浅谈PDC钻头对常规地质录井的影响

本文针对PDC钻头的特点以及对地质录井的影响,从定性、定量录井方法的对比分析入手,阐述了定量油气录井方法在PDC钻头钻井时的优势。重点介绍了PDC钻头钻井特点及对地质录井影响、取样要求、DC钻头钻井过程中的岩性描述归位等等。供各位朋友指正批评。     

锥形齿PDC钻头台架试验研究

设计并加工锥形齿PDC钻头、锥形PDC齿与常规PDC齿混合的复合式钻头、常规PDC齿钻头,在不同性质的岩样上进行台架试验研究,分析锥形齿PDC钻头钻进硬地层的破岩效果以及钻压、转速等钻进参数对其钻进性能的影响规律,并与常规PDC钻头的破岩效果进行对比。结果表明:锥形齿PDC钻头具有钻进硬岩能力,机械钻速随钻压和转速的增加而增大;锥形PDC齿与常规PDC齿混合的复合式钻头在硬岩中可获得较高的破岩效率,机械钻速可提高90.6%。     

基于层次分析方法的PDC钻头选型

PDC钻头是随着PDC复合材料的发展而发展起来的一类新型钻井工具。在钻井施工过程中,为了提高钻进效率,降低成本,对PDC钻头进行选型研究是必要的。通过层次分析方法,建立PDC钻头分析目标层,影响因素准则层以及钻头型号方案层的关系,构造判断矩阵,建立优选模型。结合大庆中深井的钻井实际情况,基于中深井钻头数据库,进行钻头优选,得出大庆油田某地区中深井PDC钻头选型方案,并在实践中得以验证。     

关于PDC钻头破岩效率的研究

钻头作为钻进过程中主要的破岩工具,其质量的优劣直接影响钻进速度以及钻井的质量和成本。PDC钻头作为金刚石钻头的一种,其在低钻压下可以获得比较好的进尺和钻速,因而得到了广泛的应用。对于PDC钻头,其切削齿尺寸、后倾角和布齿密度是影响其性能的重要参数,本文通过对PDC钻头的室内试验,探讨了切削齿尺寸、后倾角和布齿密度对PDC钻头破岩效率的影响。     

强研磨性硬地层聚晶金刚石复合片孕镶块混合钻头优化设计试验

为更加合理地设计适用于强研磨性硬地层的混合金钢石复合汽钻头(PDC)钻头,首先对东北油田、青海油田钻进火成岩地层磨损的PDC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PDC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PDC钻头切削齿磨损分布曲线,为PDC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。     

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.     

采用遗传算法的PDC钻头侧向力平衡优化设计

PDC钻头侧向力平衡优化设计时,散布式钻头与刀翼式钻头相比优化对象数目大幅度增加,最优解搜索空间成指数增长.为了突破PDC钻头结构对侧向力平衡优化设计的限制,采用比率选择、单点交叉、均匀变异和代沟操作等多项技术,利用遗传算法建立了PDC钻头侧向力平衡优化设计方法.利用该方法对刀翼式和散布式PDC钻头进行了侧向力平衡优化设计,优化后侧向力与钻压比值小于1/1 000,算法收敛速度快,且算法复杂度受刀翼数量和切削齿数量影响较小.     

煤矿井下用内锥型PDC钻头工作状态模拟分析

为提高煤矿井下硬岩钻进破岩效率,设计了Φ94mm内锥型PDC钻头,并对其进行了破岩过程仿真分析,以研究其受力特性。结果表明：与相同规格三翼内凹PDC钻头相比,在同等工况条件下,内锥型PDC钻头所需轴向载荷降低近13%,破岩效率提高近30%;内锥型PDC钻头破岩受到的径向不平衡力占钻压的9.8%,钻头容易产生涡动,因此对于内锥型PDC钻头应关注其侧向力平衡的设计。根据分析结果,试制Φ94mm钢体内锥PDC钻头并进行现场试验,相比于工区现用Φ94mm普通钢体三翼内凹PDC钻头,试验钻头平均寿命提高2倍左右、破岩效率提高40%以上,表明研制的新型内锥PDC钻头有助于降低钻进成本,提高破岩效率。     

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。     

PDC钻头对推靠式旋转导向工具的适配性

针对使用推靠式旋转导向工具配套PDC钻头钻井过程中出现造斜率不达标的问题,进行PDC钻头切削结构对推靠式旋转导向工具适配性研究。基于纵横弯曲连续梁理论,考虑井径扩大率对工具的影响,建立推靠式旋转导向工具BHA力学分析模型,再结合PDC钻头与地层相互作用模型,提出以井斜趋势角作为评价推靠式旋转导向工具与PDC钻头适配性的指标,定量分析钻头结构参数对推靠式旋转导向工具造斜能力的影响,并进行相关试验。结果表明：随着PDC钻头内锥深度变浅、冠部高度变短,旋转导向工具造斜能力越强;PDC钻头切削齿后倾角越大、摩擦角越大,工具造斜性能越强;PDC钻头保径对工具造斜能力影响较大,钻头主动保径和被动保径面积越小,工具造斜能力越强;钻头被动保径刀翼越窄,工具造斜能力越强;当钻头保径总长一定时,随着主动保径与被动保径面积比值变小,工具造斜能力呈先增加后减小,存在最佳主动保径与被动保径比例使推靠式旋转导向工具造斜能力达到最大;模型井斜趋势角的预测值与试验值基本一致,最大误差仅为6.71%,验证了本文所建立模型的准确性。     

