大直径落物打捞工具研究及应用

通过对套铣过程中力学的分析，结合金钢石钻头的布齿原理及车床切屑机理，设计了一种井下大直径落物套铣解卡新工具．在现场实际应用中取得了良好效果一套铣解卡法是处理井下大直径落物卡钻事故的一种快速有效的方法。     

PDC钻头混合布齿切削试验装置

现有PDC钻头单齿试验装置对单齿切削角度等参数的调整很不方便,需要进行多组刀具的频繁更换,不适用于多切削齿在交叉或重叠组合下的混合切削特性及破岩机理的试验研究。为此,设计了PDC钻头混合布齿切削试验装置。该装置通过特殊的混合布齿组合结构设计,能实现不同PDC齿在不同切削参数下的混合布齿组合,具备PDC混合布齿切削试验能力。试验结果表明:该试验装置可以方便地实现对PDC齿后倾角、切削深度、多切削齿布齿方式及组合等切削结构和参数进行调节,从而实现对不同切削齿在不同组合及布齿参数下切削规律和破岩机理的研究。研究结果为进行有针对性和适应性的PDC钻头切削结构和布齿优化设计奠定了试验基础。     

利用测井资料进行金刚石钻头设计和选型

在弹性力学理论基础上，建立起预测岩石力学特性的数学模型以及金刚石钻头设计参数的计算模型，并利用现场测井资料对金刚石钻头设计参数（保径材料、水力结构、切削齿尺寸、布齿密度以及钻头剖面）进行了分析研究，针对地层岩性特点优化钻头设计，并相应地推荐了适用的钻头型号。现场应用表明，利用该方法设计制造的钻头能显著提高钻速，降低钻井成本，社会和经济效益显著     

混镶金刚石钻头研制及应用

针对巴楚地区深井地层致密,可钻性差的特点选取了具有代表性的岩性在室内进行了岩石力学特性参数测定,并对所钻地层特性进行了分析,在此基础上研究了新型混镶金刚石钻头结构,布齿方式,对该类钻头合理使用进行了探讨。同时研制了相应的混镶金刚石钻头,并在巴楚地区棋北三井进行了现场试验,机械钻速比其它金刚石钻头提高了56%~73%,试验结果表明混镶金刚石钻头具有广阔的应用前景。     

PDC钻头布齿方式初探

PDC钻头的工作性能在很大程度上取决于其布齿方式。本文在对钻头破岩机理进行了某些假设的基础上对PDC钻头的等切削原理布齿方式和等功率原理布齿方式进行了初步研究。通过分析计算得出了PDC钻头的布齿数学模式。该模式对PDC钻头的优化设计有一定的指导意义,并在PDC钻头的应用中见到了明显的效果。     

潜孔钻头端面切削齿载荷仿真研究

为使潜孔钻头布齿更加合理及为钻头结构改进提供理论依据,达到提高潜孔钻头破岩效率、延长其使用寿命的目的,需要了解潜孔钻头端面切削齿的载荷分布。为此,建立了平面、凸面和凹面3种端面形式的潜孔钻头三维模型,以显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA中常用的H-J-C模型为材料模型,并利用H-J-C模型中的等效屈服强度、压力、积累损伤等函数对潜孔钻头的破岩过程进行仿真,分析不同齿圈上切削齿的载荷状态,并将切削齿载荷分解到轴向、径向及切向3个方向,运用控制变量的方法对3种不同端面形式潜孔钻头的切削齿进行力学分析。研究结果表明:凹面潜孔钻头的轴向载荷峰值最大且径向载荷峰值最小;潜孔钻头切削齿载荷的主要差别在边齿及其相邻齿圈的切削齿上,与其余齿圈上的切削齿关系不大;潜孔钻头边齿的载荷最大,易损坏。模拟结果可为切削齿的选择、切削齿的分布及潜孔钻头的结构设计提供依据。      

基于三坐标测量机的PDC钻头逆向工程研究

为实现PDC钻头的逆向工程,结合三坐标测量机测量数据与PDC钻头结构特征,建立了PDC钻头布齿法相角、侧倾角等数值计算模型,重点解决了测量数据的输入、可视化以及模型算法实现等问题,并利用Matlab完成了布齿参数分析软件开发。在完成某型号PDC钻头切削齿空间位置测量后对其布齿参数分析及加工误差计算的结果表明,该系统在PDC钻头布齿参数分析等方面使用便捷且可靠性高,具有一定推广价值。     

Smith钻头公司StingBlade锥形切削齿钻头

<正>Smith钻头公司继2013年推出在PDC钻头中心布置一颗锥形PDC切削齿的Stinger钻头之后,2014年又推出了大量分布锥形PDC切削齿的Sting Blade钻头(如下图)。每一款Sting Blade钻头都是采用IDEAS集成钻头设计平台设计,根据各种不同地层特性及钻进需求将锥形切削齿布齿在钻头面上,形成各种独特布齿的锥形切削齿钻头。与常规PDC钻头相比,StingBlade锥形金刚石钻头具有更多优势:(1)显著提高钻进进尺与ROP。锥形切削齿可以将载荷更好地集中于一点进行破岩,较厚的切削齿金刚石面提高了钻头     

