煤层底板灰岩层注浆定向水平井用PDC钻头个性化设计

针对煤层底板灰岩层定向水平注浆井钻进工艺特点及灰岩层地层特性,通过分析现场地质特征及构造、钻孔设计以及井身结构等特点,对拟钻地层特性、钻进工艺以及常规钻头磨损情况进行研究,对钻头剖面形状、切削齿排布、切削齿安装角度以及金刚石复合片优选进行优化设计。新设计钻头采用抛物线剖面,极限密度布齿并针对关键部位增加后备齿加强的方案,降低钻头关键部位磨损,提高钻头攻击性,以通过数值模拟分析异形切削齿破岩效率,以强化鼻部切削齿,提高钻头抗冲击韧性,防止钻头冲击破坏。采用优化设计的钻头进行现场试验,使用寿命较常规PDC钻头提高58.18%|复合钻进平均速度较常规PDC钻头提高50%|定向钻进平均速度较常规PDC钻头提高56.52%,实现了灰岩层底板注浆施工优快钻井需求,为硬岩裂隙地层定向井钻进施工提供了钻头设计方案,为同类地层注浆井的施工提供了技术支撑。     

弧角形PDC钻头在煤层顶板高位定向钻孔中的应用

结合定向钻进原理,分析了3种常用PDC定向钻头的结构特点及适用性,并针对地层特性,通过钻头剖面形状设计、刀翼结构设计、切削齿排布等方面的优化,设计了弧角形PDC定向钻头,并进行了现场试验,试验结果表明:弧角形PDC钻头寿命为普通钻头2倍以上,钻进效率提高1倍,钻头能够满足顶板孔定向钻进的要求。     

大直径定向长钻孔用PDC钻头设计与应用

针对煤矿井下中硬地层钻进中采用的常规单齿式PDC定向钻头和常规型扩孔钻头钻进寿命短,效率低,以及常规扩孔钻头在扩孔钻进中难以沿原孔轨迹钻进的缺陷,结合大直径定向长钻孔对三种钻头的需求,研制了两种新型PDC钻头,其中新型PDC定向钻头采用刮刀型平底结构并优化布齿,增加了切削齿数量,扩孔钻头采用圆弧形剖面,并沿切削剖面布齿,增大了切削自由面。针对两种钻头进行了现场应用,现场应用证明,新型PDC定向钻头受控性好,钻进稳定,在中硬地层钻进效率和寿命显著提高,是普通单齿式钻头的2倍,新型扩孔钻头能够沿先导孔轨迹扩孔钻进,钻头寿命是普通扩孔钻头的3倍以上。     

多级金刚石表孕镶钻头在坚硬岩屑砂泥岩互层的应用研究

本文针对山西晋城及霍西煤层气预查孔钻探施工中的坚硬岩屑砂泥岩互层钻进效率低的难题,研制了一种多级金刚石表孕镶钻头,对比之前研制的尖齿切削齿复合片钻头以及其他厂家钻头,机械钻速得到明显提高,在该类型地层取得了良好的钻进效果。     

金3井混镶金刚石钻头的设计与应用

针对东北地区金3井沙河子组致密泥岩和砂砾岩互层,地层软硬交错、研磨性强,钻进机械效率低,钻头寿命短的问题,通过改进胎体配方、采用耐磨的混镶金刚石热压镶嵌齿作为切削齿、优化了钻头的切削结构、采用CFD软件进行钻头水力结构模拟与优化,研制了混镶金刚石钻头(NR826M)。所设计的钻头在金3井共使用了3只,总进尺784.69 m,钻头平均机械钻速1.03 m/h,单只钻头最高进尺295.03 m,钻头寿命是牙轮钻头的6.5倍,机械钻速是牙轮钻头的1.5倍,为该井缩短了钻井周期40天,降低了钻井施工成本,也为该地区同类地层的钻头选型提供了更多的选择。     

槽形反循环PDC刮刀钻头设计与应用

针对常规反循环钻头在表层井作业施工中存在的工具面不稳定、机械钻速低、钻头使用寿命短等问题,设计了一种新型的槽型反循环PDC刮刀钻头。该钻头采用阶梯式槽型刀翼形状,对切削齿参数进行了优化设计,提高了钻头的稳定性能和机械钻速,延长了钻头的使用寿命。现场试验表明,与常规反循环钻头相比,槽型反循环PDC刮刀钻头的平均机械钻速和钻头进尺有了大幅提高,这能为钻井公司节省大量的作业成本,具有较高的推广价值。     

大庆油田登娄库组PDC钻头设计与应用

大庆油田各区块登娄库组地层普遍存在岩石坚硬和研磨极值高的特点,常规PDC钻头在该地层使用后存在机械钻速低、钻头进尺少和钻头使用寿命短等问题。为此,针对登娄库组地层的地质特点,个性化设计了一种登娄库组地层高效PDC钻头。该型钻头在登娄库组地层进行了现场试验,平均机械钻速5.69m/h,钻头进尺202.32m。现场试验表明该钻头在登娄库组地层机械钻速和钻头进尺较邻井有了明显提高,其综合性能满足钻井作业需求,具有较高的推广价值。     

