钻头各向异性钻井特性的理论分析和试验

基于钻头与地层相互作用模型,对钻头的各向异性钻井特性进行了理论分析,用两个特性参数定量描述了钻头转角对并料变化和方位漂移的影响。对钻头各向异性的试验研究表明,钻头各向异性指数可用室内试验来确定。     

钻头各向异性对底部钻具组合力学特性的影响

本文结合岩石—钻头相互作用模型,应用两维底部钻具组合(BHA)力学特性分析程序(用半解析法求解,文中略)分析结果,分析计算了钻头各向异性指数对有效钻力的影响;并根据三种典型的增/降/稳斜钻具组合的力学分析结果具体计算了不同钻头各向异性指数对有效侧向钻力的影响,并据此结果作出了相应的关系曲线,进而分析了钻头各向异性指数对井眼轨迹的影响,得出了具有不同钻头各向异性指数值钻头对钻具组合力学特性的影响规律。     

孕镶金刚石取心钻头各向异性的实验研究

介绍了测定孕镶金刚石取心钻头各向异性指数的实验方法。根据实验装置的结构特点，同时考虑了实验过程中底部钻具组合的变形对测量钻头侧切位移的影响，建立了底部钻具组合的力学实验模型，推导出了孕镶金刚石取心钻头底端在钻进过程中的挠度和转角计算公式。在消除了 钻头底端挠度对侧切位移的影响之后，给出了钻头各向异性指数的计算结果，并对其进行了讨论。结果表明，孕镶金刚石取心钻头的各向异性指数一般在0.06-0.12，其侧向切削效率很低。这说明在井眼轨迹控制中，不应忽略钻头各向异性的影响。     

定向钻井PDC钻头三维钻速预测方法

综合考虑PDC钻头的切削作用、钻具组合的力学作用和地层岩石可钻性各向异性,根据钻头力平衡原理,建立一种新的PDC钻头三维钻速预测方法。在钻头瞬态力平衡计算中,不仅考虑钻具组合的力学作用,还考虑钻头冠部的侧向不平衡力和保径受力对PDC钻头切削作用的影响。结果表明:井眼轨迹的预测结果与实测结果有较高的吻合度,说明方法合理;根据具体的钻头结构参数和地层可钻性各向异性,通过数值计算可获得钻头的轴向和侧向钻速,不需要取得地层法向钻进效率;在钻头瞬态力平衡计算中,钻头侧向不平衡力过大将增大井眼轨迹控制的难度,对PDC钻头布齿参数的进行优化设计可以减小钻头的侧向不平衡力,进而减小钻头漂移角和工具面变化范围,增强井眼轨迹控制能力。     

几各国产钻头脂高温流变特性的实验研究

利用ＨＡＡＫＥ ＲＶ３流变仪，研究了几种国产钻头脂的高温流变学特性，建立了相应的流变方程。实验结果表明，高温时７４１１钻头脂、密封钻头脂、Ｊ７８３钻头脂三种皂类脂表现为典型的Ｂｉｎｇｈａｍ流体；非皂类脂ＺＴ－９表现为典型的Ｈｅｒｓｃｈｅｌ－Ｂｕｌｋｌｅｙ流体。     

利用岩屑波速随钻检测地层可钻性及优选钻头类型

研制了随钻测量钻井岩屑声波速度的便携式钻屑波速测试系统，并对岩屑波速进行了测试，建立了岩屑波速与可钻性级值的关系模型。利用该模型，可随钻标定地层的可钻性级值。对数百只钻头的使用资料进行了统计分析，建立了钻头类型与地层可钻性级值的对应关系。根据地层可钻性的随钻标定结果及变化趋势，利用钻头类型与地层可钻性级值的对应关系，即可优选出适合于待钻井段的钻头类型。在DW-1井上进行了钻头优选现场试验，证明该方法是有效的。     

地层力计算新模型

定量计算钻头与地层之间的作用力对井眼轨迹控制具有重要意义。由三维钻速方程出发，根据钻头合位移方向即为其运动方向的思想，推导出了计算地层力的新模型。该模型综合考虑了地层和钻头的各向异性以及钻头转角的影响，它不受稳斜稳方位条件的限制，是现有地层力模型的补充和扩展。研究结果表明，钻头各向异性和钻头转角对地层力均有影响，把钻头当作各向同性处理时，计算出的地层力比实际钻头条件下要小；在井眼方位和地层下倾方位之间夹角不同条件下，不考虑钻头转角的影响，地层力会略高或略低于考虑转角的情况。由于钻头转角对地层力的影响很小，计算地层力时可以忽略。     

柯柯亚区块西山窑组地层PDC钻头优化设计

柯柯亚区块钻井技术虽然有了很大发展,但仍然具有很大的提速潜力。根据柯柯亚区块西山窑组的地层特点,结合岩石特性分析,设计出了新的PDC钻头,并且在现场试验中取得了明显效果。从柯193井的现场试验情况分析,钻井提速效果明显,钻头磨损程度较小,仍可继续入井使用。     

钻头进尺的预测与事后分析方法

本文提出了一种按最低成本原则确定单只钻头进尺的实用方法。可用于正在钻进钻头的预测,也可用于对用过的钻头进行事后分析。本方法适用于任何类型的钻头。     

孕镶金刚石取心钻头各向异性的实验研究

介绍了测定孕镶金刚石取心钻头各向异性指数的实验方法。根据实验装置的结构特点 ,同时考虑了实验过程中底部钻具组合的变形对测量钻头侧切位移的影响 ,建立了底部钻具组合的力学实验模型 ,推导出了孕镶金刚石取心钻头底端在钻进过程中的挠度和转角计算公式。在消除了钻头底端挠度对侧切位移的影响之后 ,给出了钻头各向异性指数的计算结果 ,并对其进行了讨论。结果表明 ,孕镶金刚石取心钻头的各向异性指数一般在 0 .0 6～0 12 ,其侧向切削效率很低。这说明在井眼轨迹控制中 ,不应忽略钻头各向异性的影响。     