混合钻头井底齿坑建模仿真及布齿优化

针对混合钻头的切削结构轮廓图进行布齿设计存在的局限性,提出了一种在UG建模环境下绘制混合钻头井底齿坑模型图的方法。齿坑模型以三维模型的形式展示混合钻头切削结构的径向匹配、周向匹配、布齿密度、切削齿匹配以及相对高度等信息。采用C++语言进行UG的二次开发,可实现快速导入模型、齿坑模型图的自动绘制和模型保存等功能。该方法能够给混合钻头布齿设计提供参考,缩短布齿优化设计时间和混合钻头设计研发周期。实例应用结果表明,参考齿坑模型图可直观地观察混合钻头切削结构的复合匹配关系,从而对混合钻头进行高效的布齿优化设计。研究结果可为混合钻头布齿设计提供指导。     

单齿圈牙轮钻头复合运动破岩实验

根据８肘／村ＸＨＰ２Ｓ—１型三牙轮钻头的结构尺寸，设计制造了单齿圈牙轮钻头。在复合运动玻岩实验装置上用单齿圈牙轮钻头进行了单次破碎岩石、重复玻碎岩石、等距布齿和不等距布齿破碎岩石等实验。实验结果表明，等距布齿时牙齿总落在上次破碎坑中或附近，重复破碎和压实坑中已破碎的岩屑，阻碍了牙齿吃入岩石深度的增加；不等距布齿时牙齿落在上一次两破碎坑的中间，形成另一个新的玻碎坑，加速了破碎带的形成，从而可提高破岩效率。建议设计钻头时，应采用不等距布齿来确定钻头的齿面结构。     

水平井仿生磨鞋钻磨复合桥塞的设计与仿真

针对水平井可钻式复合桥塞技术钻塞效率低及返屑困难等问题,以土壤动物蜣螂的胸节背板为仿生原型,设计出一种仿生孕镶金刚石取心磨鞋(以下称仿生磨鞋)。仿生磨鞋以“套铣”的方式钻磨多级复合桥塞,与传统磨鞋相比其钻塞速度更快,返屑成功率更高。为了验证仿生磨鞋的改善效果,在有限元分析软件ABAQUS中对常用的5翼PDC镶齿平底磨鞋与仿生磨鞋进行了钻除复合桥塞仿真对比试验。仿真结果表明：两种磨鞋在钻塞方式上存在较大的差异,仿生磨鞋的钻塞速度明显快于常规磨鞋;仿生磨鞋钻除下来的钻屑尺寸更小,返屑成功率更高,卡钻的可能性更低;增加钻压与转速对提升磨鞋的钻塞速度都具有促进作用,但增加钻压的增速效果更明显;磨鞋底面最外圈边缘的磨损量最大,在加工磨鞋时应该对其优化加强。研究成果可为国内可钻式复合桥塞工艺技术的进一步发展提供理论基础。     

科钻一井侧钻作业设计与施工

科钻一井主孔取心钻进至井深3665m时发生扩孔器折断事故，由于井内掉块严重，导致多次打捞失败。在进行扩孔钻进前起出活动套管时又有大量套管扶正器扶正钢板落入井内，扩孔钻进时又有3个扩孔钻头的导向体落井，加上井眼局部严重扩径，落鱼打捞或处理难度非常大，决定侧钻绕障。由于水泥塞强度与地层岩石强度差别大，开新井眼困难，经慎重设计、精心施工，采取了合理选择侧钻点、正确设计造斜率和选配马达弯角以及采用小直径开窗、大直径扩孔、小钻井参数钻进等技术措施使得侧钻绕障一次成功，为主孔后续正常钻进奠定了良好基础。     

高钢级套管段铣工具优化及性能评价

套管段铣技术被广泛应用于老井侧钻和废弃井作业,具有广阔的应用前景。针对常规段铣工具在高钢级套管段铣作业中存在的切割时间长、段铣速度慢、进尺短等难题,设计了适用于Φ177.8 mm套管的高性能段铣工具。段铣工具刀片切削齿采用进口高强度高稳定性碳化钨材质,切削刀片齿形结构优化为内凹齿+锐化菱形齿,磨铣刀片齿形结构优化为内凹齿+非均匀布齿结构。通过地面实验和LS-DYNA仿真模拟系统对设计的段铣工具进行了切割和段铣效果评价。结果表明:高钢级套管段铣工具割断套管时间低于5.00 min,段铣速度大于0.8 m/h,单趟段铣平均进尺为10 m左右,套管段铣效率大幅提高。Φ177.8 mm高钢级套管段铣工具具有切割时间短、段铣速度快、单趟进尺长等优势,推广应用前景广阔。     