基于混合布齿技术的新型PDC钻头设计与应用

为了提高PDC钻头在大庆地区调整井作业的机械钻速,并降低钻头制造成本,创新性地将混合布齿技术应用于PDC钻头个性化设计,针对混合布齿技术特点进行了合理的钻头冠部形状设计、切削结构设计和水力结构设计。结合目前胎体PDC钻头的制造工艺,设计制造了基于混合布齿技术的新型Φ215.9mm PDC钻头,相较于同尺寸常规钻头,单只钻头制造成本降低了721元。新型钻头在大庆地区南2区块进行了现场应用,钻头平均机械钻速38.6m/h,与常规钻头相比,提高了1.2m/h。     

针对地层岩性特征进行金刚石钻头优化设计和选型

金刚石钻头在钻井破岩中所占的比例越来越大，而岩石力学特性是进行金刚石钻头设计和选型以及制定钻进参数的主要依据。本文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，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，针对地层岩性特点作出钻头的优化设计，并相应地推荐了适用的钻头型号。     

基于套管钻井工艺的可钻式钻头研究

套管钻井工艺可有效解决在采动稳定区实施钻井时的井眼塌孔问题,可钻式钻头与常规PDC钻头相比,钻头体结构重新设计,以满足可钻性要求以及正常的钻进功能。结合使用的具体要求,可钻式钻头在布齿设计上进行了相应的优化和改进,使用力平衡技术对钻头布齿参数进行优化改进,以使钻头布齿满足要求。基于有限元软件分析,可钻式钻头的结构强度满足钻进要求,钻头结构设计合理。     

非平面齿钻头在塔东城探区块的应用

新疆塔东城探区块“黑被子”地层碳晶质泥岩发育,夹砂砾岩,地层坚硬（可钻性极值>6）,研磨性高,常规方式钻进机械钻速仅为0.92m/h,且存在钻头磨损严重、单趟进尺少等难题,严重制约了塔东地区钻探进程。针对这一难题,研制了一种非平面齿PDC钻头,现场试验表明该钻头的综合性能满足钻井作业需求,具有较高的推广价值。     

基于破碎单位体积岩石能耗量设计坚硬研磨性岩石用钻头方法的研究

深孔钻进时常常遇到坚硬岩石和研磨性岩石,在这种岩石中钻进时钻探技术指标不甚理想。建议以破碎单位体积岩石能耗低的标准来设计和研制孕镶金刚石钻头。按此标准设计的胎体扇形块上带有凸出和低洼切削齿的梳状金刚石钻头,在实验台上进行的试验,试验结果表明,与常规平底胎体金刚石钻头比较,破碎单位体积岩石能耗量降低了,机械钻速提高了,胎体单位进尺磨损量降低了。建议对这种新型钻头给以充分注意并进行进一步研究。     

水力结构增强型PDC钻头应用分析

钻头水力设计在提高钻头钻进性能方面具有重要作用,特别是当钻进占全球75%的页岩软地层的时候尤为重要。为了进一步提高钻头的水力学性能,首先分析了固定切削齿钻头水力学的关键设计特征,然后使用数值和实验工具如CFD和带压钻进实验室(PDL)对最佳的喷嘴方向、位置等特征进行了改进。通过喷嘴方向和位置优化,钻头的机械钻速提高了17%;通过适当的刀翼高度设计,机械钻速进一步提高了17%;在上述研制基础上,通过在基线钻头上增加导流板结构,在低水利条件下,实现了提高机械钻速20%以上,取得了不错的现场应用效果,对于今后开展水力结构增强型PDC钻头的研制及应用具有重要的实际意义。     

库车深部复杂砾岩地层PDC钻头优化与应用研究

库车山前克拉苏构造带地质情况复杂,康村组下部—苏维依组地层含大段砾石层,可钻性差,常规PDC钻头不适应该含砾地层。为此,在深入分析了区块含砾地层物性和区块含砾地层PDC钻头失效方式的基础上,有针对性的设计了适合于砾石层的PDC钻头。通过采用耐磨性和抗冲击性较好的φ16mm切削齿,中等布齿密度、肩部和鼻部双排齿设计,冠部形状采用浅锥和中等抛面长度设计,保证钻头具有较好的攻击性和抗冲击性。优化设计出的φ333.4mm PDC钻头在KS和DB区块进行了现场应用,直接钻穿吉迪克组含砾地层,与邻井同层段钻井数据相比,KS区块钻头单只进尺和机械钻速分别提高194.02%和182.25%,DB区块钻头单只进尺和机械钻速分别提高329.5%和216%。试验结果表明,设计的PDC钻头在该区块砾石层中使用效果良好,适合于该地层。     

