井下动力钻具配合高效钻头提高钻井效率的实验研究

深井和超深井钻井中普遍存在着机械钻速低、钻头用量大等问题,这在很大程度上归咎于所采用的钻井方式上。由于“转盘钻＋牙轮钻头”限制了钻头转速的提高,影响了钻头单位时间内的切削次数,进而制约了钻速的提高,因此转换钻井方式,采用高转速的井下动力钻具配合高效钻头无疑是加快深井段钻速的主攻方向之一。据此,在青海油田冷科１井三个井段上进行了“螺杆钻具配合高效钻头”提高钻井效率的实验研究。第一次在３７２７ｍ～３７５１ｍ井段进行,进尺２４ｍ,平均机械钻速０８７ｍ／ｈ,比四开以后使用最好的牙轮钻头钻速提高２０８３％;第二次在３７５７ｍ～３８９９ｍ井段进行,进尺１４２ｍ,平均机械钻速１２７ｍ／ｈ,比四开以后使用最好的牙轮钻头钻速提高７５８３％,进尺提高近３倍;第三次在４２００ｍ～４３０５ｍ井段进行,进尺１０５ｍ,平均机械钻速０７４ｍ／ｈ,比同等条件下的牙轮钻头钻速提高６０８７％。实验结果表明：使用井下动力钻具配合高效钻头不仅能够提高深部井段中的机械钻速,而且还可以大幅度提高单只钻头的进尺,从而达到提高钻井效率的目的。     

中速螺杆钻具配钢体PDC钻头现场试验

介绍了在新疆克拉玛依小拐油田用5LZ172-7.0中速螺杆钻具配XJ-DBS钢体PDC钻头在G2074井直井段进行快速钻井的现场试验情况。试验从井深2391.4m开始,钻至井深2937.8m.纯钻时间69.18h.平均机械钻速7.90m/h,与牙轮钻头对比,可提高钻速116%。在2391.40~2485.96m井段,进尺94.56m,纯钻时间19.75h,平均机械钻速仅4.79m/h。为了提高钻速,在2419.05~2428.62m井段中,选择了其中3m井段进行了一次转盘加螺杆钻具双驱动方式钻进试验,试验取得了两方面的效果:一是有利于防止动力钻具粘贴于井壁;二是可较大幅度地提高铭速。在井深2485.96~2937.80m井段钻进中,平均机械钻速从4.79m/h提高到9.14m/h。     

山前地区复杂地层新型钻头技术及应用研究

塔里木山前地区岩石可钻性差,钻速低,单只钻头进尺低。鉴于此,在对山前地区钻头使用技术难点分析的基础上,分别开展了"狮虎兽"钻头、微芯钻头和涡轮配合孕镶钻头等新型高效钻头技术在山前地区的提速增效的试验性应用研究。研究结果表明,"狮虎兽"钻头在迪北103井苏维依组平均机械钻速为2.04 m/h,比邻井相同层位提高了135.8%;单只钻头进尺为290.0m,比邻井相同层位提高了564%。微芯钻头在迪北102井平均机械钻速为1.5 m/h,比邻井相同层位提高了38.6%;平均单只钻头进尺为119.8 m,比邻井相同层位提高了82.2%,同时获取了2块地层岩芯。涡轮配合孕镶钻头技术在克深地区机械钻速提高2倍,单只钻头进尺提高3倍,在博孜102井上部砾石层应用平均机械钻速1.73 m/h,与进口牙轮钻头使用情况对比,平均机械钻速提高2.2倍,单只钻头进尺提高5.3倍。研究成果为山前地区复杂地层的钻井提速增效提供了参考。     

