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钻头选型及岩屑录井

塔北地区雅轮构造带中、新生界以泥质岩为主的地层厚达6000余米，岩石可钻性差，使用PDC钻头可提高钻井速度、降低钻井成本、增加经济效益。但由于PDC钻头本身造价较高，对不同地层的适应性存在较大差异，如选型不当则达不到其应有的效果。并且PDC钻头在提高钻井速度的同时，却给钻时、岩屑、油气录井带来负面影响。总结S84井的施工经验发现：在中软地层中使用大齿形PDC钻头钻进，其钻屑的颗粒相对较大，砂样中真岩屑的比例相对升高，为保证岩屑录井质量创造了必要条件。“大套观察、高中求低、低中求高、幅低看岩屑”的钻时录井方法很好地解决了PCD钻头的钻时卡层问题；多点、多次取样法，镜下观察描述法有效地保证了PCD钻头钻进的岩屑录井质量；综合分析法，确保了油气发现率100％的行业目标的实现。正确的钻头选型和切实可行的录井措施的完美结合，能够实现“高效钻井”与“优质录井”的和谐统一，收到事半功倍的效果。     

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.      

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。      

使用新型PDC钻头提高石西地区钻井速度的设想

本文主要阐述石西地区适合PDC钻头所钻地层及PDC钻头的选型、新型PDC钻头的特点性能、PDC钻头钻进的使用工艺措施，钻井参数等内容，通过现场资料分析和初步尝试，达到提高石西地区钻井速度的目的。     

测井资料在火成岩地层提高钻进速度中的应用研究

针对聚晶金刚石（PDC）钻头在火成岩地层存在机械钻速低、单只钻头进尺少、耗时多等问题,分析了导致火成岩地层钻进速度慢的原因;利用声波时差与钻头选型的关系,结合地层岩心数据,设计出了能够在火成岩地层大幅度提高钻进速度的PDC钻头。现场试验结果表明,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%。     

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     

QP19-L型PDC钻头在TK320井的应用

针对塔河地区的地层特点和PDC钻头的破岩机理，优选了适合于该地层钻进的QP19-L型PDC钻头，总结了PDC钻头的使用技术措施。在TK320井二开井段的应用表明，该钻头能明显提高机械钻速，缩短钻井周期，值得推广应用。     

川东北海相地层PDC钻头优化设计及应用

针对川东北地区海相地层钻井速度慢、周期长等问题,采用室内试验、统计分析与理论研究相结合的方法,对海相地层抗钻特性进行分析,对高效破岩工具进行了优化设计,优选出适合海相地层PDC钻头的切削齿尺寸和后倾角。从剖面形状设计、布齿设计、力平衡设计和水力设计等方面对PDC钻头进行优化设计,研制出适合川东北海相地层高效钻进的个性化PDC钻头。现场应用结果表明,研制的P613MRR型PDC钻头能够大幅度提高机械钻速和钻头进尺,降低钻井成本,为海相地层的高效开发提供有力保障。     

堡古1井高温复杂地层PDC钻头的研究与应用

堡古1井为冀东油田第一口重点风险探井,位于河北省唐山市东南海域南堡油田4号岛上,设计井深5 396 m,为一口三段制四开定向井,设计井斜15 °,三开井段(φ)215.9mm钻头钻进井段3 550～4 918 m,地层为沙河街灰质泥岩、砾岩、玄武岩和砂泥岩互层段,岩性变化频繁,地层研磨性强,可钻性差,无邻井参考资料.为了提高该井段高温复杂地层条件下的钻井速度,经过对PDC钻头损坏机理研究,采用等切削和等磨损原则设计钻头,充分考虑高温复杂地层对复合片的冲击和研磨作用,及钻头工作的稳定性,分别从钻头冠部形状、切削齿尺寸、倾角、布齿密度、工作稳定性以及选齿等方面进行优化设计.通过在现场的实际使用,获得了良好的效果,对今后此类地层的钻头设计和选型具有较强的指导意义.     

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。     

PDC钻头厚层砾岩钻进技术探索与实践

为了降低海上钻井作业成本、提高作业效率,开发了PDC钻头厚层砾岩钻进技术。在保持普通PDC钻头快速切削性能的基础上,通过优选新型高强度PDC切削齿、改进钻头切削结构提高钻头的整体强度,通过采用后倾角渐变、力平衡设计、加强切削齿保护等方法提高钻头的稳定性,并且在使用中通过优化钻具组合、采用合理的钻井参数和"中低排量-中低转速-中高钻压"的平稳钻进模式预防PDC钻头在砾岩段的先期破坏,有效延长了钻头在砾岩钻进中的寿命。应用该技术实现了用PDC钻头在辽东湾一次性钻穿馆陶组和东营组上部疏松地层中垂厚近80m的砾岩段,有的井钻穿砾岩段后又直接钻下部中硬地层至完钻井深。采用PDC钻头厚层砾岩钻进技术,可以大量节省海上钻井作业时间,显著降低钻井费用。     

为PDC钻头连续钻进进行钻井液性能控制

PDC钻头具有钻进时间长、机械钻速高、起下钻次数少等特点,使用PDC钻头可大大提高钻井速度。但PDC钻头的使用效果与PDC钻头在钻进过程中短程起下钻的次数有很大关系,每次短程起下钻后机械钻速都要明显地降低。吐哈中原钻井公司通过在钻井液上做文章,围绕如何形成薄滤饼和如何减薄滤饼上下功夫,基本解决了PDC钻头起下钻阻卡问题,实现了PDC钻头连续钻进(中途不用短程起下钻),充分发挥了PDC钻头使用效果。     