官H1中半径水平井井眼轨迹的控制

在进行了大量的下部钻具组合特性分析和钻头钻进规律研究的基础上，研制了定向井与水平井井眼轨迹控制分析系统。该分析系统在大港官Ｈ１井首次现场应用，取得了令人满意的结果，本文还对水平井井眼轨迹控制中可能出现的问题，提出了相应解决方案。     

导向钻井技术在特殊工艺定向井中的应用

通过进行陆上与海上油田导向钻井技术现场试验，取得了较好的应用效果，进行了动力钻具、钻头类型及随钻测量方式的选择，确定了陆上与海上特殊工艺定中施工中导向钻具组合与参数配合，初步形成了适合胜利油田陆上与海上实际情况的导向钻井技术模式。     

用数据库技术实现PDC钻头选型

建立了一个微型计算机通用钻头数据库管理系统，确立了一套选择ＰＤＣ钻头类型的方法和步骤，该数据库管理系统不但能进行常规的数据检索，还实现了快速，可靠的ＰＤＣ钻头选型，为钻头设计和制造人员提供大量可靠的数据及正确进行ＰＤＣ钻头选择的方法和工具。     

模块化布齿的新型PDC钻头破岩特性

针对现有PDC钻头破岩过程中比压会随着磨损增加而迅速减小的特点,设计一种比压可控的模块化PDC钻头(模块钻头)。首先进行模块钻头切削单元布置方法设计,分析和优化钻头的有效切削刃长,在此基础上建立模块钻头切削齿破岩过程的力学模型,分析切削面积、切削深度、切削齿半径、载荷之间的关系。通过对比现场试验与算例结果,验证模块钻头的破岩特性。研究结果表明:模块钻头能减小有效切削刃长,保证切削单元的钻进比压,增加切削齿的切削深度、切削面积和切削载荷,提高钻头的有效破岩体积,增加钻头的总进尺。通过模块化布齿设计布置,模块钻头可填补常规PDC钻头与孕镶钻头之间的空白。     

喷嘴倾角对PDC钻头齿水射流清洗力影响的实验研究

为了对ＰＤＣ钻头水力结构及参数进行优化设计和优选，对不同喷嘴倾角下射流钻头齿清洗力的影响进行了实验研究。实验装置的测量杆件是根据悬原理设计的，用均布于模拟钻头刀翼上的五根测杆，可以测出水射流对模拟钻头齿上的水力清洗力。     

PDC钻头井底液流分布特性的实验研究

针对条式布齿式ＰＤＣ钻头的结构特点，根据流体动力学相似准则，设计了实验室条件下的模拟实验钻头。采用示踪颗粒流动轨迹显示实验的方法，确定了喷嘴倾斜时，倾斜方向对井底漫流分布的影响。     

PDC钻头钻井时的地质分层方法

使用ＰＤＣ钻头钻井时，岩屑破碎得很细，通过岩屑录井来判断地层岩性十分困难。对ＰＤＣ钻头切削刃进行了受力平衡分析，建立了地层识别因子与钻井操作参数、钻头结构参数的关系模型。根据已钻井的录井、测井、地质资料提取地层变化规律，利用随钻录井数据预测了地层岩性。编制了相应的地质分层软件，并进行了实例预测。预测结果与测井解释结果比较，符合率为６５％￣７０％，说明该预测方法具有一定的有效性和实用性。     

高速超高压水射流喷管内外湍流流场的数值模拟

基于对现有研究成果的分析，选用了应用最广泛的涡动粘性系数法中的－κ－ε模型对高速超高压射流辅助钻井钻头井底湍流流场进行了数值模拟，研究了高速超高压射流的结构特性和喷管内外流场的分布规律。模拟精度基本达到了工程技术要求。对高速超高压射流喷管内外湍流流场的全场数值模拟表明，高速超高压射流井底流场是由射流冲击区，漫流区，涡流区和返游戏我组成的，对于有较大锥形角的斜面或曲面内流道喷嘴，一般可不必考虑流体的     

PDC钻头水力结构研究进展

以近年来国内外钻头水力学研究的文献为基础，综合论述了ＰＤＣ钻头水力学中钻头井底流场和水力结构优化研究的新方法，新动态和新成果，并提出研究中存在的问题和今后的展望，分析表明，示踪颗粒轨迹测法和井底测压法是目前研究ＰＤＣ钻头井底速度场和井底压力场的比较有效和可行的方法，采用数值模拟方法来描述ＰＤＣ钻头井底流场，进行钻头水力结构优化将是ＰＤＣ钻头水力学研究的一个方向，到目前为止，还没有一个评价ＰＤＣ钻头     

牙轮钻头保径结构设计的新方法

针对目前牙轮钻头保径设计存在的问题，系统地分析了牙轮钻头的保径结构，提出了牙轮背锥临界保径线的新概念。根据牙轮背锥临界保径线的特殊性质，利用ＡｕｔｏＣＡＤ绘图软件包建立了镶齿钻头保径结构设计的计算机图解法和相应的计算机程序，为钻头保径结构设计提供了一种简便、直观、准确的新方法。