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。     

新型非密封滑动轴承牙轮钻头的试验研究

密封滑动轴承牙轮钻头的密封圈工作条件恶劣,极易损坏;密封圈占据了轴颈的一部分空间,使钻头承载能力减小,这些都降低了钻头的使用寿命。通过滑动轴承失效原因的分析,提出非密封滑动轴承牙轮钻头的轴承表面应采用硬度大、热稳定性好的材料,轴承摩擦副应采用硬-硬配对方式。经过对WC-Co类硬质合金材料力学性能和摩擦学性能分析,用新的轴承结构解决了硬质合金脆性问题,并研制出新型非密封硬质合金滑动轴承牙轮钻头。室内试验表明,硬质合金摩擦副具有良好的抗磨粒磨损能力,可用于牙轮钻头非密封滑动轴承的滑动表面。现场初步试验证明,新型非密封硬质合金滑动轴承牙轮钻头具有良好的应用前景,是发展高速滑动轴承牙轮钻头和小尺寸滑动轴承牙轮钻头的有效途径。     

SAE8720钢的硼铬共渗试验

研究了石油牙轮钻头滑动轴承用钢SAE 8720经硼铬共渗处理后所得共渗层的组织形态及相结构;探讨了共渗处理工艺参数对共渗层组织的影响;时比分析了硼铬共渗层与渗硼层的脆性和耐磨性。结果表明,硼铬共渗层比渗硼层有更高的耐磨性争较小的脆性,能满足牙轮钻头滑动轴承的性能要求。     

用电接触方法堆焊耐磨层的工艺

一系列的研究证明了采用司太立硬质合金来加强牙轮钻头滑动轴承的某些部分是合理的。在钻头牙掌轴颈上堆焊硬质合金最普遍的是采用气焊(氧-乙炔焰)方法。这种方法的缺点是生产率低,堆焊层质量不高(有缩孔,气孔、裂缝)堆焊合金损失大(达300％),焊后轴颈加工困难,不能实现过程的机械化自动化。     

硬质合金镶齿钻头的几何尺寸

最近几年在石油钻头的改进方面有了很大进展,这些进展主要集中在密封轴承硬质合金镶齿钻头上.自从二十世纪初生产了第一批牙轮钻头以来,各制造厂曾不断地发展了一些新设计并提高了牙轮钻头的操作性能。这些制造厂曾为各种井径和地层提供了大量的钢齿钻头.这些钻头基本属于软、中硬和硬地层三种类型。在满足这三类钻头的要求时,钻头的设计必须尽量利用轴承、齿和牙轮所占有的空间,使他们的尺寸互相适应。     

提高空气冲旋钻井钻头牙齿使用寿命的试验研究

针对目前空气冲旋钻头在工作的过程中遇到牙齿容易出现磨损和断裂失效的问题,应用纳米复合材料的相关理论和制备技术开展了Al2O3/WC-Co纳米/微米复合材料的系列试验研究.结果表明:加入3%的纳米Al2O3并添加适量的抑制剂和稀土元素能明显改善Al2O3/WC-Co纳米/微米复合材料的组织结构,晶粒明显得到细化;耐磨性和耐冲击性能得到很大提高,较硬质合金YG8提高了7～10倍;为大幅度提高钻头破岩效率,延长钻头使用寿命提供了可能性,能较好地满足石油钻探冲旋钻井的需要.     

凸脊型非平面齿PDC钻头的研制与现场试验

常规PDC钻头在钻进塔里木油田库车山前巨厚砾石层时存在破岩效率低、机械钻速慢和钻井周期长等问题,分析认为,砾石对常规PDC钻头的平面齿产生较大冲击力导致切削齿崩齿或严重磨损是钻速低的主要原因。为此,设计了一种凸脊型非平面齿,并研制了配套PDC钻头,将钻头破岩方式由常规PDC钻头的面切削转变为线压裂和面挤压,大大提高了钻头破岩效率。室内试验表明,凸脊型非平面齿具有良好的抗冲击性能与抗研磨性能,抗冲击性能是平面齿的10倍以上。2只凸脊型非平面齿PDC钻头在库车山前地区博孜区块某井砾石层井段进行了现场试验,创造了机械钻速最高、单只钻头进尺最长的区块纪录,与邻井常规PDC钻头相比,进尺提高1.5倍以上,平均机械钻速提高64%以上,提速效果明显。研究与试验表明,凸脊型非平面齿PDC钻头能够较好地满足库车山前巨厚砾石层高效钻进的要求,可为库车山前深层天然气的高效勘探开发提供了技术支持。      

