“松科二井”用硬岩长寿命钻头的设计与应用

为提高“松科二井”在深井硬岩钻进中的寿命与效率,选用了高性能胎体材料、高强度焊接材料,并采用了合理的钻头结构与水路结构设计,研制的φ216/124 mm金刚石取心钻头在“松科二井”取得了良好的效果,本文介绍了适用于深井硬岩的金刚石钻头的设计及应用效果。     

复合式扭力冲击器在坚硬地层中的应用

近年来我国油田开发以深井、超深井为主,存在钻井成本高、机械钻速慢等问题,PDC钻头的黏滑效应是导致这些问题的主要原因,为此,研制出一种新型钻井提速工具——复合式扭力冲击器。工具内部独特的流道结构可以将钻井液的流体能量转换成高频的、周期性的扭转和轴向冲击力,抑制PDC钻头的黏滑效应,使钻头由单一持续的扭转冲击破岩转变为扭转和轴向冲击相结合破岩。复合式扭力冲击器在吉林油田J1井(营城组营四段)和J2井(营城组营一段)进行了现场试验。现场试验结果表明,复合式扭力冲击器能有效保护钻头,在较硬地层中提速效果更明显。     

哈萨克斯坦KKM油田钻具强稳降振提速技术研究

KKM油田下部砂泥岩互层非均质性强导致井下钻具振动剧烈、PDC切削齿寿命低,且井眼易偏斜。目前在用PDC钻头多采用5刀翼或6刀翼16 mm切削齿以降低井下振动保证PDC钻头寿命,但降低了钻头攻击性导致机械钻速较低。针对KKM油田下部地层特点,优选了4刀翼19 mm复合片PDC钻头。该钻头具有较高的破岩效率和攻击性,可大幅度提高机械钻速;同时通过底部钻具组合动力学分析,优化形成了双稳定器+单稳单弯（0.5°）钻具组合,3个稳定器串联具有较强的稳定降振作用,配合小弯角螺杆钻进可有效提高防斜能力,降低了井下振动,配合大尺寸聚晶金刚石复合片PDC钻头实现了三开井段一趟钻完成的目标,机械钻速提高115.35%。     

煤矿井下硬岩定向钻进PDC钻头选型及试验分析

为了提高煤矿井下硬岩定向钻进的效率,在分析硬岩定向钻进PDC钻头的结构要求的基础上,选择了3种不同类型的PDC钻头进行煤矿井下硬岩定向钻进试验。试验结果表明,平底型PDC钻头不适用于定向钻进硬岩,而三翼抛物线型钻头和四翼平角型钻头在定向钻进硬岩时,表现出长寿命、高效率等特点,适合于定向钻进硬岩地层,大大提高了煤矿井下定向钻进硬岩地层的效率。     

液力衡扭旋冲提速工具及其在达深16井的应用

大庆油田深部地层岩石坚硬、研磨性强,运用常规手段钻进,单只钻头进尺少、寿命短且机械钻速较低。应用液力衡扭矩提速工具,有效解决了这些问题,显著提高了机械钻速和单只钻头的进尺。通过达深16井的现场试验证明,该工具能够使钻头的破岩方式在剪切的基础上附加机械冲击和高压水力脉冲,有效提高PDC钻头剪切岩层的效率,为深井提速提供了一种有效的手段。     

新型高效破岩钻井技术及工业化应用研究

高效破岩技术对提高破岩效率、减少钻进时间和降低钻井成本有重要作用。近年来,针对当前油气田钻井深、地层硬度高、研磨性强、可钻性极差等特点,形成了新型的高效破岩技术。主要包括:新型气体安全高效钻井技术、孕镶PDC钻头+涡轮复合钻井技术、PDC钻头+扭力冲击器钻井技术以及新型ONYX360旋转钻头技术,现场应用表明,这些钻井技术对提高破岩效率、机械钻速和节约钻井周期和成本有较好的效果。     