塔里木山前井涡轮配合孕镶金刚石钻头钻井提速技术

塔里木盆地山前井是塔里木油田油气勘探开发的重要区域之一。针对山前井地层研磨性强、可钻性级值高,单只钻头进尺低,钻头消耗量大,机械钻速低,钻井成本高等问题,引进涡轮配合孕镶金刚石钻头钻井技术。2 口山前井钻进实验数据表明:博孜102 井配套工具进尺704 m,纯钻时间407.5 h,平均机械钻速1.73 m/h;克深2-1-14 井配套工具进尺146.8 m,纯钻71.75 h,平均机械钻速2.05 m/h。两组配套工具与邻井同层PDC 钻头、牙轮钻头对比,钻井速度提高了2~4 倍,单只钻头平均进尺提高了3~10 倍,平均纯钻时间提高了1.7~2.5 倍。工具实验结果表明,涡轮配合孕镶金刚钻头钻井技术在塔里木山前井具有较好的提速效果,可为塔里木山前井钻井提速提供技术支持。     

陀螺减振工具与PDC钻头在花岗岩潜山地层的应用

PDC钻头在硬地层中钻进时易发生黏滑振动,导致钻速低、进尺短。采用陀螺减振工具和优化设计PDC钻头的方法减少在花岗岩潜山地层中钻进时的黏滑振动,以延长钻头寿命。陀螺减振工具配合个性化PDC钻头在乍得花岗岩基岩井段630~869 m进行试验,取得进尺239 m、纯钻时间54 h、机械钻速4.44 m/h的良好效果,与邻井3只PDC钻头进尺小于11 m、钻速低于1.23 m/h相比,钻头指标大幅度提高,与邻井43只牙轮钻头相比,平均机械钻速提高97.33%,平均进尺提高54.19%。该技术可在花岗岩潜山水平井、硬地层及软硬交错地层推广应用。     

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。      

PDC钻头在普光10井空气钻井中的应用

长期以来人们一直认为,在气体钻井中PDC钻头机械钻速没有牙轮钻头高,而且气体散热能力差,易损坏PDC钻头的复合片而使钻头早期失效,因此,在气体钻井中绝大多数使用牙轮钻头。在普光10井空气钻井中应用PDC钻头,主要目的是验证PDC钻头的适应性,并探索在高陡构造、岩石可钻性差的地层控制井斜和提高钻井效率的方法。在该井空气钻井施工中,利用PDC钻头加较低的钻压便可获得较高机械钻速,配套应用塔式防斜钻具,达到了有效控制井斜和提高钻井效率的目的,最大井斜2.59°,比邻井空气钻井井斜小13.6%~75.4%,PDC钻头钻进进尺1517.08m,机械钻速8.63m/h,比邻井普光101井机械钻速高67.1%。通过分析认为,气体的散热效果并不是影响PDC钻头寿命的根本原因,而只影响井眼环空的畅通和单位时间通过钻头的气量;PDC钻头+塔式钻具可有效地控制井斜,提高钻井效率。     

PDC复合钻井技术在苏里格气田水平井中的应用

随着苏里格气田天然气水平井的大规模开发,天然气水平井机械钻速低、钻井周期长的问题日渐突出,这在很大程度上归咎于牙轮钻头平均机械钻速低、钻头用量大、单只钻头进尺低、起下钻频繁等原因.伴随着钻井工艺技术的进步和螺杆钻具型号规格的完善及其性能的提高,配合高效PDC钻头进行复合钻井的技术在苏里格水平井开发过程中的应用已趋于成熟.针对近年苏里格已施工的水平井情况,综合分析了苏里格天然气水平井目前使用的PDC钻头和螺杆钻具工作特性,阐述了PDC钻头配合螺杆复合钻井技术在苏里格天然气水平井的快速钻进中的应用情况及效果.结果表明,该技术对水平井提高机械钻速,缩短钻井周期,节约钻井成本,加快勘探开发步伐具有重要意义.     

自激振荡式旋转冲击钻井工具在深井钻井中的应用

为进一步提高塔河工区深井、超深井的机械钻速,在该区块试验了旋冲钻井技术。TH10435H井和TH12272井深部井段使用旋冲短节配PDC钻头,取得了良好的提速效果。TH10435H井使用井段:1804~5141.57 m,总进尺3337.57m,纯钻时间165h,平均机械钻速同比提高16.1%;TH10272井使用井段:5172~6318m,总进1146m,总纯钻时间200.6h,机械钻速同比提高11.96%。TH10435H、T12272井应用结果验证了该技术在深井超深井的适用性,为塔河工区深部地层钻井提速探索了新的途径。     

