反循环连续取芯钻头的设计

泵吸反循环钻探用钻头有两大类型:一种是输送岩屑的全面钻进钻头,如牙轮钻头;另一种是输送柱状岩芯的取芯钻头。输送柱状岩芯的钻头又分为输送软散型岩芯的合金钻头和输送硬岩芯的金刚石钻头。本文重点介绍输送岩芯钻头的设计。反循环钻头和正循环钻头的不同点在于反循环钻头需改变冲洗液的流向,迫使冲洗液向钻头中心部分流动;反循环钻头的壁厚     

双管双动内钻头超前硬质合金钻具在复杂地层中的应用

金刚石绳索取心钻进技术的优点之一,是岩心采取率高、施工质量好。但是,在赤峰杜家地矿区钻探中,采用普通双管和绳索取心钻具,却常常取不上岩心来。为此,我们设计了φ75双管双动内钻头超前硬质合金钻具,通过生产实践,基本上解决了复杂地层的取心问题。钻具结构原理钻具结构原理如附图所示,它由双管接手、接手内设的反水泄压球阀、外岩心管及外钻头、内岩心管及内钻头等组成。其工作原理是,轴心压力通过双管接手传递到内、外管,再由内、外管传递到内、外钻头;回转也是通过双管接手传动内、外管及内、外钻头回转钻进。冲洗液通过双管接手之通水     

人造金刚石聚晶地质岩心钻头钻岩效果

７０年代初，我国开始研究人造金刚石聚晶，同时探索其在岩心钻探中应用，并获得成功。聚晶地质钻头已形成系列。聚晶切削具形状增多，磨削比高达１：１０万。聚晶钻头在钻进软至中硬岩石，钻进效果显著，钻头寿命最高达６８４．１７米，绳索取心钻头提钻间隔高达５７．８１米／次。可替代硬质合金钻头，提高钻探经济效益。     

铀矿勘查岩心钻探系列钻头的研制、开发与应用

文章概述了铀矿勘查岩心钻探钻头的分类、使用情况和技术要求，重点介绍了上世纪90年代以来我国钻头研究取得的主要成果及生产应用效果，指出了今后钻头研究的重点和方向。     

DKY95XHP5型钻头及无岩心钻进工艺

ＤＫＹ９５ＸＨＰ５型地勘牙轮钻头采用了楔形硬质合金镶齿、滑动轴承密封润滑，储油和平衡补偿和新型专利喷嘴等先进结构，使用该钻头及配套无岩心钻进工艺，在中硬砂岩和灰岩中钻进，钻探台效提高，单位进尺成本降低。     

汶川科学钻探PDC取心钻头有限元分析

汶川地震断裂带科学钻探项目是在龙门山"北川-映秀"断裂及龙门山前缘安县-灌县断裂附近实施5口科学群钻,由于所实施的5个钻孔都位于地震断裂带上,地层十分松软破碎,普通取心钻进的取心率低、岩心扰动大。为解决该问题,设计并采用了一种超前式隔水防冲蚀PDC取心钻头,取得了良好的效果,提高了岩心采取率,并保证了岩心的原状性。论文通过UG建立的实体模型导入ANSYS Workbench下的CFX流场分析和Steady-Thermal稳定热分析模块,分析了该钻头的井底流场分布、大小以及钻头的冷却效果,并计算孔底有效排粉的最低泵量,以确定超前式隔水防冲蚀PDC取心钻头取心钻进时保证取心率和岩心原状性要求的最优泵量。     

用挠性顶尖加工金刚石地质钻头

金刚石钻头在制作和烧结过程中,由于石墨模具,压机精度、压头及垫块等多种因素的影响,使金刚石钻头半成品工作唇面与联接钢体的垂直度,超出了规定范围,给机加工带来一定的困难,甚至加工不慎会造成废品。 半成品金刚石钻头的机加工,主要部位是钻头外径、内孔尺寸和螺纹。钻头的工作唇面是加工外径的基本基准,外径又是加工内孔尺寸和螺纹的基准,钻头工作唇面、外径、螺纹三者加工精度是确保钻头同轴度与垂直度密切相关的部位,只有这些相关部位相互具备可靠的校正基准,才能确保钻头加工质量。钻头垂直度偏斜过大,钻进过程中钻头就会出现胎体偏磨,造成钻具跳动和偏摆,岩心磨损大,造成取芯困难,影响采取率,同时也影响了钻头的使用寿命。     