深井钻进井底参数测量系统用传感器的分析研究

深井、超深井钻探工程中,钻进工艺和操作技术非常重要,直接影响钻井技术经济指标,目前主要依靠地面仪表显示的读数指标来指导钻进。但是,地面仪表显示的读数与井底钻进工艺参数实际数值有一定差异,而且孔越深,差异越大,据俄罗斯超深井钻井研究结果,这个差异可达20%~30%。为此俄罗斯成功研发出了井底参数测量系统,取得了很好的效果,其中传感器是关键器具。本文将俄罗斯深井钻进测量系统中使用的多种传感器进行了综合整理,包括井底钻井液压力传感器、井底温度传感器、井斜顶角传感器、井斜方位角传感器、井底钻头轴载传感器,介绍了这些井底参数传感器的结构组成及工作原理,并分析了传感器与井底-井口联系通道的配合问题。以期对我国13000 m的特深地质井钻进提供参考。     

鸭西背斜钻井提速技术试验及效果分析

鸭儿峡油田白垩系油藏鸭西背斜,地层倾角大、夹层多、研磨性强、可钻性差。钻进中直井段易斜;PDC钻头选型难度大,定向钻井时,工具面稳定性差、“托压”严重;钻井液性能要求高,常因与地层配伍性差,导致井下复杂情况发生,严重制约钻速提高。本文针对制约钻速提高的难点,通过现场试验效果分析来阐述鸭西背斜鸭K区块钻井提速措施,包括直井段防斜打直技术、水力振荡器试验、PDC钻头个性化试验、钻具组合选择和优化钻井液性能等,通过现场试验,为鸭西背斜钻井提速积累了成功经验。     

旋冲螺杆钻具在临盘油田的试验应用

本文阐述了旋冲螺杆钻具的结构原理及主要性能参数,该工具可以将冲击破岩和PDC钻头剪切破岩相结合,集合冲击钻井和螺杆钻井的各自优势,改善钻头的工作状态,大幅度提高机械钻速;该工具降低钻具摩阻,应用于定向井可以提高定向钻井效率。该工具冲击力与钻压成正相关关系,冲击频率与马达转速成正比。φ178 mm旋冲螺杆钻具分别在临盘油田直井和定向井进行了试验应用,复合钻进机械钻速与邻井相比提高了22.1%～41.8%,滑动钻进机械钻速同比提高了51.1%,对加快油田勘探开发速度、降低钻井成本有积极的意义。     

深井钻进时井底钻头造斜导向系统的分析与建议

深井钻进中,随着井深的增加,钻进条件变得更为复杂,钻井效率降低,钻井质量不易保证,井斜问题更加难以控制。俄罗斯地质钻探工程中正在积极使用回转导向系统Роторные управляемые системы——РУС （Rotary Steerable System——RSS）,主要是利用井底钻头的造斜作用,进行增斜、减斜和稳斜钻进,可以控制井斜的方向和强度,精度很高（±0.1°）,井深可达13 km,回次长度可以达到1000 m,对于我国深井,特别是地质超深井钻进具有一定参考价值。     

自激振荡脉冲射流提高PDC钻头机械钻速实践

利用自激振荡脉冲射流原理,设计了脉冲射流喷嘴,应用于PDC石油钻头中,经过不同地域、不同地层、不同直径的实践应用表明,新型自激振荡脉冲射流PDC石油钻头与普通PDC钻头相比,机械钻速提高10%～30%;钻头寿命大幅度提高;破碎岩屑颗粒粒径增大2～4倍,扩大了勘探油井PDC钻头使用范围;有效地防止了钻头“泥包”等。     

软岩钻进用新型复合片钻头的研制与应用

为提高复合片在软岩钻进中的效率及寿命,提出了改变复合片切削齿形状,运用新的布齿方式和新的保径设计,设计制造的Φ76 mmPDC钻头在软岩钻进中取得了良好的效果。详细介绍了该软岩钻头的结构设计及现场应用效果。     