PDC钻头旋转齿技术在南海东部西江区块深部地层应用

南海东部西江区块深层古近系地层因地层可钻性较差、机械钻速(ROP)偏低、单只钻头进尺短,造成钻井周期长、作业成本高、井眼浸泡时间长、钻具遇阻和卡钻等复杂情况。为提高深部地层钻井作业效率,此文分析了西江区块地层特点以及常规PDC钻头在深部地层作业的缺陷,针对性地提出PDC钻头旋转齿钻头技术,该项技术很好地解决了机械钻速低和单只钻头进尺短的难题,在西江区块探井中应用,取得了显著的效果。井段平均ROP较邻井同井段提高31.46%,一趟钻完成进尺为1 421.0 m的作业井段,行程钻速为8.91 m/hr,整体行程钻速相比邻井平均水平提高89.57%,有效提高了古近系地层钻井效率,在该区块具有良好的推广价值。     

胜利油田东营北带砂砾岩体PDC钻头个性化设计与应用

针对胜利油田东营北带丰深1与盐227区块沙四下砂砾岩体地层岩石研磨性强、可钻性差、机械钻速低、钻头寿命短的技术难题,开展了旋流PDC钻头个性化设计与应用研究。通过室内实验,优选出了适合该地层特点的PDC切削齿类型;通过电脑模拟,优化了钻头的冠部轮廓、切削结构和切削齿后倾角设计;研制出旋转射流喷嘴,设计并试制了水力与机械联合破岩的新型PDC钻头。在丰深1-平1井的砂砾岩体地层中进行了钻井试验,与其他类型PDC钻头相比,机械钻速提高了46.8%,单只钻头进尺提高了69.6%;与牙轮钻头相比,机械钻速提高了48.1%,单只钻头进尺提高了156.5%。在盐227井工厂砂砾岩体井段推广应用也取得了明显的提速效果,机械钻速提高26%,平均单只钻头进尺提高102 m。研究成果对PDC钻头个性化设计具有一定的借鉴意义,对硬的强研磨性地层钻井提速具有推广应用价值。     

新型PDC钻头的防斜打快效果及评价

大庆油田海拉尔地区的地层倾角大、岩屑录井荧光级别低,亟待解决满足岩屑录井要求的防斜打直问题。为了能够在获得足够大的岩屑颗粒和提高机械钻速的基础上达到防斜打直的目的,制定了采用大切削齿B425型PDC钻头配以小钟摆钻具组合的现场试验方案。试验表明:B425钻头与牙轮钻头所破碎的岩屑颗粒基本相当,能够满足地质岩屑录井的要求;与牙轮钻头相比,B425钻头显著地提高了机械钻速,降低了钻头费用,减少了起下钻次数;单只B425的进尺可达1000m以上,相当于2~3只牙轮钻头的进尺;采用PDC钻头配以小钟摆钻具组合,可以较好地解决防斜打直问题。此外,针对试验中遇到的问题,通过改进井身结构和调整钻井参数,形成了一套适合于海拉尔地区的防斜打快技术。     

牙轮-PDC混合钻头在迪北103井的应用试验

迪北103井是塔里木盆地库车坳陷东部依奇克里克构造带迪北斜坡的一口评价井,据邻井的实钻资料,预计该井在中新统吉迪克组、渐新统苏维依组、古近系库姆格列木群将钻遇砾石含量高、软硬交互频繁、可钻性差的地层,钻头选型困难,无论是牙轮钻头,还是PDC钻头,机械钻速和单只钻头进尺都很低。为此,在迪北103井的444.5mm井眼段尝试应用了牙轮-PDC混合钻头,该新型钻头由3个牙轮、3个PDC切削刀翼和钻头胎体构成,把PDC钻头优越的切削破岩机理及牙轮钻头的冲击破碎机理有机地结合在一起。试验从井深2 524m开始,一趟钻钻至2 866m,进尺342m,平均机械钻速1.70m/h,顺利钻穿吉迪克组—库姆格列木群组的复杂岩性段;与邻井(迪北104井)相同钻进井段相比,迪北103井钻头进尺提高了654%,机械钻速提高了157%,同时该井还刷新了444.5mm牙轮-PDC混合钻头单只进尺世界纪录。该钻头在迪北103井的成功应用为迪北区块钻井提速提供了有益的经验。     