破碎松软地层取心钻头孔底流场数值模拟及应用

复杂地层取心和孔壁稳定一直是困扰地质钻探界的2大技术难题。以汶川地震科钻为例,5个钻孔都在断裂带上,地层极破碎、松软。针对部分孔段取心率低问题,设计一种新型阶梯式隔水底喷取心钻头,利用CFD技术对钻头孔底流场进行数值分析,优化钻头排水槽结构、泥浆性能和水力参数,寻找一种最佳组合,为提高岩心采取率、预防堵心,提高孔壁的稳定性奠定基础。     

河南铝土矿勘探高肋骨PDC 钻头双管钻探工艺探讨

针对河南铝土矿勘探的钻探工艺进行探讨。从岩性及钻探工艺两方面分析在河南铝土矿勘探时常规钻探工艺易出现卡钻、岩心采取率低、钻进效率低的原因,岩性方面:河南铝土矿勘探过程中常遇的二叠系、石炭系地层多属软-中硬岩,易遇水膨胀、孔壁不稳定,钻杆、钻具易粘附孔壁导致泥浆排泄不畅;钻探工艺方面:普通合金钻探工艺岩心采取率低、钻速低,绳索取心钻探工艺岩心采取率高、钻杆钻具与孔壁间隙小,普通金刚石双管钻探工艺岩心采取率高、钻具与孔壁间隙小,普通PDC钻头钻探工艺岩心采取率高、钻具与孔壁间隙仍然不够大,采用常规钻探工艺常发生钻具或钻杆粘附孔壁、泥浆排泄不畅,易产生的卡钻事故而降低钻探效率。高肋骨PDC钻头可有效增大钻具与孔壁间隙、双管取心可有效提高岩心采取率,采用高肋骨PDC钻头双管钻探较好地解决了河南铝土矿勘探时卡钻、岩心采取率低、钻探效率低的问题。因而以为在河南铝土矿勘探中适宜采用PDC钻头双管钻探工艺。     

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。     

绳冲钻进克服“打滑”地层效果显著

经过连续5个钻孔的施工实践,充分证实了绳索取心冲击回转钻进技术在解决钻头“打滑”、提高钻孔质量、延长钻头寿命、防止岩心堵塞、减轻钻杆内结泥皮、准确判断内管到位等方面的优越性.     

密闭取心钻头两相流流场CFD模拟研究

密闭取心是一种特殊取心作业,通过密闭取心钻具与密闭取心钻头配合,在密闭液作用下实现岩心与钻井液隔离,可获得地层原始含油饱和度及油水动态等数据。密闭钻头设计为双流道结构,要满足钻井液过流冲洗冷却钻头唇面、携带岩屑要求,同时密闭液在井底可形成富集区域,有效保护岩心免受钻井液污染,密闭取心钻头流道参数是密闭取心钻头设计的关键。本文运用计算流体力学理论,采用k-epsilon湍流模型及连续性方程对KM型密闭取心钻具配套密闭取心孕镶金刚石钻头的两相流井底流场进行数值模拟,研究钻头唇面两相流混流状态、流体压力、流速、剪切应力分布特征等,分析了流场特征对钻头密闭效果、钻进效率和寿命等的影响,验证了密闭取心孕镶胎块式金刚石钻头流道结构设计参数,提出了钻头两相流流道优化设计建议。     

碗状钻头在松散地层中叉孔的应用

采用粗径岩心管、水泥封闭等方法在新生界松散层中人为叉孔有时效果不太明显。而碗状钻头人为叉孔成功率高，施工工艺简单，节省了时间，降低了成本。本文结合实例简介了碗状钻头的适用范围。     

用于煤系软硬互层新型PDC取心钻头的设计与应用

PDC（Polycrystalline Diamond Compact）钻头适用于软到中硬的均质地层钻进,具有钻速高、寿命长等特点,但不适合软硬互层等地层。鉴于此,针对煤系软硬交错地层（3～8级）钻进效率低、钻头寿命短和岩心采取率低的特点,提出了加强保径结构、改善水路循环和超前辅助切削齿的设计。设计制造的φ77 mm PDC取心钻头在重庆市綦江县同华煤矿勘探3号孔钻进中取得了较好的使用效果。     