大线速度下超高压水射流破岩试验研究

高压水射流的破岩效果对高压水射流辅助掘进机破岩技术至关重要。为提升隧道掘进机工况下高压水射流辅助破岩的效率,开展大线速度下超高压水射流破岩试验,分析喷嘴移动线速度、射流压力和喷嘴直径对破岩效果的影响规律,并探究加磨料和射流形式对破岩效果的影响。试验结果表明,随喷嘴移动线速度增加,高压水射流的切割深度和切割宽度均近似线性减小;随射流压力增加,切割深度近似线性增大,压力从200 MPa提高到280 MPa,切割深度增加了72%～82%;喷嘴直径从0.35 mm增大到0.60 mm,切割深度增加了60%～85%。大线速度下加磨料后射流变发散,加磨料的切割深度小于纯水的切割深度,加磨料的切割宽度大于纯水的切割宽度。砂管束流射流模式的能量利用率更高,砂管束流的切割深度比长线射流的切割深度大35%～42%,砂管束流的切割宽度比长线射流的切割宽度大78%～85%。基于Crow切割岩石理论,通过试验数据回归分析,得到大线速度下超高压水射流切割深度半理论半经验预测模型,可为高压水射流辅助掘进机破岩技术中射流切割参数优化提供参考依据。研究成果对提升隧道掘进机工况下超高压水射流辅助破岩的效率是很有意义的。     

山西河东煤田石楼北区块NSL05井煤层气钻井施工工艺

石楼北区块位于鄂尔多斯盆地东缘。该区域表土层松散易坍塌,在以往的钻探施工中,地层中不同程度的存在涌水或者漏失情况。太原组第三层灰岩可钻性较差,取心作业中频繁发生钻头被堵死的情况。为了解决以上问题,缩短施工工期,对钻具组合和钻井参数进行了调整,采用四翼PDC钻头、直螺杆的钻具结构;取心作业主要采用绳索取心,采用①215．9mm的取心钻头代替该区以往的016．9mm钻头,利用Φ127mm钻杆作为绳索取心工具的运行通道,并采用自行研制的内外管总成和内管取心工具．保证了取心效果;将钻头水眼更改为12mm×2＋14mm＋16ram的组合方式,有效保持了钻孔内的清洁,避免岩屑重复破碎,进一步提高钻进效率。同时介绍了钻探施工程中设备的配套、钻井液的配制、钻井技术参数的选择等。结果表明：该井取心岩心总收获率为92．15％,其中8#煤心质量总采取率为93．50％;井斜3°10′,全井水平位移44．17m,最大全角变化率耋1．1。／30m。对该区煤层气井钻探施工有很好的借鉴作用。     

岩层联络孔冲剪复合碎岩原理可行性研究

“以孔代巷”是煤矿井下钻探技术研究的重要方向,具有效率高、成本低等优点,但在岩层中施工大直径联络孔时,采用多级扩孔方式,存在提下钻等辅助时间长,成孔效率低的问题。在不改变钻探装备配置基础上,通过结构和工艺创新,提出冲击和剪切复合碎岩原理,即将高压水-冲击器-内钎头冲击碎岩和钻机-钻杆柱-外切PDC钻头剪切碎岩创造性地结合在一起,以冲击功预裂地层,破坏岩层的整体构造应力,同时钻机驱动外切PDC钻头对预裂后的外侧岩石进行剪切破碎,由此实现“小马拉大车”的应用效果。研制了?153 mm冲剪复合钻头,采用ZDY3200S分体式小型钻机在硬质砂岩地层中进行试验,平均机械钻速8.3 m/h,最大机械钻速可达10 m/h,且转速和钻压对机械钻速影响较小,结果证明冲剪复合碎岩原理具有可行性,为煤矿井下岩层联络孔优快成孔提供了新的研究思路。      

唐山马头营干热岩M-2井钻井工艺

M-2井为马头营干热岩开采试验井组的采出井,为解决M-2井在钻进过程中新生界地层坍塌、钻头泥包、太古界花岗岩地层钻进效率低、溢流、掉块以及高温钻井液等施工难点,进行了钻井关键技术研究。通过增加钻井液比重、降低滤失量、提高黏度,维护了新生界井壁稳定性;采用双泵大排量、转盘高转速旋转,解决了钻遇新近系钻头泥包问题。在井深3 880 m处,通过提高泥浆比重,并加入随钻堵漏剂,有效遏制了溢流、大消耗和掉块;通过改进耐高温钻井液,提高了泥浆的流变性,降低了摩阻和转盘扭矩,保障了M-2井的顺利完井。通过更改钻具组合,采用大螺杆、大钻压、大排量、粗径钻具,使M-2井在太古界变质花岗岩地层中平均钻速达到2.46 m/h,比M-1井同地层纯钻速提高了69.7%,降低了钻探成本。旋锤机配合金刚石复合片(polycrystaline diamond compucts, PDC)钻头提速实验,证明了该方法可有效提高钻进效率,但变质花岗岩地层较硬、研磨性强,PDC片易崩坏,钻头性能仍有待改进。相比而言,采用?203 mm螺杆+牙轮钻头钻进整体效益更高,可作为后续施工中的优选方案。     