轴扭复合冲击工具的研制与应用

为提高PDC钻头破岩效率并减小钻具的粘滑振动,研制了一种轴扭复合冲击工具。该工具以自激振荡脉冲射流为能量来源,通过螺旋面结构将轴向冲击力转换为轴扭复合冲击力进行破岩,具有结构简单和轴向、扭向冲击力同步作用的特点。现场应用结果表明:与常规钻具相比,轴扭复合冲击工具的机械钻速提高了95.2%～193.8%,单只钻头进尺增加了46.4%～229.2%;与螺杆钻具相比,轴扭复合冲击工具的机械钻速提高了71.0%;与轴向冲击工具相比,轴扭复合冲击工具的机械钻速提高了66.3%,单只钻头进尺增加了194.0%;与扭向冲击工具相比,轴扭复合冲击工具的机械钻速提高了30.2%～46.8%,单只钻头进尺增加了17.2%～191.8%。研究表明,轴扭复合冲击工具可以提高破岩效率,减小硬地层的粘滑振动,破岩提速效果显著,具有推广应用价值。      

适用于长庆油田陇东地区的PDC钻头研发与应用

针对长庆油田陇东地区地层的岩性特征,在优化PDC钻头冠部剖面设计、布齿方法、切削角度和水力结构等的基础上,成功研制了PS263MF-222．3型钻头,在董63—61井和桐29—26井进行了试验应用并获得成功,打破了“长庆油田陇东地区不适宜用PDC钻头钻井”的旧观念。目前,该地区共推广应用该型钻头20余只,平均机械钻速27．85m／h,与牙轮钻头相比提高了77．86％,每钻进1000m可节约钻井时间27.95h,加快了长庆油田的勘探开发速度,具有较高的经济效益和社会效益。该钻头在陇东地区现场应用表明,螺杆配合PDC钻头的机械钻速比转盘配合PDC钻头的机械钻速低,这是由于地层较硬、门限钻压较高、对转速不敏感所致,因而P5263MF-222．3型钻头更适合于采用“低转速、高钻压”钻井参数模式钻进。     

焦石坝区块?311.2mm井眼定向段钻头优选与应用

针对焦石坝区块页岩气水平井?311.2 mm井眼定向段长、钻遇地层复杂、非均质性强,易导致钻头失效快、机械钻速低等问题,建立了基于地层可钻性和实钻效果评价的钻头选型方法。利用测井资料获取地层岩石力学参数,建立了岩石可钻性剖面,确定了合理的钻头类型;基于虚拟强度指数原理建立了综合考虑地层破岩效率和进尺的钻头性能评价指数,对完钻井钻头使用效果进行了定量评价。利用该方法分地层推荐了焦石坝?311.2 mm井眼定向段钻头选型方案,并在焦页49-1HF等5口井进行了应用,平均机械钻速同比提高了207%,单只钻头平均进尺提高了139.2 m。应用效果表明,基于地层可钻性和实钻效果的钻头选型方法能够定性地优选钻头类型、定量地评价钻头性能,有效提高了钻头与地层的匹配性。     

南堡油田深部地层微心PDC钻头个性化设计与应用

南堡油田东三、沙河街深部地层压实程度高,岩性复杂,泥岩胶结致密、研磨性强,可钻性差,导致常规PDC钻头机械钻速低。在深入分析该地层岩石力学性质基础上,开展了微心PDC钻头的研制。该钻头中心区域不布置切削齿,即采用无心轴式特殊结构,平内锥、宽冠顶、加长外锥设计,将更多的能量分配给承担更多工作的切削结构,提升切削齿的有效比钻压,提高破岩效率。现场应用十余井次,平均机械钻速8.7 m/h,同比提高40%以上,单只钻头平均进尺470 m,同比提高一倍以上。研究成果为南堡油田深部地层及其他类似地层钻井提速提供了新的思路和方法。     

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。