工程勘察用非均质热压金刚石钻头试验研究

工程勘察在同一个钻孔中需要面对不同风化程度的岩石层,并可能遇到不同粒径与胶结性的卵砾石层。因地质条件较为复杂,工程勘察钻进过程中容易产生憋钻、糊钻等现象,岩心采取率低。针对工程勘察钻进特点,为提高金刚石钻头对地层的适应性和钻进效果,并提高岩心采取率,设计了2种新型非均质热压金刚石钻头。该结构将每个工作齿分成主、辅工作层两部分,可以使钻头既具有PDC钻头破岩的特征,又能体现孕镶金刚石钻进的特色,并提高钻头对地层的适应性。现场试验表明,该结构的钻头在风化岩层和基岩中的平均钻进时效达2.68 m,钻头使用寿命平均达48.70 m;对比电镀金刚石钻头,钻进速度提高约21%,使用寿命相当。     

国际油气井钻头进展概述(三）——PDC钻头发展进程及当今态势（上）

自1973年PDC钻头应用以来,油气钻井发生了很大变化。但是PDC钻头在早期约15年时间内发展缓慢。此后,由于加强技术创新,如多层聚晶金刚石层、非平面界面专利、防回旋技术、滤钴工艺、优化水力学设计以及计算机建模等,促进了PDC钻头迅猛发展、广泛应用。目前,PDC钻头在世界上所钻进尺数已占到约90%。NOV公司近年推出4种太阳神PDC切削齿,由其制作的PDC钻头提高了热稳定性、抗研磨性、抗冲击韧性与导向性等。这类钻头可以钻进硬岩与研磨性地层,以及一些难钻地层,具有较高的钻进效率和较好的耐用性。Helios太阳神系列PDC钻头成功地应用于挪威、中东、澳大利亚以及美国等地的油气田。斯伦贝谢公司推出的ONYX玛瑙360°滚动PDC可保持刀齿锐利、相对冷却及延长寿命,显著地提高了钻头耐用性。在美国许多油气田应用表明,这种滚动PDC制造的钻头比固定齿PDC钻头平均钻进效率可提高40%以上,而钻头的工作寿命则可提高40%～70%。     

破碎混合岩单管人造金刚石钻头试验报告

鞍山地质公司在棉花地区钻探施工中,遇到离地表100～300米的混合岩,裂隙发育,硅化程度也较高.采用双管人造金刚石钻头钻进时,岩芯堵塞严重,钻进效率很低,而用单管人造金刚石钻头钻进,则钻头寿命显著降低.1980年7月,鞍山地质公司与中南矿冶学院达成试验高效长寿的单管人造金刚石钻头的协议.协议要求:钻头寿命从原有的20米提高到30米;时效从原有的1.4米增加到1.8米.通过几个月的研究和试验,已完成并超过了所要求的指标.试验结果是:钻头平均寿命为41.1米,提高了105.5%,时效平均为2.04米,提高了45.7%.     

合理使用孕镶金刚石钻头的实践

随着金刚石钻进技术的推广,钻进工艺日臻完善、合理;钻头的寿命不断提高,磨耗不断降低.我队钻头平均寿命从1977年的9.8米提高到现在的59.8米,每进尺一米,高度磨耗从0.26毫米降到现在的0.026毫米,平均时效从1977年的0.70米提高到现在的1.73米,因而使钻探成本从1977年每米80元降到31元(1979年全年平均数). 我队290个钻头的损坏情况表明,事故损坏占44%,过量磨损占30%,正常磨损占26%,而正常磨损的钻头中有一部份由于工作层即将耗尽,为了追求最后一点进尺仍继     

打滑地层新型孕镶金刚石钻头

在分析打滑地层特点的基础上,指出了钻进该地层所存在的问题,提出了用于打滑地层钻进的新型孕镶金刚石钻头的设计思路,在钻头工作层中采用主、辅两种磨料,并对这两种磨料的工作机理、处理工艺以及该新型钻头的制造进行了阐述.钻头的室内钻进试验结果表明:在钻进极坚硬致密的锆刚玉时,相对于普通金刚石钻头,新型孕镶金刚石钻头的钻进时效提高1.93倍,平均磨损量增加38%,具有高时效、相对寿命长的优点,是打滑地层钻进的理想钻头.     

