PDC钻头钻进的岩石可钻性研究

用微型PDC试验钻头模拟全尺寸PDC钻头的切削破岩方式在岩样上钻孔,测定了石油钻井所遇地层岩心的微PDC钻头可钻性指数(PDT).研究了微PDC钻头可钻性指数和微牙轮钻头可钻性指数(UDT)的关系.研究表明,基于牙轮钻头钻进特点的油矿地层可钻性分级.同样适用于PDC钻头钻井.在岩石可钻性方面.PDC钻头对地层的适应性较差.PDC钻头钻进时,存在着极限等级值和有效等级值.当地层等级值大于极限等级值时。其破岩效果差,当等于或小于有效等级值时,效果最好.     

模拟地层条件的岩石抗钻特性

可钻性级值及单轴抗压强度不能全面、客观分析地层条件下岩石抗钻特性,而利用三轴抗压强度指导钻头选型及钻速预测又受到缺乏连续地层强度特性剖面的制约。针对这一问题,基于模拟地层条件的三轴抗压强度实验、波速实验及微钻头可钻性实验,通过多元回归分析,分别建立了三轴抗压强度、可钻性级值多因素关系模型。在此基础上,利用测井资料建立了抗钻特性参数连续剖面,揭示了抗压强度分层规律。俄罗斯远东鄂霍次克海域V区块实例研究表明:以三轴抗压强度为基础的PDC钻头优化设计取得了钻井提速显著、钻头寿命明显延长的综合效果。     

砂砾岩地层的岩石力学特性及钻头优化方法

 为了提高珠江口盆地含砾地层的钻井速度,对该油田的矿物组份及岩性进行了分析,开展了含砾地层的强度、可钻性和研磨性室内实验,弄清了该油田砂砾岩地层的岩石力学特性.根据地层的岩石力学特性和邻井钻头的使用效果,从聚晶金刚石复合片(PDC)钻头的复合片、冠部轮廓、布齿方式和水力结构等方面,对PDC钻头进行结构优化.优化后的新型PDC钻头进尺比普通PDC钻头提高131%以上,钻速提高82%以上,钻井成本每米减少28%.本文提出了考虑地层岩石力学特性、钻头使用效果和钻头综合性能相结合的优化方法,该方法简单有效.     

基于分形方法的深部砂岩地层岩石可钻性分析

石油钻井中测量岩石可钻性的主要方法是以井下取心为对象,测量岩石的力学性能和微钻法可钻性试验,但这种方法采样费用高,试验周期长,不能在现场直接应用,这对实际应用造成了很大困难。文中用筛析法分析不同围压下砂岩岩心碎屑的分布,发现砂岩岩心破碎碎屑是分形分布。不同围压的实验中,碎屑分布的分维值不同。随着围压的增加,砂岩破碎碎屑的分维增大。解释了砂岩碎屑分维增大的原因,研究了碎屑分形分布的物理机制。并进一步分析了砂岩岩心分形维数与可钻性和围压之间关系,为使用实际钻进过程中产生的上返岩屑描述可钻性指标奠定基础,为可钻性研究提供一条新的途径。     

岩石可钻性数据的处理方法——中位数法

一、概况 岩石可钻性是岩石被钻穿的难易程度,表现了岩石在钻井过程中的一种综合性质,由于这种性质是用与实际钻井原理相似的微型钻头试验得出来的,对实际工作具有相当的参考价值。根据岩石可钻性对所钻地层进行分级分类工作,便可作为实际工作中选用钻头类型,制定技术定额等提供地质依据。国外有的厂家已将微钻速直接用于初选钻头,予测钻头工作指标与估计成本等方面。根据我国各油田岩心试验结果的统计分析,发现岩石可钻性服从     

实钻条件下破碎能耗的分形评价方法

为了分析实钻过程中钻头破碎岩石能量,将钻进参数、水力参数、岩屑粒度与破碎能耗结合起来建立实钻条件下岩石破碎能耗的分形模型,并应用该模型对大庆徐家围子火山岩地层徐深31井的岩石破碎能耗进行计算分析.结果表明:该模型既能用来计算和评价实钻过程中井底岩石的抗破碎能力,又可作为优选钻进参数和钻头选型的依据;岩石破碎能耗参数与传统静态的岩石可钻性参数有本质区别,岩石破碎能耗参数既与地层内岩石的自身属性有关,又与钻井的破岩条件和钻进措施有关,反映的是实际钻井条件下的岩石抗破碎能力;过平衡钻进的压井工艺能大幅度限制实际钻速;深部地层岩石的较高硬度和可钻性级值均能降低钻速,但降低幅度不大,真正大幅降低钻速的是井底压力环境.     