井下螺杆增压提速装置关键部件设计

钻井提速是各大石油钻井公司研究的重要方向,油气钻井工程实践表明,提高井底钻头喷嘴射流压力可以大幅提高钻井速度。在分析现有井下增压的基础上,研制了井下螺杆增压装置。该装置以螺杆泵作为动力,通过新型换向机构将旋转运动转换为增压泵的往复运动,成功实现了井底增压;钻头超高压喷嘴射流压力达到80～100MPa,有效地实现了超高压射流钻井,达到了提高钻速、降低钻井成本的目的。     

非均质地层锥形辅助切削齿PDC钻头设计与试验

为了提高PDC钻头在非均质地层中的机械钻速和延长钻头使用寿命,研制了带有锥形辅助切削齿的PDC钻头。该钻头以PDC齿为主切削元件,锥形齿和PDC齿为副切削元件,开始工作时以PDC切削齿剪切破岩为主,当PDC切削齿吃入地层到一定程度后,锥形齿开始犁削岩石形成裂纹,有助于PDC齿以较小切削力破碎岩石;相邻2个刀翼的后排齿分别布置锥形齿与PDC齿,用于钻头钻进后期的提速提效,既具有常规PDC钻头破岩效率稳定的特点,又具有锥形齿在非均质地层破岩效率高的特点。现场试验表明,与常规PDC钻头相比,锥形辅助切削齿PDC钻头在非均质地层中使用寿命长、机械钻速高。锥形辅助切削齿PDC钻头的成功研制,为钻进非均质地层提供了一种新的高效破岩工具。      

准噶尔盆地阜东探区钻井提速技术

准噶尔盆地阜东地区地质条件复杂,中上部地层泥岩发育,井壁稳定性差,下部地层存在异常高压,岩石均质性差、夹层多,造成井身结构优化和钻头选型困难、井下复杂时率高、机械钻速低、钻井周期长等钻井难题。为此,开展了地层压力系统分析和岩石力学特性参数评价、井身结构优化、个性化PDC钻头优选以及钻井液体系优选等方面的研究和应用,取得了显著的效果,平均机械钻速提高了30.4%,井下复杂时率降低至0.35%,钻井周期缩短了10.5 d,实现了多口井不下技术套管钻井,大幅度降低了钻井成本。该探区优快高效钻井配套技术的成功应用,对加快阜东地区油气勘探进程具有十分重要意义。     

围压条件下PDC钻头不同齿形的破岩实验研究

为了解决塔里木油田泥页岩地层钻速低的难题，提高ＰＤＣ钻头的破岩效果，研究了围压及ＰＤＣ钻头齿形对破岩效果的影响规律。利用深井破岩试验装置，模拟了井深０￣５ｋｍ的压力条件，进行了ＰＤＣ单齿破岩室内试验。结果表明，切削齿形不同，其破岩效果不同，楔形齿的破碎比功最小，圆齿的破碎比功最大。此外，试验还显示出随围压的增加，破岩效率下降；增大吃入深度，可降低破碎比功。     

PDC钻头泥包的识别及其录井参数特征

PDC钻头的高钻速和耐磨性,为提高钻井时效创造了条件,但在某些地层中PDC钻头在钻进过程中容易发生钻头泥包,不仅影响钻进速度,而且可能引发井喷。针对此问题,开展录井现场的实时评价、及时发现与识别PDC钻头泥包,是综合录井的重要工作之一。在PDC钻头钻进过程中对录井参数及曲线的异常变化进行实时监测,可及时发现钻头泥包,通过实例分析,总结出PDC钻头发生泥包时综合录井参数变化特征,阐述了钻头泥包与钻头老化的异同点,提出了钻头泥包的识别方法和步骤,在实际应用中取得了很好的效果,为拓展综合录井仪在钻井工程预报中的作用进行了有益的探索。     

削减PDC钻头泥包提高机械钻速的技术途径

采用PDC钻头与水基钻井液配合方式钻进泥页岩地层时,如何防止钻头泥包成为提高钻速的一大技术难点。为此,首先介绍了国外水基钻井液和水基钻井液添加ROP增速剂的钻头提速室内模拟实验取得的成果;然后用典型实例分别评述了PDC钻头优化（结构、氮化处理）以及在泥岩段地层中应用水基钻井液添加ROP增速剂的提速效果。考虑到钻井液的费用和环保问题,认为加入ROP增速剂的水基钻井液配合抛光PDC钻头将是软泥岩地层提速的有效技术途径,其应用一定会有更广阔的前景。     

硬地层PDC钻头切削齿尺寸及后倾角优化设计

PDC钻头是目前石油钻井中使用较为广泛的一种破岩工具,但其在硬地层中的使用效果不佳,钻进效率低,使用寿命短。PDC钻头的切削齿尺寸、后倾角等是影响其钻进性能的重要参数,通过室内微钻头试验,综合考虑硬地层PDC钻头布齿设计中切削齿的重叠和覆盖情况,以相同钻压下微钻头在岩样表面旋转一周的切削深度作为评价其破岩效率的指标,分析了切削齿尺寸、后倾角等对硬地层PDC钻头破岩效率的影响。结果表明:在钻进可钻性超过Ⅵ级的硬地层时,.切削齿尺寸越大,其破岩效率越低;钻进可钻性为Ⅵ—Ⅶ级的硬地层时,13.44 mm.切削齿的破岩效率最高,其最佳后倾角为15°。