特殊保径结构PDC钻头在渤海油田应用

随着石油勘探开发技术的不断进步,旋转导向钻井系统在现代钻井中的应用越来越多。但当面临更加复杂及曲率更高的井身结构时,单依靠Xceed指向式旋转导向工具不能完全满足钻井作业的要求。针对这一情况,提出一种特殊保径结构的PDC钻头,其特殊在于上部1 in标准保径,下部3 in保径为0.6°倒角保径。经过计算机模拟分析,这种PDC钻头相较于常规PDC钻头不但可以提高钻具组合的造斜能力还能提高钻具工作稳定性。在渤海油田现场使用表明,这种特殊保径结构的PDC钻头具有更强的造斜能力,保证旋转导向工具和其它井下工具稳定性,减缓井下仪器由于井下震动导致的失效。     

自进式直旋混合射流钻头结构优化与钻孔能力分析

自进式射流钻头作为水力喷射径向钻井技术开采煤系气的核心部件,对钻井效率有决定性影响。为获取直旋混合射流钻头结构的最优参数,采用Fluent数值模拟与室内钻进试验相结合的办法,分析不同钻头结构参数下三维流场的速度特性,给出优化准则,并通过钻进试验加以验证,得到钻头的最优参数:中心孔孔径1.2 mm,叶轮槽槽宽0.7 mm,叶轮长度4.5 mm,叶轮径向长度3.5 mm,倾角45°,混合腔腔长6 mm。并通过理论分析解释了不同参数对钻头钻进速度产生变化的原因,主要是通过影响直旋混合射流中直射流与旋转射流的通量,进而引起射流三维的变化。采用灰色关联分析法得出各参数结构对钻进位移的敏感性系数由高到低依次为:中心孔孔径、叶轮槽宽、叶轮径向长度、混合腔腔长、叶轮倾角、叶轮长度。室内钻进试验结果表明:优化后的射流钻头具有更高的钻进效率,在关联分析中对钻进效率影响最大的是直射流与旋转射流通量,且直旋通量比在0.54时,射流能量分配较合理。研究成果对径向钻井煤层气、天然气开采中钻头的设计与结构优化具有指导意义。      

硬岩PDC定向钻头优化设计及其表面增材技术研究

定向长钻孔是煤矿瓦斯、水害治理的主要技术手段,PDC定向钻头性能是影响坚硬地层钻进效率的重要因素。针对煤层顶底板岩层定向长钻孔施工中出现因PDC钻头体断翼、PDC崩齿等问题导致的频繁起下钻、施工效率低等现象,采用等切削布齿原则对刀翼布齿进行优化,有效降低切削齿冲击破坏;通过流体力学仿真分析,优化钻头水力参数,保证岩屑及时排出孔底,防止切削齿因重复破碎岩石导致过早损坏;通过仿真分析,优选大直径PDC异型齿,提高切削齿耐磨和抗冲击性能;引入表面增材制造技术,通过优化等离子(PTA)增材制造工艺参数,实现了兼具胎体耐磨耐冲蚀和钢体强韧性的WC基复合钻头体加工工艺。新研制的PDC定向钻头,在淮南顾桥煤矿北区底板探放水钻孔中进行了现场试验。结果表明：钻进致密、坚硬灰岩地层时,2只钻头寿命分别达到827、810 m,相对于以前的?120 mm胎体式定向钻头平均寿命300 m有较大幅度的提高,并降低了上下钻等辅助作业时间,提高了施工效率,达到了硬岩定向长钻孔提速增效的目标,为硬岩定向长钻孔用PDC钻头设计和制造工艺开发提供了新的解决方案。