松辽盆地南部油气田钻井取心关键技术

为有效解决松辽盆地南部油气田储集层取心钻头选型困难、机械钻速低和岩心收获率不稳定等难题,在分析取心井段地质特征、XRD元素组分占比、地层可钻性的基础上,开展了取心筒和岩心爪比选、取心钻头选型和个性化取心钻头的研制,同时优选取心钻具组合和优化取心参数,完善不同储集层取心工艺技术配套。比选后的取心工具配合新型取心钻头在多口井的取心实践中,取得了平均岩心收获率>98.98%、最高机械钻速达到6.03 m/h的效果。系列取心钻头优选和配套关键技术的应用解决了目前松辽盆地南部储集层取心的技术难题,可为后续取心提供可靠的参考和技术支持。     

受冲击荷载作用土体变形的有限元研究

把土当作一种弹塑性材料,把钻头冲击土体的过程抽象为一个半无限体在圆环面积上受均布力作用的问题,建立合理的计算模型,采用ANSYS有限元分析中瞬时动态动力学分析来模拟分析土体冲击变形过程,探讨在钻头结构一定、输出一定的冲击功的条件下,其所能切入土层的深度和钻头对柱状土心的扰动情况。经分析得出,土体轴向压缩量在钻头底唇面处最大,在土样中心部位最小;钻头内外壁和土层接触处土中的密塞斯应力几乎是突变的,而应力在土样中几乎都保持在最小值的水平;冲击对土样的扰动只是在一个很小的范围内。     

水力反循环连续取心钻头损坏的原因及预防

水力反循环连续取心钻进冲洗液的特殊分布以及在基岩中钻进岩心堵塞等诸因素的影响，往往容易造成钻头的早期损坏。水力反循环钻进，冲洗液的循环如图1所示。正常钻进时冲洗液从内外管间隙到达内管底部后分为两部分：约大于70％的冲洗液从钻头     

不同地层钻进用金刚石钻头分析研究

在钻探工程中,特别是深孔钻进中,常常遇到各种复杂情况,例如,遇到坚硬裂隙性地层钻进问题,空气泡沫洗井时钻头冷却问题,钻孔和岩心保径问题,等等。这些复杂情况的解决几乎均与钻头的技术特性和工作能力有关。应从钻头方面进行研究、采取对策,以便提高钻探工程的技术经济指标。俄罗斯专家在解决上述有关问题时在可以使用的钻头方面进行了很多的研究,取得了一定的成果,包括坚硬裂隙性岩石钻进用金刚石钻头、压缩空气（泡沫）洗井用金刚石钻头、保径金刚石钻头等。本文介绍了这几种获专利技术的金刚石钻头的结构、工作原理及优点,可供我国研究和借鉴。     

囊袋多节捆绑式绳索取心钻具的设计与应用

由于现有的普通绳索取心钻具缺乏隔水与护心装置,在松散、软弱、破碎等复杂地层取心钻进时,破碎岩心易被冲蚀,提钻过程中岩心易脱落,使岩心采取率和取心质量达不到设计要求,甚至无法采取到岩心。针对上述问题,设计了一种囊袋多节捆绑式绳索取心钻具。该钻具在普通绳索取心钻具基础上增加了多节捆绑式囊袋总成结构,并与超前侧喷钻头配合使用。囊袋可以隔绝冲洗液,有利于取得原状岩心,通过分段捆绑,可以有效包裹住岩心,防止其在提钻过程中脱落。超前侧喷钻头改变了冲洗液流向,起到隔水与护心的作用。现场应用表明,该钻具能够完成在松散、软弱、破碎等复杂地层的钻探工作,岩心采取率达90%以上,取心质量也得到明显提高。      

Ø215.9 mm四牙轮取心钻头设计与应用

针对硬岩及复杂地层取心钻进效率低、钻头寿命短的问题,依托“深海钻探技术与工程支撑”项目研制了?215.9 mm四牙轮取心钻头。通过合理布置牙轮角度与分布、优化取心结构,有效提高岩心采取率,保证钻头在硬岩中的钻进速度与可靠性。在之前进行了陆地试验和海洋试验并不断优化改进的基础上,本次在内蒙古自治区呼和浩特市清水河县首次进行了实验性的地热勘探取心施工,全段地层均为高研磨性、高硬度花岗岩,取心困难。采用?215.9 mm牙轮取心钻头配合常规的取心钻具,钻进效率达1.2 m/h,岩心采取率为70%~90%,取得了较好的应用效果,为海洋钻探硬岩取心提供了技术保障。