刀翼式孕镶金刚石钻头设计及在哈山101井的应用

为提高准噶尔盆地哈山区块火山岩地层机械钻速、增大单只钻头进尺、降低井眼失稳掉块卡钻风险,设计了刀翼式孕镶金刚石钻头。在分析地层岩石的力学特性的基础上,研发了新型胎体合金材料,以提高钻头研磨性;镶嵌孕镶切削块,以增强钻头破岩能力;优化设计了刀翼式孕镶金刚石钻头的结构和防卡流道,防止钻头卡死。研究发现,超细合金材料相互联结成键、牢固烧结,钻头胎体力学性能提高30%以上。刀翼式孕镶金刚石钻头配合高速大扭矩螺杆钻具在哈山101井火山岩地层进行了应用,单只钻头进尺增大4倍,机械钻速提高54.3%。研究结果表明,刀翼式孕镶金刚石钻头可以降低掉块卡钻风险,可实现火山岩地层安全高效钻进。      

孕镶金刚石钻头的研究与应用

针对油气勘探开发中钻遇的难钻进地层,文章从钻头结构、胎体配方及制造方法等方面对孕镶金刚
石钻头的研究进行了论述;通过在不同区块难钻进地层的应用,研制的新型孕镶金刚石钻头配合国产中高速螺杆
在钻速提高１０％的前提下,钻头寿命比牙轮钻头提高４～８倍,明显减少起下钻趟数,大幅度提高复杂地层勘探开
发的施工效率,降低了勘探成本。     

孕镶式人造金刚石取心钻头试验阶段总结

北京粉末冶金研究所和江汉石油管理局牙轮钻头实验工厂联合组成的金刚石取心钻头试制、试验小组,继1972年试制、试验成功七只孕镶式人造金刚石取心钻头之后,1975年又共同试制了两种不同胎体配方、高温固化、有机粘结的人造金刚石取心钻头。通过试验,使我们对孕镶式人造金刚石取心钻头的制造工艺及结构的合理性有了进一步的认识:孕镶式人造金刚石取心钻头制造工艺简单,用于江汉地区2000米以下胶结致密、研磨性强的灰质砂岩地层中取心钻进,钻头耐磨性好,进尺指标高,取心率高,大大减少了起下钻的次数。     

人造金刚石孕镶块钻头的制造和试验小结

一、简况一九七二年十二月,我油田三分部在北京粉末所的支援下,加工了用100号～120号人造金刚石压制的孕镶块150颗,先后在原刮刀取心的硬质合金钻头上,打孔装入刀片刃部。每片刀片外圆镶入四颗,目的是验证孕镶块在井下的抗磨和工作的适应性,是否能达到保径的预期目的,从而增加单只钻头的总进尺。     

一种切削-研磨型孕镶金刚石钻头的研制及应用

准噶尔盆地火成岩地层钻进过程中机械钻速低,钻井周期长,严重影响了石炭系目的层的勘探开发进程。为此,采用高强度、超耐磨的PDC型金刚石孕镶块作为主要破岩元件,研制了一种新型切削-研磨型孕镶金刚石钻头。该钻头综合了孕镶钻头和PDC钻头的技术优势,增强了钻头对地层的适应性。现场试验结果表明,新型钻头的平均机械钻速0.71 m/h,单只钻头进尺86.5 m,与高效牙轮钻头相比,平均机械钻速提高约20%,单只钻头进尺增加约302%。该钻头为今后准噶尔盆地火成岩地层的优质快速钻井提供了一种有效的技术手段。     

新型多重复合切削钻头的研制

为提高钻头在研磨性硬地层中的机械钻速,延长钻头寿命,研制了新型多重复合切削钻头。该钻头采用"PDC复合片+锥形PDC齿+金刚石孕镶块"3级切削结构,以PDC复合片作为1级切削元件、以锥形PDC齿作为2级切削元件,以金刚石孕镶块作为3级切削元件。多重复合切削钻头具有PDC钻头、牙轮钻头和孕镶金刚石钻头的优点,使钻头既具有较高的机械钻速,又能保持较长的寿命。在青海东坪地区基底花岗岩地层的现场试验中,新型多重复合切削钻头进尺137 m,纯钻时间114.9 h,机械钻速1.19 m/h,比同井段HJ537G牙轮钻头进尺提高128.3%,机械钻速提高40%。多重复合切削钻头为强研磨性硬地层钻井提速提供了一种新型高效的破岩工具。     

无刀片胎体金刚石钻头的研究开发

通过对国外无刀片胎体金刚石钻头的广泛调研,研究开发了适合无刀片结构的金刚石钻头胎体材料,设计并试制了无刀片胎体金刚石钻头。试制的无刀片胎体金刚石钻头,先后通过了室内台架试验和钻井现场试验,均取得了良好的钻进效果。无刀片胎体金刚石钻头的成功开发,填补了国内胎体金刚石钻头空白,为开发国际一流胎体金刚石钻头打下了坚实基础。     