对牙轮钻头固齿工艺的探讨

牙轮钻头在我国各油田早已广泛使用,但过去主要是钢齿钻头。近几年来,镶齿钻头也广泛使用,尤其是引进镶硬质合金齿、滑动密封轴承喷射式钻头(即四合一钻头)以后,钻井速度大幅度提高,使用寿命成倍提高,它是高效率破碎岩石的重要工具。我国镶齿牙轮钻头是在钻井的实践中产生的,它是随着生产的发展而发展。七十年代以前,钢齿钻头在硬地层和研磨性强的地层中钻井十分困难,虽然钢齿上敷焊有莱立特耐磨合金,但仍然不耐磨。例如在川南香溪统粉砂岩、石英砂岩地层中,一只中硬钢齿钻头仅用几个小时,钢齿就磨光了,进尺只有几米。为了高速度开发油气田,就要提高钻井速度,首先要攻克硬地层和研磨性强的地层,要求制造出适应这类地层的硬钻头。国外是1951年第一次试制出镶硬质合金球形齿钻头,在坚硬和研磨性强的地层中进尺成倍提高。近几年来,镶齿钻头已发展成完整系列,它可适应从软、中软到坚硬的各类地层,再加上配有良好的滑动密封轴承和高压喷咀,从而形成当前在世界上钻井效率最高的钻头。     

金刚石强化镶齿在液力旋冲钻头中的应用

液力旋冲钻井是一项攻克硬地层的极有效的技术措施，钻头性能是影响该项技术推广应用的主要因素之一。金刚石强化齿是将单晶金刚石晶体和预结的碳化钨硬质合金颗粒按不同比例混合后，再在烧结结聚晶金刚石时在相同高温高压条件下烧结而成，由聚晶金刚石层、第一和第二复合层及烧结碳化钨基层组成，具极高的耐磨性和耐冲击性。由金刚石强化镶齿制成的旋冲钻头由钻头体、破岩齿、保径齿及喷嘴等组成，在国外的旋冲钻井中已广泛应用，钻     

堆焊技术在钢体PDC钻头表面硬化中的应用

由于国产钢体PDC钻头表面硬化质量差 ,严重影响了其在现场中的推广应用。在调查研究的基础上提出了一种用氧 乙炔焰堆焊技术对钢体PDC钻头表面硬化的新工艺 ,并研制了堆焊辅助设备。实践表明 ,该方法简便经济 ,稀释率低 ,堆焊效果较好。硬化层平均硬度为 5 0HRC ,结合强度可达 35 6MPa ,抗冲蚀性能良好。现场试验表明 ,钻头表面硬化层寿命已超过钻头切削齿寿命 ,用氧 乙炔焰堆焊硬化工艺对钢体PDC钻头进行表面硬化 ,完全能够满足现场应用的要求。     

物探冲旋钻头破岩机理仿真研究

冲旋钻井技术已广泛应用于油气资源勘探领域,但仍存在一些不足,比如钻具损坏严重、能量传递效率低、破岩效率有待进一步提高等。因此,有必要进一步揭示物探冲旋钻井中钻头与岩石的互作用机理,为优化设计冲旋钻头提供理论依据。利用显式动力学分析软件LS-DYNA建立了物探冲旋钻头破碎岩石的有限元模型,并进行了计算机仿真,得到了钻头中心齿、第2排齿、边齿、钻头端面的应力时程图和应力波在钻头中的传播图。仿真结果表明:钻头破岩过程中,各个牙齿的应力变化非常大,第2排齿的应力峰值最大,其次是中心齿,再次是边齿;钻头喷嘴处的应力远大于钻头中心端面和排屑槽的应力;应力波在钻头中传播,危险区域经历了从钻头尾部到钻头喷嘴再到牙齿的过程。      

YQ地区奥陶系碳酸盐岩岩溶储层地震属性预测

YQ地区奥陶系地层碳酸盐岩储层发育,储集类型以岩溶孔洞、裂缝型为主。由于储层非均质性极强,横向变化快,加之溶洞受填隙物及填充程度的影响,使得储层预测的难度很大。从奥陶系碳酸盐岩储层的地球物理响应特征出发,形成1套以地震属性优选、多属性融合、三维像素属性雕刻等为主的地震预测技术流程。利用这些技术手段对奥陶系岩溶孔洞类储层、风化壳顶面储层进行了预测,对这2类储层在平面和空间上的分布特征进行了定性描述和分析,其结果与实钻情况吻合,取得了较好的应用效果。     

随钻地震中地层参数的预测

随钻地震是地震勘探技术和钻井技术的结合,随钻地震技术是利用钻井期间旋转钻头的振动作为井下震源,在钻杆的枯赔,井附近的地表埋置检测器,分别接收经钻杆,地层传输的钻头振动的信号。通过互相关和反褶积等数据处理方法,得到有关井下的地层信息,预测钻前地层速度和反射界面的深度等地层参数,随钻地震技术可以降低钻井成本,提高勘探开发综合经济效益。     