元坝高研磨性地层提速提效集成钻井技术

四川元坝地区陆相下沙溪庙组—须家河组地层岩性复杂、可钻性差、研磨性强、地层压力高,使用牙轮钻头、PDC钻头等常规钻井技术钻速慢、周期长、效率低,引进扭力冲击器+PDC钻头、孕镶金刚石钻头+涡轮等进口提速工具费用昂贵,提速效果明显,但经济效益差。为降低钻井成本,结合地层地质特性,开展了个性化钻头及配套提速工具的研制及优选,形成了元坝高研磨性地层提速提效集成钻井技术,即自流井组珍珠冲段以上地层采用研制的KS1362ADGR型PDC钻头+国产大扭矩螺杆马达;珍珠冲及须家河组地层优选国产NR826M型孕镶金刚石钻头+高转速螺杆马达。通过3口井现场试验表明：同比2012—2013年完钻井指标,平均机械钻速提高64.7%;在井段长度增加8.7%的情况下,平均钻井周期缩短36.3%。该技术将对川东北、川西须家河组等高研磨性地层钻井具有指导作用。     

小秦岭复杂地层液动锤绳索取心钻探试验研究

小秦岭地区是我国主要的矿产资源地,属于严重的破、碎、硬、漏等复杂地层,特别是岩石结构致密、颗粒细、研磨性较弱的坚硬地层,采用传统回转钻进工艺时,钻头经常出现"打滑"现象,从而导致钻头寿命低、钻探效率低、事故率高、钻探成本高等问题。针对这些问题并结合生产,本文选择了3处典型复杂地层进行了液动潜孔锤+绳索取心"二合一"和传统金刚石绳索取心钻探试验。试验结果表明:与传统金刚石绳索取心钻进工艺相比,液动锤平均回次进尺可提高44%,机械钻速提高21.34%~30.3%,平均综合钻探成本降低了21%~28%,其中钻头费用可降低66.5%。同时,由于碎岩方式的改变,液动潜孔锤钻探具有钻孔防斜效果好、事故率低、钻头使用寿命长等特点。     

在可塑性橄榄岩钻进中防止糊钻、蹩水、提高效率的三种有效方法

一、双管内肋骨钻头钻进在可塑性强的四极橄榄岩中钻进,糊钻问题是126队许久以来的革新课题。虽在普遍采用单管内肋骨钻头钻进后,效率比楚库洛夫钻头有所提高,但岩粉糊钻仍很严重,严重阻碍着钻探生产效率的进一步提高。为此,501机全体职工在八月份提出了双管内肋骨钻头钻进,经使用后,大大地消灭了岩粉糊钻现象,提高了效率:平均回次进尺提高将近一倍,单位小时进尺提高了50%以上。如表1:     

塔东古城地区钻头优选及应用

针对大庆油田塔东区块古城地区地层含砾、岩石硬度大、85%以上井段采用牙轮钻进,导致深部地层钻速慢,钻头磨损严重等问题,在传统钻速预测方法基础上,引入钻头磨损、地层岩性、应用井深等相关参数,建立钻头破岩效率计算方法,并结合所钻遇的地层岩性、测井资料及钻头类型等,建立钻头优选模型,实现钻头选型定量化,提出了适用于古城地区的钻头序列推荐方案。现场成功应用5口井,单只钻头进尺和平均机械钻速均得到了很大的提高,实现了钻头优选提速提效的目的,为古城地区的高效钻井施工提供了重要的技术支撑。     

电镀高低锯齿状金刚石钻头在石英岩中的钻进效果

为了解决某矿区石英岩中钻进“打滑”的难题，我队去年在该矿区试用了武汉地院研制的φ66电镀高低锯齿状金刚石钻头，在10～11级石英岩、混合岩中钻进，平均钻头寿命为28.03米，比83年该矿区平均钻头寿命提高了1.53米，平均每米钻头成本10.70元，比     

若尔盖铀矿田金刚石钻头的研究与应用

若尔盖铀矿区是全国地质找矿“358”重点整装勘查区,是我国硬岩型保有储量最大的铀资源大基地。该地区处于高海拔地区,生态环境脆弱,可施工的周期短,地层构造发育,换层频繁,造斜能力强,裂隙发育,岩石脆、碎,造成钻头磨损严重、偏磨、钻进时效低、寿命短等问题。针对该地层特点,在前期试验和岩石性质测试分析的基础上,研制了不同结构的金刚石钻头,并在5个孔位中进行了生产试验。试验证明,过改进后的金刚石钻头在钻进时效与平均寿命方面均有显著提高,与2014年度的钻进数据相比,2015年度钻头的平均钻进时效提升了33.7%,钻头平均寿命提高了132%,达到了试验的预期目标     

深孔钻探金刚石钻头技术研究

介绍了能大幅提高深孔钻探效率、降低钻探成本的金刚石钻头——高效长寿命金刚石钻头的设计制造及工程应用效果。这种钻头包括两种结构形式——单水口高胎体金刚石钻头和双水口高胎体金刚石钻头。研究设计的新型高效长寿命金刚石钻头在钻速提高20%的前提下,寿命比常规钻头提高了200%,有效解决了深孔弱研磨性地层和强研磨性地层钻头寿命短的难题,取得了良好的效果。     

φ127 mm涡轮钻具在干热岩钻井取心钻进中的试验研究

干热岩地层以火成岩为主,地层温度高,可钻性差。为解决干热岩钻探机械钻速低、钻具磨损严重等问题,针对干热岩特点研制了一套耐高温φ127 mm涡轮钻具,并在福建省漳州市干热I井进行了试验,试验井段平均机械钻速与φ165 mm螺杆配合金刚石钻头相比提高了30.3%,与转盘配合牙轮钻头相比提高98.5%。试验结果表明,该φ127 mm涡轮钻具结构设计合理,能够满足干热岩高温钻探的需要。     

