新型PDC钻头概述

<正> 70年代初美国人发明了PDC钻头。在世界范围内得到了普遍应用。PDC钻头在软到中硬地层中具有机械钻速快、寿命长、钻进平稳等优点。为扩大PDC钻头的使用范围,使之能有效地钻穿硬夹层或较硬的地层,提高钻头在复杂地层内的钻进效率,世界各大钻头厂家又相继研制出了新型PDC钻头。Christensen公司研制的Mosaic、Hycalog公司研制的Hybrid和DBS公司研制的PD型和TD型等新型PDC钻头,大大提高了PDC钻头的抗冲击能力、抗冲蚀性     

北部湾PDC钻头高效钻进及配套技术浅析

从北部湾地区PDC钻头高使用率的实际情况出发,结合该地区的地层特征及钻头使用情况,总结分析了PDC钻头在钻头选型、使用中异常工况的判断以及配套技术等方面应用的成功与不足,提出PDC钻头高效钻进还应在黑灰色碳质泥岩加强钻头选型,在浅部大倾角、塑性泥岩地层配合弯角马达钻进,目的层段根据裸眼段长度合理选择弯角马达或PowerDrive动力导向系统,以及加强PDC钻头异常工况的预防和处理等措施,从而真正发挥PDC钻头高效钻进作用,实现进一步降本增效的目标。     

适合多夹层地层PDC钻头设计及应用

PDC钻头在钻井破岩中所占的比例越来越大,但在软硬交错的多夹层地层钻进时效果却不理想,常常发生先期损失。针对胜利油田多夹层地层特点进行了PDC钻头的优化设计,开创了钻头切削结构设计新方法,改进了钻头的水力结构设计,采用了多种稳定性结构设计方法。根据该设计制造的一种新型复合式PDC钻头在多夹层地层中取得了较好的应用效果。与牙轮钻头相比,使用新型复合PDC钻头机械钻速高,进尺多,井身质量好,对加快油田勘探开发速度、降低钻井成本有积极的意义。     

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.      

Q2-24井钻头优选试验研究

玉门油田青西地区地层可钻性变化较大，钻头选型困难，导致机械钻速较低。在Q2-24井钻井过程中试验应用了BEST公司的PDC钻头和HUGHES公司的三牙轮钻头，结果表明：该地区弓形山组地层开始直到中沟组泥岩段(2200～3500m)夹杂砂岩、砾岩的地层，使用小尺寸、大倒角的PDC钻头是适宜的，但需认真分析岩性及井下情况，并参阅邻井PDC钻头使用资料，确定合理的钻井参数和钻具组合，以提高机械钻速，缩短钻井周期；与国产钻头相比，HUGHES钻头的的机械钻速较高，钻头的轴承和胎体材质较好，与国产钻头相比，能承受更大钻压。     

PDC钻头在东海西湖凹陷的实践与认识

文章针对在东海西湖凹陷六口井 31 1 .2mm及 2 1 5 .9mm井眼所使用的PDC钻头统计分析 ,并结合笔者自己使用PDC钻头的实践 ,提出使用PDC钻头时注意环节 ,建议针对西湖凹陷地层的特点选择适合该地区的PDC钻头类型     

关于建立全面钻进的PDC钻头系列问题

从统计分析比较当前世界上145种PDC钻头适用岩石的性能特征出发,与适用该地层的牙轮钻头相比较,得出在各种地层中这些PDC钻头的国际上通常设计特征。并以此为依据,提出建立全面钻进PDC钻头的基本系列拟应以适应地层为特征的分类主体,并形成钻头分类与钻头设计结构特征之间的关系,再将钻头型式划分与钻头基本外径系列相结合,就可以建立整个全面钻进PDC钻头的族谱,或完整的尺寸型号系列。     

地层岩性的随钻评估方法研究及应用

地层岩性的随钻评估对钻井工程技术人员和地质人员十分重要。本文根据钻头破岩机理和能量守衡原理,建立了地层岩性随钻评估模型。使用PDC钻头钻井时,岩屑破碎很细,通过岩屑录井来判断地层岩性十分困难。针对PDC钻头的切削机理,从PDC钻头切削刃受力平衡角度出发,建立了PDC钻头钻井时地层岩性随钻评估模型。现场初步试验表明,该模型具有一定的合理性和实用性。     

川南威荣气田深层页岩气水平井钻头优选及应用

威荣气田地质条件复杂、地层老、可钻性差。分析前期钻头应用效果及存在的问题,结合建立的地层岩石可钻性剖面,应用钻头设计理论,优选适合的钻头型号,确定适合本区块的钻头关键技术:一开沙溪庙组～新田沟组地层适合攻击性强的5刀翼钢体PDC(聚晶金刚石复合片)钻头;二开陆相地层推荐使用耐磨性强的6刀翼胎体PDC钻头,海相地层以6刀翼钢体PDC为主,在部分高研磨性地层采用混合钻头;三开造斜段使用6刀翼、短保径定向PDC钻头,提高工具面稳定性;水平段使用5刀翼、长保径PDC钻头。现场应用表明,与前期平均指标相比,钻速提高1倍以上。     

用于含砾石且软硬交错地层的新型PDC钻头设计

PDC钻头用于软到中硬的均质地层钻进具有钻速高、寿命长等特点 ,但不适合含砾石地层和软硬交错地层。鉴于此 ,针对含有砾石和软硬交错地层的特点 ,提出了混合切削结构设计 ,并制造了新型PDC钻头 ,在含砾石的地层和软硬交错地层中取得了较好的使用效果。混合切削结构增强了PDC钻头的使用可靠性和穿越砾石层的能力 ,减轻了切削齿的先期损坏。用 1只新型PDC钻头可以钻成 1口 2 5 0 0m以浅的中深井 ,减少了起下钻次数 ,缩短了建井周期。     