采用遗传算法的PDC钻头侧向力平衡优化设计

PDC钻头侧向力平衡优化设计时，散布式钻头与刀翼式钻头相比优化对象数目大幅度增加，最优解搜索空间成指数增长。为了突破PDC钻头结构对侧向力平衡优化设计的限制，采用比率选择、单点交叉、均匀变异和代沟操作等多项技术，利用遗传算法建立了PDC钻头侧向力平衡优化设计方法。利用该方法对刀翼式和散布式PDC钻头进行了侧向力平衡优化设计，优化后侧向力与钻压比值小于1／1000，算法收敛速度快，且算法复杂度受刀翼数量和切削齿数量影响较小。     

个性化PDC钻头发展现状与应用展望

PDC钻头是随着复合材料的发展而发展起来的一类新型钻井工具,这种钻头使用时间长,能显著提高钻井效率。但是聚晶金刚石复合片的性能制约了PDC钻头的使用范围,使其在钻软到中硬地层效果显著。本文介绍了目前个性化PDC的发展现状、最新的设计理论下的个性化PDC产品。最后对PDC钻头的发展做了展望。     

塔河油田PDC钻头泥包原因分析与对策

为了提高机械钻速,减少起下钻次数,避免掉牙轮事故,塔河油田已经普遍使用PDC钻头,但由于PDC钻头没有自洁功能,在某些井段常常出现泥包现象,抑制了PDC钻头优势的发挥,本文从钻井液、地质和工程三个方面分析了PDC钻头发生泥包的原因,提出了解决问题的对策,现场应用结果证明其行之有效,将对塔河油田及与其类似油田的使用PDC钻头全面钻进有一定的指导意义。     

PDC钻头涡动分析

文章介绍了在钻井过程中PDC钻头涡动建成的危害和涡动的原因,钻头结构、岩石性能以及操作参数是影响涡动的主要因素.通过对PDC钻头涡动原因的分析,提出了提高PDC钻头稳定性的措施,如低摩阻保径、平衡设计、大排屑槽结构等,这些措施的运用,可以有效地解决钻井的不稳定性因素,可以提高钻井效率.     

聚晶金刚石复合片(PDC)钻头的失效分析

对PDC钻井钻头的失效形式进行了分析，并对每种失效形式的形成机理进行了研究，结果表明，PDC钻头切削齿的微断屑、宏观破裂及剥离失效形式是造成PDC钻头早期失效的主要形式和原因，预防PDC钻头的早期失效，应从设计、材料制造及使用方面采取改进措施。     

坚硬砂岩的PDC钻进特性试验研究

基于目前PDC钻头在钻进硬地层过程中技术性能得不到充分发挥的现状,在专用试验装置上用微型PDC钻头对坚硬石英砂岩进行了钻进特性的模拟试验,并对试验数据进行了数理统计分析;依据建立的经验公式及其钻速模拟计算结果进行PDC钻进特性的分析研究.试验研究证实和得出了PDC钻头钻进硬地层的可能性和各技术参数对其敏感程度的定性结论,首次提出了影响其技术性能发挥的"低钻压、高转速"理念应予改变的观点.     

PDC钻头侧钻现场应用

介绍了当前侧钻井的状况,随着油田的持续开发,原油储量越来越少,为了加大勘探开发力度,滚动评价井、探井相对较多,钻遇油气层的风险越大,侧钻作业增多,为了减少侧钻费用,就要对常规的侧钻方法进行改进,采用PDC钻头侧钻是一种有效的途径。分析了PDC钻头侧钻的难点,有针对性地提出了解决难题的方法和技术要点;通过现场应用,侧钻成功率百分之百,井身质量合格。证明了PDC钻头侧钻的可行性,形成了一套PDC钻头侧钻的方法,以及解决技术难题的措施,为侧钻井施工提供了参考依据和技术支持。PDC钻头侧钻缩短了钻井周期,提高了生产时效,大大降低了工程施工成本,取得了良好的经济效益,具有一定的实用价值。     

煤矿井下用内锥型聚晶金刚石复合片钻头工作状态模拟分析

为提高煤矿井下硬岩钻进破岩效率,设计了Φ94 mm内锥型PDC钻头;并对其进行了破岩过程仿真分析,以研究其受力特性。结果表明:与相同规格三翼内凹PDC钻头相比,在同等工况条件下,内锥型聚晶金刚石复合片箭头(polycrystalline diamond compact bit,PDC)所需轴向载荷降低近13%,破岩效率提高近30%;内锥型PDC钻头破岩受到的径向不平衡力占钻压的9.8%,钻头容易产生涡动;因此对于内锥型PDC钻头应关注其侧向力平衡的设计。根据分析结果,试制Φ94 mm钢体内锥PDC钻头并进行现场试验,相比于工区现用Φ94 mm普通钢体三翼内凹PDC钻头,试验钻头平均寿命提高2倍左右、破岩效率提高40%以上,表明研制的新型内锥PDC钻头有助于降低钻进成本,提高破岩效率。     

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。     

刀翼式PDC钻头的侧向力平衡设计

聚晶金刚石(PDC)钻头的侧向不平衡力是造成钻头涡动的主要原因之一,而侧向不平衡力取决于钻头的布齿结构,通过合理的布齿结构设计,可有效地控制侧向不平衡力的大小。在对PDC钻头进行受力分析的基础上,建立了PDC钻头受力计算模型,提出了通过调整刀翼周向位置使钻头的侧向不平衡力达到最小的优化设计方法。利用该方法进行了实例计算,结果表明,该设计方法能将PDC钻头的侧向不平衡力控制在钻压的1%以内。