旋流喷嘴钻头在NP32-3646井的现场应用分析

南堡32-3646井是一口四开三段制定向井,设计井深5798 m。3864～4265 m（井斜29.18°的稳斜段）试验了五刀翼旋流喷嘴PDC钻头（主切削齿直径16 mm, 3个φ11 mm常规水眼和4个φ18 mm旋流喷射水眼）。针对深井超深井钻进中常采用的相对较高的钻井液密度和粘度,不利于提高钻头破岩效率的问题,在系统介绍旋转射流发生机理和破岩机理的基础上,对NP32-3646井五刀翼旋流喷嘴PDC钻头现场应用情况进行了分析。试验结果表明,旋转射流因具有切向、轴向和径向三维速度,可在高粘钻井液条件下更好地改善井底清岩效果,并通过剪切、冲蚀、拉伸和磨削等多种方式实现辅助破岩,从而提高钻井效率。试验钻头进尺401 m,平均机械钻速4.45 m/h,可较好地满足现场钻进需要,具有良好的推广应用前景。     

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。     

复合片钻头钻进规程参数的试验研究

操作规程是决定一种钻进方法成功与否的三大因素之一。本文通过对两种具有代表性的中硬岩石（细砂岩和石灰岩）进行实尺寸钻进试验,探讨和揭示了新型钻岩工具复合片钻头（Polycrystalline-diamond-compact bits）钻进工艺规程与各项参数的相互关系和变化规律,从碎岩比功的角度为合理选择工艺规程提供了依据。     

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。     

温度对不同外形PDC切削齿性能的影响

为了探究不同温度下PDC切削齿性能,以适应不同的钎焊温度,并合理选用外形来提高效率,从影响金刚石复合片（PDC）质量的主要参数：耐磨性、磨削时间、平稳性、抗冲击韧性等出发,对不同厂家、不同外形的PDC在受热前后的性能进行试验,同时比较了平面片、微弧片和弧面片性能上的差异。结果表明：随着温度的升高,磨耗比呈现出降低的趋势;加热到750℃后,PDC磨耗比降低约30%~50%,磨削时间增加,进尺变慢;当温度达到800℃时,磨耗比小于10万,冲击功小于100 J;PDC切削齿对温度的敏感度不同,可根据不同温度下的性能对其分级,以满足不同的钎焊温度的焊接;对于不同外形的PDC,平面片磨削时间短,磨削效率高,而微弧片和弧面片磨耗比略低,磨削时间长,但冲击韧性大大提高。因此,在制造PDC钻头的过程中合理选择PDC形状,并将不同性能的PDC用于钻头的不同部位,能够有效提高PDC钻头的寿命。     

PDC碎岩功耗的理论分析与计算

PDC钻头破碎岩石的理论研究,对于合理设计与应用PDC钻头有着非常重要的意义。虽然国内外学者对PDC钻头的碎岩问题进行了诸多的试验和数值模拟研究,但是理论分析研究相对缺乏。PDC碎岩功耗可以定量地从能量角度反映工具破碎岩石的效率,也是评价钻进效率有效指标之一。本文基于单齿PDC的受力模型和接触力学理论,推导了PDC单齿碎岩功耗和PDC钻头碎岩功耗的理论计算公式。结合实例对比分析表明,该公式对于整形PDC片是适用的。研究结果有助于PDC钻头的设计和PDC片的布齿措施,为深化认识PDC切削碎岩机理提供重要的理论依据。     

山东商河地区地热井钻效分析

商河县地热井资源丰富,蕴藏量巨大,其热储含水层主要为新近系馆陶组以及古近系的东营组。通过区内施工的4个地热井的钻效分析,认为：①采用电动机作为动力的4#地热井施工工期明显优于其他3口采用柴油机作动力的;②本区构造较简单,断层稀少,分阶段使用PDC钻头可以将施工工期大大缩短;③泥浆泵的泵量达到或接近钻孔的环空最低上返速度时,可有效携带岩屑,建议泥浆岩屑上返速度不低于0．5m/s;④使用Ф127mm钻杆代替Ф89mm钻杆,可使钻杆的抗扭强度增加,保证施工的安全;⑤地面使用泥浆罐配备除泥器间断性除泥,保证泥浆液面高于泥浆泵阀室,泥浆靠自重流入泥浆泵阀室内,降低了泥浆泵从循环沉淀池抽吸功耗与节省吸人阀磨损。对比结果可为该区进行地热井施工提供借鉴。     

PDC取心钻头设计支持系统的设计与开发

为了提高地质勘探钻头的设计水平,缩短其设计与研发周期,以Pro/Engineer软件为开发平台,结合Pro/Toolkit和VC++开发工具,设计开发了一个集参数化三维及二维绘图、有关设计计算和分析等设计功能为一体的PDC取心钻头设计支持系统。在系统完全实现后,将能使钻头生产实现产品设计现代化,从而提升产品设计的技术水平和提高产品设计及研发效率。     

超声波辅助PDC切削齿振动破岩仿真分析

PDC钻头在软至中硬地层钻进时具有钻速高、使用寿命长、设计灵活等显著优点,在钻井领域中的需求量逐年增加。而超声波钻进作为一种新型碎岩技术,由于在钻进过程中具有穿透能力强、钻进效率高等优点而获得了广泛关注。以超声波振动辅助PDC钻头破岩有望取得良好的钻进效果。为此,基于线型Drucker-Prager模型,利用ABAQUS软件建立了超声波辅助PDC钻进振动切削岩石的二维有限元模型,分析了不同超声波振动频率下PDC钻进破岩比功和切削力的变化规律,比较了超声波振动切削与常规切削岩屑形成过程的差异。研究结果表明,当激励频率从20 kHz至40 kHz增长的过程中,破岩比功与平均切削力都呈现先减少后增加的变化趋势,即存在一个最优频率位于25~30 kHz间,使破岩比功最小,钻进效率最高;超声波辅助振动切削的破岩方式与常规切削的塑性破坏不同,主要以脆性破坏为主,其切屑形成过程共分为4个阶段,且切削力保持为零的阶段较常规切削更为明显;当激励频率接近岩石固有频率时,超声波振动切削的平均切削力较常规切削小20.5%,并更易产生大块岩屑,使岩石产生更多体积破碎,从而提高破岩效率。     

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。