深水钻井导管喷射过程中钻头与海底土的相互作用

为分析喷射下入导管过程中钻头与海底土相互作用情况,建立了导管下入过程中钻头的力学模型。根据射流理论和土力学的分析,得到了喷嘴射流力与土层临界破坏力的计算方法。研究结果表明,钻头与海底土相互作用力可分为直接作用力和射流作用力,只有当射流力较小时才有钻头直接作用地层的压力,排量是影响其作用力的主要因素。通过对现场实际案例计算,对比出施工过程中射流力与土层抗冲蚀力并得出了喷射下入过程中钻头距井底的高度。该研究成果能够结合具体海域的海底土特性,进行喷射过程中钻头及钻柱受力分析,为深水钻井喷射下入导管的钻井参数设计提供理论依据。     

随钻电阻率测井仪器探测特性分析

随钻电阻率测井具有预测井周围和钻头前方各种地质情况的能力，能为科学化钻井提供有利的依据。在对随钻电阻率测井原理分析的基础上，给出了电磁场量与地层电阻率之间的转换关系，计算得到了随钻电阻率测井仪器的探测特性，包括探测深度和纵向分辨率。分析结果表明：衰减电阻率比相移电阻率的探测深度要大；而相移电阻率比衰减电阻率的纵向分辨率要高。这些结论可以用来判断地层侵入和围岩情况，以及在随钻电阻率测井资料解释时参考。     

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。      

一种新的井中地震勘探技术

随钻地震技术是一种新的井中地震技术。它以钻井期间钻头产生的振动作为井下震源,在钻柱顶部和地面上分别记录钻头信号和地震波,通过互相关和钻头反褶积等数据处理方法,可以计算出钻头信号的传播时间、衰减与钻头信号不相干的噪声,得到有关井下的地层信息。该方法不需要井下仪器,不干扰钻井工作,实时获取的随钻地震资料可以用于地质导向钻井。在江汉油田范3井2250 m井深处先导试验中,取得了较好的效果。     

普光3井防斜打直技术

普光3井上部地层属于高陡构造,地层倾角大,极易发生井斜,地层可钻性差,蹩跳钻严重,上部地层防斜打直是施工的难点。该井在施工过程中应用了钟摆钻具组合、大直径钻铤组成的塔式钻具组合和螺杆钻具组合。应 用效果表明,钟摆钻具组合在表层钻进时,要防斜打直要求钻压很小,这样制约了钻井速度;大直径钻铤塔式钻具组合防斜效果较好,且匹配好合适的钻井参数并优选好钻头,能有效提高钻井速度;上螺杆扭方位钻具组合是一种较积极的防斜打直措施,有必要进一步探索。     

铝合金钻杆在长水平井段延伸钻进的可行性

目前国内页岩气钻井的重点研究攻关目标是垂深4 000 m以深的长水平段水平井,长水平段钻柱需要钻杆传递更大的轴向力来抵抗沿程的摩擦阻力,采用轻质铝合金钻杆是一种具有较大实施可行性的延伸钻进变革性新技术,而对于其摩阻扭矩特性、钻压传递规律、屈曲特性以及安全可靠性等问题则尚未开展系统研究。为此,基于Hamilton原理建立多尺寸铝合金钻柱动力学模型,通过HHT-α法对模型进行求解,进而对比了水平井段铝合金钻具和钢钻具的接触摩阻、钻压传递规律及其影响因素。研究结果表明:①铝合金钻杆在水平段的压力损耗明显小于钢制钻杆;②因其材质较软,小尺寸的铝合金钻杆在钻井过程中极易发生屈曲,导致钻压传递效率下降,甚至发生"钻杆自锁"现象;③较大尺寸的铝合金钻杆屈曲变形较小,其减摩减阻效果优于小尺寸铝合金钻杆,外径147 mm的铝合金钻杆的摩擦阻力仅为外径129 mm铝合金钻杆的71.9%。结论认为,小尺寸铝合金钻杆的刚度无法满足苛刻的长水平段页岩气钻井条件,而大尺寸铝合金钻杆则是解决其延伸钻进难题的重要前提条件之一。     

非常规水平井多段钻塞完井工艺在河南油田泌页HF1井的应用

河南油田泌页HF1井是部署在南襄盆地泌阳凹陷深凹区的一口以主探页岩油为目的的水平预探井。介绍了该井在钻桥塞施工中,如何选定钻桥塞完井方案(包括:钻塞施工泵压的确定、钻塞施工钻压的确定、钻塞施工时液体的选择、钻桥塞工具组合)及钻塞施工的详细步骤。通过选择带压施工装置,配套钻桥塞工具,设定施工参数,历时4d,仅用1只钻头就实现了在1042m水平段,钻桥塞14个,冲砂钻进达170.93m,开创了非常规钻桥塞的新记录。