超高压射流辅助钻井技术研究进展

超高压射流辅助机械破岩钻井是提高深井钻井速度的一项前沿技术，关键技术包括井下增压器、超高压射流辅助破岩机理和钻头、超高压射流钻井参数和工艺等。主要介绍了超高压射流破岩机理、井底流场和辅助破岩钻头研究进展，在此基础上提出了超高压水射流辅助钻井技术的研究方向。     

牙轮钻头齿圈布置设计分析

齿圈布置是牙轮钻头设计的一个重要内容,对牙轮钻头的工作性能和破岩效率有很大影响.本文在牙轮钻头运动学基础上研究了齿圈布置与井底破碎之间的关系,建立了系统地进行齿圈布置设计分析的新方法.根据牙齿在井底的运动分析,对钻头各圈牙齿在井底的滑移进行了定量的分析计算和各圈牙齿在井底径向平面内的运动轨迹所形成的包络线,作出了井底径向破碎图,它改进了传统的井底击碎图,可直观地反映移轴距和牙齿径向滑移对井底径向破碎的影响;建立了井底破碎环带划分和各齿圈单齿破岩量计算的新方法,指出齿圈布置设计,应尽可能均衡钻头各齿圈的单齿破岩量.这对牙轮钻头布齿设计具有重要指导意义.     

套管钻井专用钻头试验研究

在分析套管钻井技术存在钻头单井成井率难点的基础上,简要介绍了Ф339．7、Ф273．1mm表层套管钻井钻头（镶齿固定式和延展胀开式钻鞋）、Ф244．Ф244.5mm技术套管钻井钻头（铰接胀开式钻鞋镶齿固定式和延展胀开式钻鞋）和Ф177．8mm油层套管钻井钻头（钢体PDC钻头）的结构、原理、技术特点和技术参数。详细叙述了Ф339．7、Ф273．1mm表层套管钻井钻头和Ф177．8mm油层套管钻井钻头的单元试验和现场试验情况。结果表明,大庆油田研制的套管钻井专用钻头可以满足现场应用要求。     

复合齿形牙轮钻头及其破岩机理研究

针对现有牙轮（钢齿、镶齿）钻头已难以对一些复杂地层进行有效钻进这一现状，根据对牙轮钻头破岩机理的新认识，研制了一种新型复合齿形牙轮钻头。该新型钻头是一种具有新型齿面结构的牙轮钻头，其牙轮上的牙齿由齿形齿和盘式齿复合而构成，并且各牙轮上齿形齿和盘式齿的布置方式可根据硬地层等复杂地层的特性和钻井要求进行调整。两种齿对岩石的破碎作用将会互相影响，使得破碎岩石更加容易。为此，概述了国内外在复合齿形牙轮钻头方面所做的研究工作，并详细分析了这种新型钻头的结构特点和破岩机理，指出要研制出具有良好性能的复合齿形牙轮钻头，主要应从破岩机理、布齿方法与齿面结构、齿面强化工艺、钻头整体性能台架试验及复合齿形牙轮钻头结构设计等方面进行深入研究。     

龙岗001-3深井长井段水泥卡钻事故处理

龙岗001-3井完钻井深6643.89 m,在尾管固井过程中发生水泥凝固卡钻事故,落鱼长1847.60 m。经研究分析认为,只有通过长井段套铣作业才能够打捞落鱼,顺利完钻。为保证铣筒和?177.8 mm套管的安全,对铣圈进行改进,达到了既能套铁又能套水泥且不损伤?177.8 mm套管的要求;通过控制转盘扭矩降低了套铣弯曲落鱼对铣圈的损害;找出了套铣后对外形不规则落鱼的打捞方法,确保了水泥封固井段3896.79~4733.40 m钻具的套铣打捞作业顺利实施,对铣筒和套管没有造成损害,为同类井的施工提供了借鉴     

高效磨铣工艺技术配套总结

目前广泛应用的磨铣工具大都是由YD合金加工而成,工具综合机械性能差,施工中工具磨损大,施工效率低,工具使用寿命短。通过对金属钨合金材料的研究和大量现场实验,选择了一种新型钨合金材料,对磨铣工具结构进行了优化设计,形成了高效平底磨鞋、高效凹底磨鞋、高效铣锥、高效套铣头、高效复合铣锥等系列高效磨铣工具。经现场实验、应用证明:该工艺施工效率较普通磨铣工艺提高25％,工具使用寿命延长50％。     

撞击射流井底漫流特性数值研究

应用大涡模拟方法对不同条件下单喷嘴垂直撞击射流的流场特性进行了数值模拟,对数值模拟结果的分析研究表明,在射流撞击距离小于射流等速核长度的条件下,射流撞击距离和喷嘴出口面积的变化对井底漫流层的厚度没有明显影响.提出了采用井底有效漫流层厚度和有效平均漫流速度研究水力作用对井底和钻头的清洗及冷却效果的新概念.研究表明,就PDC钻头而言,减小钻头面至井底的距离,对提高整个井底的有效平均漫流速度,效果并不明显.