适合强研磨性硬地层PDC-金刚石孕镶块混合钻头设计与应用

为提高PDC钻头在花岗岩、石英岩等硬、超硬地层及强研磨性地层中的适用性,设计了一种前排为PDC齿、后排为金刚石孕镶块(简称孕镶块)的混合钻头,并通过室内实验对花岗岩和硬砂岩中混合钻头最优布齿方式进行了研究。实验结果表明:2种岩石中纯PDC钻头钻速均随PDC齿磨损高度的增加呈现先慢后快再慢的下降趋势,当PDC齿磨损高度超过临界值以后(花岗岩为1.0 mm,硬砂岩为0.5 mm),通过布置后排孕镶块可以再次提高混合钻头钻速,混合钻头同时具有PDC钻头破岩效率高和金刚石钻头工作寿命长的双重优点;花岗岩中钻头最优布齿方式为前排为PDC齿,后排孕镶块低于PDC主齿0.5~1.0 mm同轨布置,硬砂岩中钻头最优布齿方式为前排为PDC齿,后排孕镶块低于PDC主齿0.0~0.5 mm同轨布置。在室内实验基础上,设计2只混合钻头分别用于松辽盆地金山区块基底花岗岩和冀中雷家庄断层区块石英岩地层,现场应用表明,相比于常规PDC钻头和牙轮钻头,混合钻头具有更高的机械钻速和更长的使用寿命,有效缩短了钻井周期,节约了钻井成本,具有广阔的应用前景。     

新型孕镶金刚石钻头研制及试验

PDC钻头不适用于深部砂泥岩互层,而采用牙轮钻头钻进该类地层,存在钻头寿命短、进尺少、机械钻速低等问题,为解决该问题,研制了新型孕镶金刚石钻头。首先通过钻进试验,确定金刚石浓度为80%。该金刚石由40/45目和70/80目两种粒度组成,两种粒度的金刚石分别占金刚石总量的65%和35%,其中40/45目金刚石起提高机械钻速的作用,70/80目金刚石起增强耐磨性、延长钻头寿命的作用。接着通过测试不同配方基体的力学性能,优选出了碳化钨含量24%、其他骨架料22%、粘接剂54%的D-6号基体配方。最后设计了"B"形冠部、140°内锥角、20°后倾角、心部7颗φ16.0 mm优质PDC复合片防掏心结构的新型孕镶金刚石钻头。该钻头在元坝气田进行了试验,结果表明,在相同井段单只钻头的进尺与其他钻头相比平均增加了484.7%,机械钻速平均提高了150.8%。这表明,新型孕镶金刚石钻头为深部砂泥岩互层提供了一种新的高效破岩工具。      

硬质合金套镶聚晶人造金刚石刮刀钻头

<正> 近几年来,大庆油田使用的刮刀钻头,是用高度耐磨的聚晶人造金刚石作为切削刃、采用预包碳化钨粉的松装浸渍烧结工艺制成的。与普通硬质合金钻头相比,这种钻头进尺多、钻速快、寿命长。但因镶入金刚石的刮刀片基体材质太软,在钻进中易于磨损,致使金刚石出刃而被压碎,造成钻头金刚石耗量大、效果差。为了解决这个问题,我们试制了用硬质合金套镶聚晶人造金刚石的刮刀钻头,取得了良好效果。     

针对须家河组岩性特征选择仿生金刚石钻头参数

通过对四川须家河组岩石做切片分析、硬度和研磨性测试可知,该岩层石英含量高,硬度大,研磨性非常强,钻进中对钻头提出了非常高的要求。根据岩性分析,对金刚石钻头参数(如钻头胎体硬度、金刚石体积分数和粒度、仿生钻头的非光滑度等)进行了优选。介绍了仿生学的非光滑原理,并将其应用到孕镶金刚石石油钻头的设计中,以此来提高钻头的寿命和钻进效率。     

钻头孕镶体夹层对钻速的影响试验

为指导孕镶金刚石钻头和岩石锯等的夹层结构的设计,设计了4组孕镶体的外形结构及夹层结构,研制了可装卸孕镶体的试验小钻头,进行了孕镶体夹层对钻速和磨损量影响的试验。通过观察试验现象和分析试验数据发现:孕镶体的夹层结构有利于提高钻头的稳定性;影响孕镶体钻速的主要因素有夹层的厚度、夹层的形状、夹层的厚度比和夹层金刚石的质量分数;增大夹层间金刚石质量分数的差可以提高钻速;适当增大非工作层的厚度利于提高钻速;影响孕镶体磨损的主要因素有夹层的厚度、夹层的厚度比、夹层的类型及夹层金刚石的质量分数;孕镶体磨损面的沟槽越突出则磨损量越大。这对孕镶金刚石钻头和岩石锯等的夹层结构设计有指导作用。      