孕镶块式高胎体金刚石钻头的研制

为了提高金刚石钻头的时效和寿命,将钎焊法引入到高胎体金刚石钻头的设计和加工中。首先利用热压法加工耐磨性能好的金刚石孕镶块;然后加工自带两层水口和水槽的新型钻头钢体,且两水口之间预留焊接槽;最后采用钎焊法,将金刚石孕镶块焊接到钻头钢体上。野外试验表明,试制的2只Φ75/54.5 mm高胎体金刚石钻头,与现场使用的孕镶金刚石钻头相比,钻进效率分别提高41.7%和8.3%,使用寿命分别提高50.4%和32.9%。采用二次钎焊法加工的金刚石钻头,兼顾了热压法的优点,解决了工作层高度过高导致钻头胎体折断、掉块的难题,明显提高了金刚石钻头的使用寿命。     

仿生孕镶金刚石钻头高效碎岩机理

将仿生学的非光滑原理应用到孕镶金刚石钻头的设计中,研制出新型的仿生孕镶金刚石钻头,比普通金刚石钻头钻进时效提高了30%~80%。仿生钻头破碎岩石后岩粉的颗粒比普通钻头破碎的岩粉颗粒大,可节省能量消耗,提高破碎效率;仿生非光滑表面使得钻头唇面的比压增加,有利于钻头的锐化,从而提高了时效;另外非光滑表面改善了钻头和岩石的冷却条件,因此提高了金刚石钻头的钻进效率。     

低温氮、磁化综合处理钻头使用性能提高的X射线 和电子显微技术分析研究

在地质钻探和石油钻井中,钻头都是非常重要的钻进工具。其技术特性,特别是硬度和耐磨性与钻探的技术经济指标,即与机械钻速、钻头进尺和每米钻探成本直接相关。为了提高钻头的工作性能,俄罗斯南方国立技术大学提出了综合低温淬火、磁化回火处理钻头的方法。经过综合处理后,钻头体、复合片底座和钎焊层的硬度分别提高了30%、3%和22%。野外钻进试验结果表明,经过低温液态氮和磁化综合处理的与未经综合处理的钻头相比,每次试验钻头进尺都有提高,总体上钻头进尺提高了222%,取得了很好的钻进效果。并对取得的效果进行了X射线和显微技术分析。     

硬岩层人造金刚石钻头的研究

岩芯钻探是目前国内外用于直接查明地下矿藏资源的一种重要手段,钻头又是重要工具之一.因此,钻头的研制对提高钻探效率,降低成本,保证钻探质量,加快勘探速度具有一定的研究价值和现实意义. 1980年冶金部地质司下达科研课题,要求在浙江浬诸矿区进行人造金刚石钻头生产试验,平均钻头寿命要求达到30米,平均小时效率达到1.1～1.3米.     

难钻进地层金刚石钻头的现状和发展趋势

近年来,针对坚硬致密地层、坚硬强研磨性地层以及坚硬致密泥岩地层这3类地质勘探的难钻进地层,开展了金刚石钻头相关的研究与攻关,取得了重大进步。针对坚硬致密地层,通过在胎体中添加稀土和自锐材料、低压钻头结构设计,在可钻性小于11级的坚硬致密“打滑”地层中,钻进速度可达1.5～2.0 m/h,钻头寿命达30～300 m;针对坚硬研磨性地层,通过超高金刚石工作层和优化的水力结构设计,超细预合金化粉末以及超耐磨胎体性能,使机械钻速同比提高20%～70%,钻头寿命同比提高1.4～10倍;针对坚硬致密泥岩地层,对尖齿复合片和巴拉斯钻头进行了深入的研究,钻进效率提高了50%左右。在油气田深井硬岩钻探领域,NR826系列金刚石孕镶钻头配合螺杆钻具同比牙轮钻头,机械钻速提高18%～85%,钻头寿命提高5～8倍。此外,我国在海洋深水钻探复合片钻头方面的研究也取得了长足的进步。     

在坚硬岩层中推广液压冲击钻进用的ГПИ-2型钻头

钻进坚硬岩层时为了提高钻头的平均进尺,中央设计局研制成－2型新式钻头(见图)。钻头焊嵌有6块长方平行六面体状的BK15硬合金片,其底部呈圆柱形。由于合金片     

金刚石小口径钻进工艺情况

从一九七五年七月至一九七六年六月止，先后在两个矿区进行金刚石钻进试验，共完工钻孔17个，累计进尺1940米。完成上述进尺，共使用上砂钻头54个，扩孔器17个。钻头最高进尺为209.75米，平均钻头进尺为35米，平均时效为1.35米。在某磷矿平均时效比钢粒钻进提高28.5％。