利用岩石三轴抗压强度优选PDC钻头

岩石三轴抗压强度是表征地层抗钻性质的重要参数之一,是PDC钻头优选的基础和主要依据。利用测井资料获取地层岩石三轴抗压强度并进行聚类分层处理,建立了PDC钻头切削结构参数与岩石三轴抗压强度之间的定量关系,提出了基于岩石三轴抗压强度的PDC钻头优选方法。通过实例计算得出了311.2 mm PDC钻头切削结构参数设计结果。该方法可为现场PDC钻头优选提供必要的理论依据,具有一定的实用性。     

利用岩石三轴抗压强度优选PDC钻头

岩石三轴抗压强度是表征地层抗钻性质的重要参数之一，是PDC钻头优选的基础和主要依据。利用测井资料获取地层岩石三轴抗压强度并进行聚类分层处理，建立了PDC钻头切削结构参数与岩石三轴抗压强度之间的定量关系，提出了基于岩石三轴抗压强度的PDC钻头优选方法。通过实例计算得出了311．2mm PDC钻头切削结构参数设计结果。该方法可为现场PDC钻头优选提供必要的理论依据，具有一定的实用性。     

鄂尔多斯气井钻井岩石力学特征描述难点及对策

鄂尔多斯探区的气井钻遇多套复杂地层,利用常规方法计算的地层坍塌压力、漏失压力、可钻性等钻井岩石力学特征参数误差较大,导致前期钻井施工中井壁垮塌与漏失严重、钻头选型效果不佳。针对鄂尔多斯气井钻井岩石力学特征描述的难点,根据工区实际情况完善了水敏性泥页岩地层坍塌压力计算方法、破碎性地层漏失压力求取方法、岩性多变地层可钻性分析方法,利用测井、钻井、地质、测试等资料描述了坍塌压力、漏失压力、可钻性的分布特征;并依据其提出了工程建议。在富县、定北工区的现场应用情况表明该方法具有较好的适用性,为优质快速钻井技术提供了准确全面的基础信息。     

岩石可钻性钻速模式研究

地层是钻井工程最直接的研究对象,地层是影响钻速的最重要因素。本文主要讨论如何寻求地层可钻性钻速模式。试验与计算结果表明,在标准化条件下,方程V=bw~a的系数a、b主要受地层的微可钻性级值的影响,它们都是可钻性级值Kd的函数,且这种函数有区域性。通过对地质单元上的a、b值变化规律的研究求出了五个油田统一的可钻性钻速模式。     

针对金刚石钻头的岩石研磨性测定方法

针对石油钻井地层岩石研磨性试验评价问题,根据金刚石钻头的磨损机制,改装试验装置,研制标准磨损件,优选试验规程,提出以标准磨损件研磨破碎单位体积岩石的磨损体积作为岩石研磨性指标,建立一套岩石研磨性测定方法。试验测定石油钻井地层代表性岩石的研磨性指标。通过研磨性试验,优选出标准磨损件的金刚石体积分数为25%,粒度为0.3 mm,胎体配方为酚醛树脂55%、Cu 25%、Cr2O38%、Zn O 6%、Si C 5%、空隙1%(体积分数)。优选出的试验钻压为500 N,转速为198 r/min,排量为0.2 L/s。试验中代表性岩石的研磨性指标数值为0.80~45.78,取以2为底的对数值作为研磨性级值,将中国石油钻井地层岩石的研磨性分为6级。     

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。     

旋切方式作用的新型钻头破岩特性与试验分析

在分析传统三牙轮钻头破岩特性的基础上,提出一种旋切方式破岩的新型钻头(旋切钻头)。运用柱坐标与复合运动原理,建立破岩过程切削齿的位置方程、速度方程和加速度方程。同时结合算例参数,分析不同齿圈切削齿破岩过程接触段上的速度和加速度分布规律。根据加速度计算结果进行切削齿破岩工作力学和失效机制研究。结果表明:在钻进过程中,旋切钻头的切削齿以冲击、旋切方式破岩,不同齿圈切削齿同时切削井壁,且大齿圈切削齿过井眼中心,运动速度快,可有效地提高钻头心部破岩效率。试验结果验证了算例分析和计算方法的正确性,建立的计算方法修正了现有研究的部分错误,且适用于其他牙轮钻头与复合钻头的研究。     