仿生非光滑理论在钻井工程中的应用与前景

仿生学是一门可与很多学科交叉的边缘性学科,同样与钻井工程技术的融合也将产生创新性成果.在分析仿生非光滑表面减阻、防黏和耐磨特性的基础上,将该理论引入到钻头设计中,研制仿生金刚石钻头.以蜣螂为仿生原形,设计孕镶金刚石钻头的工作层,使工作层底唇面始终具有相同的非光滑形态,始终保持高钻速和长寿命,突显出仿生金刚石钻头的高效率、耐磨和减阻特点.试验结果表明,仿生钻头较普通钻头钻速提高44%、使用寿命增加74%.此外,仿生非光滑表面结构所具有的各种特性可用于改善钻井工程中相对运动的摩擦或滑动部件的使用寿命和工作环境,如可提高钻头、钻杆接头、泥浆泵活塞和缸套的耐磨性.解决钻头泥包问题,减少螺旋钻具和冲击挤密矛头阻力等,应用前景广阔.     

元坝陆相高压致密强研磨性地层钻井提速技术

针对元坝气田陆相深部自流井组和须家河组地层岩性致密、硬度高、研磨性强,牙轮钻头进尺少、寿命短,以及综合效益低的问题,通过分析地层的可钻性、钻头的破岩原理,结合现场实钻情况优选高效钻头,并根据钻头与钻井工具的合理匹配原则优选合适的动力钻具,进行了"进口孕镶金刚石钻头+高速涡轮"复合钻井技术、"国产孕镶金刚石钻头+高效特殊螺杆"复合钻井技术和牙轮-PDC混合式钻头钻井技术现场试验。以钻头每单位进尺消耗的比能作为选择钻头的依据,并应用盈亏平衡理论对3种钻井技术进行了经济评价。现场试验结果表明:高压致密强研磨性地层首选"国产孕镶金刚石钻头+高效特殊螺杆"钻井技术;砾石含量高的珍珠冲组地层推荐采用"进口孕镶金刚石钻头+高速涡轮"复合钻井技术;砂泥岩互层较多的高压致密地层推荐采用牙轮-PDC混合式钻头钻井技术。经济评价结果表明,元坝气田应用"国产孕镶金刚石钻头+高效特殊螺杆"钻井技术的经济效益最高,其次是牙轮-PDC混合式钻头钻井技术,"进口孕镶金刚石钻头+高速涡轮"复合钻井技术最差。      

混合型金刚石烧结体取心钻头的研制及应用

针对三角形金刚石烧结体取心钻头在中—中硬非均质地层钻进时切削齿易碎断的问题，采用以三角形金刚石烧结体和圆锥形金刚石烧结体表镶而成的混合切削结构取心钻头，可减少或避免上述弊端。在胜利、吉林、四川、新疆等油田的现场应用表明，该钻头有较大的适用范围。     

硬质合金与金刚石焊接用热绝缘剂的试验研究

通过单颗粒金刚石的烧蚀试验和氧 乙炔堆焊试样的耐磨性试验 ,开发出适用于超硬材料焊接用的热绝缘剂。试验研究表明 :(1)热绝缘剂的使用使金刚石受高温作用后其晶体形态保持良好 ,单颗粒的抗压力基本保持不变 ,球形硬质合金的球形保持完好 ;(2 )热绝缘剂对保持金刚石和硬质合金良好的耐磨性效果显著 ;(3)热绝缘剂的使用避免了超硬材料的烧蚀现象和金刚石高温焊接时出现变质或石墨化 ,降低了超硬材料的使用量 ,提高了超硬材料工具的使用可靠性 ,为超硬材料的应用开辟了更广阔的前景     

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。     

冶金烧结强化盘式钻头齿圈的试验研究

在分析盘式钻头齿圈失效机理的基础上,提出了齿圈表面堆焊耐磨合金强化和镶嵌硬质合金齿圈强化两种方法。通过试验研究和对比分析,确定了采用冶金混合烧结固齿法镶嵌硬质合金齿圈强化盘式钻头。进一步的试验研究表明:采用冶金混合烧结固齿法镶嵌硬质合金齿圈来强化盘式钻头齿圈,其结合情况非常好;硬质合金齿圈的硬度、耐磨料磨损的能力和耐冲击磨料磨损的能力在烧结后都有进一步的提高,说明采用冶金混合烧结固齿法镶嵌硬质合金齿圈来强化盘式钻头齿圈是可行的。     

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.