PDC钻头在西部工区的应用分析

PDC钻头在西部深井中应用越来越广泛,PDC钻头应用的效果对全井的钻井速度影响很大,是目前西部推行优快钻井的关键技术之一。在西部深井PDC钻头应用中,不同施工单位,不同钻头型号带来差异很大的结果。在现场使用过程中,还存在许多值得改进的地方。文中简要叙述了PDC钻头在西部的适应地层、设计思路要点及应用情况。在塔河油田及准噶尔盆地中部地层特性均有利于PDC钻头的应用,针对深井地质特性,对钻头提出了设计需要重点考虑的因素。介绍了PDC在塔河及准噶尔中部的应用,强调必须与其它技术综合使用才能取得更好的效果。
     

复合PDC钻头成功钻穿多夹层地层

PDC钻头在钻井破岩中所占比例越来越大,但在软硬交错的多夹层地层钻进时效果却不理想。介绍了一种复合式PDC钻头,该钻头在多夹层地层钻井施工中取得了较好的试验效果。与同地区同井段使用的H517牙轮钻头相比,复合PDC钻头机械钻速提高30%以上,寿命长,进尺提高1倍以上,成本降低20%以上,并有防斜、纠斜等特点,对加快油田勘探开发速度、降低钻井成本有重要的意义。     

PDC钻头钻复合地层技术在旅大油田的应用

PDC钻头已经成为渤海湾优质高效钻井的一个重要手段。旅大油田由于地层均质性差，馆陶组地层的底砾岩对钻头破坏异常严重，需要对PDC钻头进行一系列的改进和处理。主要从布齿设计、PDC钻头切削件的优化、动态稳定性的改进以及合理钻井参数的选择等方面阐述了对PDC钻头机械钻速和使用寿命的影响，介绍了对PDC钻头的管理，分析了其经济效益。     

新型PDC钻头设计

PDC钻头在钻井破岩中所占的比例越来越大,但在软硬交错的多夹层地层钻进时效果却不理想,常常发生先期损坏。针对胜利油田多夹层地层特点进行了PDC钻头的优化设计,突破了PDC钻头单一切削元件模式。根据该设计制造的一种新型复合式PDC钻头在多夹层地层中取得了较好的应用效果。与牙轮钻头相比,复合PDC钻头机械钻速高、寿命长、进尺多等特点,对加快油田勘探开发速度、降低钻井成本有积极的意义。     

PDC钻头的新发展——PDC复合钻头

利用PDC钻头能在软地层获得高钻速的效果,利用天然金刚石钻头能在研磨性硬地层获得理想的钻速和寿命的特性,国外已出现了综合这两种钻头优点的PDC复合钻头。钻头的切削工作面沿其切削方向上相隔布着PDC齿和天然金刚石齿,而天然金刚石齿总是位于PDC齿之后,并且在出露尺寸上低于PDC齿;钻头的保径面上布有能抵抗研磨性地层磨损的几种性能各异的保径块。现场使用这种钻头的记录表明,其工作指标相当令人满意,而且单位进尺平均成本又低于其它类型钻头。     

四川油气田PDC钻头应用新进展

近年来,随着PDC钻头技术的快速发展,特别是针对四川盆地复杂地层岩性条件开展的特殊PDC钻头开发与应用研究取得一系列重大突破,PDC钻头在四川油气田的应用越来越广泛,对钻井提速发挥了非常重要的作用,技术经济效益十分显著.2010年PDC钻头在四川油气田钻井总进尺中的比例已达到56.93％,取代了牙轮钻头长期占据的主导地位,2012年,在四川油气田钻井总进尺中PDC钻头的进尺比已超过70％.     

斧形齿PDC钻头的研制及其在东海的应用

东海多口井所用PDC钻头在深部地层钻进过程中出现了机械钻速低、进尺少的情况,钻头起出后发现PDC钻头切削齿磨损严重.为此,在详细分析东海深部地层所用PDC钻头使用情况的基础上,对PDC钻头进行机械设计和水力设计.在机械设计优化时,根据设计三原则和力平衡原则,从钻头冠部轮廓、布齿设计两方面对钻头机械结构进行优化.在水力设...     

川西须家河组地层PDC钻头结构参数优化及选型

川西深层须家河组气藏主力储层埋藏深、地质条件复杂,尤其是其地层硬度高、可钻性差,致使钻头选型困难,机械钻速低。为提高须家河组地层机械钻速,针对地层岩性特征,利用ABAQUS软件建立了切削齿破岩有限元模型,结合钻头设计理论优化了PDC钻头结构参数,确定出了适合须家河组地层的钻头冠部轮廓、切削齿、刀翼数和保径特征等主要结构参数,提出了PDC钻头选型的关键特征。在此基础上,优选出了9个型号PDC钻头,形成了须家河组地层钻头系列化选型方案:须5段-须3段地层宜选用攻击性强同时具有较强抗研磨性和抗冲击性的PDC钻头,须2段地层宜选用高抗研磨性兼顾吃入能力和抗冲击性的混合布齿钻头。现场应用表明,42只优选钻头平均进尺增加27.57%,钻速提高40.19%,实现了须家河组地层钻井提速新突破。      

结合具体用途进行设计可提高钻头性能

近年来，紧密结合所钻地层岩性和用户具体要求进行钻头改型和设计的方法在西方钻头公司中日渐普及，本文就美国休斯.克里斯坦森公司的一些具体做法对这方面的实践进行了简要阐述，内容涉及如何正确的进行钻头选型、开发和制造新型PDC钻头、孕镶式金钢石钻头和牙轮钻头，以及这些钻头的使用对比情况等。     

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。