是南堡油田第一口?177.8 mm 套管开窗侧钻潜山井,该井开窗侧钻点深、二开次完井井眼尺寸小,给开窗侧钻作业带来诸多难题。通过优选深层套管开窗侧钻工艺、小井眼扩眼技术、膨胀尾管悬挂器+ 直连套管完井方案,探索出一系列钻完井技术对策,保证了NP280C 井套管开窗侧钻作业的成功实施。为南堡油田深层潜山老井重复利用提供了技术支持,也为同类油气藏老井侧钻施工提供了技术借鉴。     

新型PDC钻头在南堡油田的应用

针对冀东南堡油田的地层特点,对PDC钻头的冠部、布齿密度和方法、水力结构、稳定性等进行设计,研制出新型PDC钻头——PK5363S-311钻头。在冀东南堡油田将该钻头的钻探效果与同尺寸同井段所有钻头的钻探效果做比较分析。结果表明,PK5363S-311钻头的总进尺最高,是其它同井段钻头进尺的1.58倍;且该钻头的机械钻速较高,寿命达到设计要求,具有较高的推广应用价值。     

PDC钻头在胜利油田深井钻井中的应用

胜利油田为提高深井钻井速度，试验应用了PDC钻头，结果表明，深井钻井应用PDC钻头可大幅度提高机械钻速，缩短建井周期，降低钻井成本，经济效益明显。通过大量的现场试验，扩大了PDC钻头在胜利油田的使用范围，并取得很好的效果，初步形成了PDC钻头推广应用区域模式。详细介绍了胜利油田不适用PDC钻头钻进的地层岩性，给出了钻头选型及钻井参数选择原则，并对应用效果进行了分析。     

塔里木山前井涡轮配合孕镶金刚石钻头钻井提速技术

塔里木盆地山前井是塔里木油田油气勘探开发的重要区域之一。针对山前井地层研磨性强、可钻性级值高,单只钻头进尺低,钻头消耗量大,机械钻速低,钻井成本高等问题,引进涡轮配合孕镶金刚石钻头钻井技术。2 口山前井钻进实验数据表明:博孜102 井配套工具进尺704 m,纯钻时间407.5 h,平均机械钻速1.73 m/h;克深2-1-14 井配套工具进尺146.8 m,纯钻71.75 h,平均机械钻速2.05 m/h。两组配套工具与邻井同层PDC 钻头、牙轮钻头对比,钻井速度提高了2~4 倍,单只钻头平均进尺提高了3~10 倍,平均纯钻时间提高了1.7~2.5 倍。工具实验结果表明,涡轮配合孕镶金刚钻头钻井技术在塔里木山前井具有较好的提速效果,可为塔里木山前井钻井提速提供技术支持。     

适用于特定地层的PDC钻头个性化设计

破碎性地层的井下掉块常常导致常规设计的PDC钻头出现卡钻现象,严重的甚至会造成钻头掉齿、断刀翼等井下事故,严重影响了PDC钻头的推广使用。为此,对Φ215.9 mm六刀翼PDC钻头进行了全面改进设计：冠部形状为“直线-圆弧-直线”,相邻刀翼之间夹角约为60°;主切削齿直径为16 mm且按照“中密度”方式布置;将刀翼尾部的保径块整体上移一定距离,且4个保径块围绕钻头轴线成90°。之后采用PDC钻头数字化钻进仿真系统和CFD软件对设计方案进行了力平衡和井底流场优化分析：优化布齿参数的钻头横向力约为钻压的3.9%;高的流速分布在1号、5号刀翼工作面鼻部位置及2号、3号、4号、6号刀翼背面,有利于岩屑及时清除出PDC齿表面。改进后的新型Φ215.9 mmPDC钻头在吐哈油田破碎性地层中应用总进尺1 339 m,与邻井同井段相比,节约了5次起下钻工作量和作业时间,钻头出井后,仅两颗齿损坏,其余PDC齿磨损均衡,冠部冲蚀情况与钻头的井底流场分析的结果完全吻合,说明PDC钻头的个性化设计能够为此类地层钻井提速提供切实可行的技术思路。