同心双径钻头在布尔甘油田的试验分析

布尔甘油田12-1/4″眼岩性复杂、岩石强度高,钻进过程中机械钻速慢、单只钻头进尺低。为了提高该井段的钻井速度,首先介绍了该油田的地质、工程概况及前期的12-1/4″井眼的施工情况。通过有限元对比分析"单径"和"双径"钻头钻进期间的井周应力大小,同心双径钻头由于能够消除井周岩石的应力大小,具有提高难钻地层机械钻速的优势,加之该钻头能够消除PDC钻头"卡滑"现象,保护钻头主切削结构和肩部切削齿,具有延长钻头使用寿命的效果。最后,经在布尔甘油田开展2只钻头现场应用,平均机械钻速提高了1倍左右,应用效果较为显著,为今后开展同心双径钻头的研制及现场应用提供了重要的借鉴作用。     

榆树林油田定向井钻井提速配套技术

在榆树林油田施工定向井组具有机械钻速低、钻头选型不合理、轨迹控制难度大等难点,为了提高榆树林油田定向井施工效率,缩短钻井周期、降低钻井成本,形成一套完整的定向井钻井提速配套技术,进行了PDC钻头个性化设计和钻井参数的优选,针对区块特点优化设计了四段制井眼轨迹剖面类型,同时设计了双?210mm稳斜防卡钻具组合,降低了井眼曲率变化幅度,提高了定向一次成功率,建立起了一套较好的定向井钻井提速技术,取得很好的施工效果。     

国际油气井钻头进展概述(四)——PDC钻头发展进程及当今态势(下)

近年来,非平面PDC切削齿,如浅凹面PDC齿、Stinger毒牙中心锥形齿、Stinger毒牙刀翼锥形齿、Axe Blade斧式脊形PDC齿和Stay Cool保持冷却PDC齿等制造的钻头,逐步在油气钻井中得到有效的应用。这些钻头能够以较高的钻进效率和工作寿命钻进某些硬岩和研磨性地层。为了满足水平钻井,特别在页岩气水平井中能够强力排除岩屑,并具有优良的钻井导向性能,国际著名公司推出了许多新型钻头,如ONXYⅡ矛式PDC钻头、Seeker导向PDC钻头、Counter Force反力PDC钻头、Speed快速PDC钻头等用于当代油气钻井,取得了良好的效果。文章还介绍了Defyer DPA套管钻头与Cutt Pro PDC防剪切保护帽。提出了以下建议:继续深入研究PDC钻头,以提高其性能,更好地满足油气钻井的要求;组合化钻头是油气钻头发展的重要趋势;比金刚石性能更好的钻头切削材料有可能今后发现或合成,可用于制作更佳钻井钻头;我国钻头企业需重组和发展状大;各种钻头技术创新应该加强。     

复合冲击钻井工具在大庆徐深气田现场试验

大庆油田徐深气田区块登娄库组至营层组层位研磨性强、可钻性差,导致在该段钻井工程中,单只钻头进尺少、钻头寿命短、机械钻速低,为解决难钻层位钻井效率低问题,在该区块深层应用了复合冲击钻井工具,该工具能够实现轴向和周向冲击,在减少钻头粘滑现象同时增加切削齿进入地层深度,提高破岩效率。在大庆徐深气田应用复合冲击钻井工具进行现场试验,提高机械钻速、降本增效效果显著。     

准噶尔盆地中部地区钻头优选技术应用研究

岩石可钻性是决定钻井效率的基本因素,反映了钻进时岩石破碎的难易程度,是合理选择钻进方式、钻头类型和设计钻进参数的依据。基于地层岩石可钻性的计算方法,结合实钻井的测井资料分析,建立了准噶尔盆地中部区块地层岩石可钻性剖面,并以此为依据推荐了适用于不同地层的钻头类型,现场应用结果表明,所用钻头具有很好的适用性,能够进一步提高准噶尔盆地中部地区的机械钻速,对于该地区的后续钻井钻头类型的选择具有重要的指导意义。     

新型耐磨损ONYX切削具制作的PDC钻头

PDC钻头在石油天然气钻井和地质勘探钻进中得到了广泛的应用,取得了很好的技术经济效果。但是,钻进中产生的PDC切削具非正常磨损,影响了这种先进方法的机械钻速和钻头进尺的提高。俄罗斯史密斯钻头（Smith Bits）公司研发了一种钻进过程中可以沿着自身轴线回转的ONYX切削具,抑制了PDC切削具的非正常磨损,具有创新性和实用价值。Нескоромных B.B.教授等对镶有ONYX切削具的钻头的结构和性能参数进行了分析研究。试验表明,这种ONYX切削具的耐磨性比常规固定式PDC切削具的耐磨性好,钻头钻进效果也比较好,俄罗斯正在积极推广使用,建议中国有关专家和部门对此进行研究和试验。