锯齿形PDC刀具的破岩特性及温度场

PDC刀具的结构是影响钻头性能的重要因素，锯齿形PDC刀具性能较好但研究较少，缺乏相关理论支撑。因此，本文基于弹塑性力学及Drucker-Prager准则构建了刀具与岩石的有限元模型，对锯齿形PDC及常规PDC刀具的破岩和温度场进行对比研究。结果表明，锯齿形PDC通过剪切和犁碎的方式破岩，有效且明显提升了破岩效率。锯齿形PDC较常规PDC切削力均值减小约20%，波动明显更小。后倾角变大，其切削力增加，破岩比能先增加减小后又增加，存在最佳后倾角10°-15°；切削深度增大，切削力变大，破岩比能先减小后增加，存在临界切深1.5 mm-2 mm；锯齿数增加，刀具的切削力与破岩比能先增加后减小，3个锯齿为最佳。温度场研究结果表明，锯齿形PDC比常规PDC刀具散热面积大，热稳定性更好；其温度随着后倾角增加而降低，随着切削深度的增加而变大，随着锯齿数增加先增大后减小。研究深度揭示了锯齿形PDC刀具的破岩特性以及温度场，对PDC刀具优化及高性能钻头布齿具有较为重要的指导意义。     

基于Bayesian多分支岩石可钻性值估计

针对智能优化控制过程中岩石可钻性参数估计存在非实时性和模型泛化能力差的问题,采用两层结构建立基于Bayesian多分支岩石可钻性估计模型。通过Bayesian分类器实现岩性分类以提高可钻性模型样本数据的相关性,细化可钻性估计模型;采用改进双链量子遗传算法优化的BPNN结构,根据不同的岩石类型建立相应的岩石可钻性IDCQGA_BPNN估计模型。结果表明,该方法通过算法优化网络模型增强了模型的泛化能力,加快了参数的估计速度和估计精度,能够满足智能优化控制过程中岩石可钻性参数估计的实时性需求。     

强研磨性硬地层PDC孕镶块混合钻头优化设计试验研究

为更加合理地设计适用于强研磨性硬地层的混合SPDCS钻头,本文首先对东北油田、青海油田钻进火成岩地层磨损的SPDCS钻头进行收集,运用ST-500A 电子显微镜和ⅤⅢⅢ2.2C 相机测量软件分别从宏观和微观两个方面观测SPDCS切削齿的磨损形态,分析其磨损机理,找出失效原因。测量钻头冠部刨面线上切削齿的磨损高度,绘制SPDCS钻头切削齿磨损分布曲线,为SPDCS钻头的改进提供理论指导,设计并加工PDC孕镶块混合微钻头进行室内钻孔实验,研究不同切削齿出露量对钻头破岩效率的影响规律,并对PDC孕镶块混合钻头进行优化后设计了一种PDC孕镶块全尺寸混合钻头,用于东北油田辽松盆地金山区块金谷1-1HF井的基底地层钻进,相比同井段的PDC及牙轮钻头,钻速与进尺均有较大提升。     

川西双鱼石构造须家河组岩石抗钻特性研究

川西北部双鱼石构造栖霞组是四川盆地天然气增产上储的重要层系,但该区块以须家河组为代表的难钻地层面临钻头破岩难、磨损快,机械钻速低,单只钻头进尺短的瓶颈问题,严重制约了栖霞组气藏钻井提速和整体勘探开发进程。选取区块须家河组下部(须二、须一段)露头岩样和出井岩屑,开展了岩石可钻性、研磨性和抗钻机理分析实验。结果显示：测试岩样的可钻性级值平均为8.45,须一段岩样均为最高的10级,标准杆件平均研磨量为16.26mg,整体表现出极强的抗钻性。分析认为：须家河组下部地层孔隙度渗透率极低,石英含量高,胶结强度高,岩石抗压强度和硬度高,不利于钻头冲击/切削破岩和水力辅助破岩,是导致机械钻速极低的主要原因;宏观上的高强度高硬度以及钻屑颗粒在细观与微观尺度上的强研磨性,是导致钻头牙齿冲击破坏和研磨失效的关键因素,也是后续钻头研发和选型的重点攻关方向。