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一种适应硬地层的近钻头仪器耐磨带设计改进

今日制造与升级 2024年第2期 129-131页

作者：张旭中海油田服务股份有限公司河北廊坊065201

随着石油勘探向着更深、更复杂的地层方向发展,近钻头仪器在钻井过程中更容易受到地层的摩擦。为增强近钻头仪器的耐磨性能,延长近钻头仪器的使用寿命,文章提出了一种适应硬地层的近钻头仪器耐磨带设计改进。此次改进是在近钻头仪器仅... 详细信息

随着石油勘探向着更深、更复杂的地层方向发展,近钻头仪器在钻井过程中更容易受到地层的摩擦。为增强近钻头仪器的耐磨性能,延长近钻头仪器的使用寿命,文章提出了一种适应硬地层的近钻头仪器耐磨带设计改进。此次改进是在近钻头仪器仅有一条环形耐磨带的基础上,于电路骨架左侧增加一条环形耐磨带,同时在抱筒处增加螺旋状耐磨带,进而改善耐磨带结构。经过多次实钻验证,结果表明,近钻头仪器基体基本无磨损痕迹,可以有效的保护整支仪器。

关键词：近钻头仪器硬地层耐磨带改进

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具有独立缓冲结构的PDC—牙轮复合钻头研制

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天然气工业 2024年第5期44卷 96-104页

作者：杨迎新牛世伟陈炼李枝林任海涛姚建林杨燕西南石油大学机电工程学院四川钻井破岩与钻头工程技术研究中心中国石油集团川庆钻探工程有限公司宜宾学院国际应用技术学部

油气勘探开发过程中,难钻地层钻井效率低、钻头寿命短是影响深井、超深井钻井周期和成本的瓶颈问题。钻头工作过程中切削结构轮流与井壁接触而产生的多边形效应是导致钻头不稳定工作、切削齿冲击失效的主要因素。为提高钻头工作稳定性,... 详细信息

油气勘探开发过程中,难钻地层钻井效率低、钻头寿命短是影响深井、超深井钻井周期和成本的瓶颈问题。钻头工作过程中切削结构轮流与井壁接触而产生的多边形效应是导致钻头不稳定工作、切削齿冲击失效的主要因素。为提高钻头工作稳定性,提出了具有独立缓冲结构的PDC—牙轮复合钻头新结构,并针对四川盆地茅口组Ø311.2 mm井段常规PDC钻头冲击失效严重的问题,设计了3+3+3型(3个主刀翼、3个牙轮以及3个独立缓冲刀翼)的独立缓冲结构复合钻头,开展了全尺寸钻头室内钻进对比实验,并在川渝页岩气区块茅口组—栖霞组地层进行了实钻应用。研究结果表明:①独立缓冲结构复合钻头在常规复合钻头的牙轮切削结构和固定切削结构之间的空隙部位增设独立缓冲刀翼,有效缓解了多边形效应,对PDC齿形成很好的缓冲保护,同时分担了过大的钻压,限制了切削齿吃入深度,进而防止了钻头产生粘滑振动;②独立缓冲结构复合钻头钻压和扭矩波动小,扭矩为PDC钻头的1/5;③独立缓冲结构复合钻头取得了单只钻头进尺170 m的记录,比邻井同层位单只PDC钻头最高进尺提高了73.5%。结论认为,独立缓冲刀翼对提高钻头的稳定性起到了关键作用,不仅提高了钻头寿命,而且有效提高了复杂难钻地层及复杂结构井的综合钻井时效,有效降低了油气勘探开发成本。

关键词：复合钻头独立缓冲多边形效应钻头稳定性钻井提速硬地层

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硬地层单牙轮-PDC钻扩联合钻头破岩特性

中国机械工程 2019年第22期30卷 2683-2690页

作者：李琴傅文韬黄志强马亚超谢豆西南石油大学机电工程学院

提出了新型单牙轮-PDC钻扩联合钻头,先依靠单牙轮破岩钻孔,释放地应力,产生岩石损伤,再助推PDC钻头刮切破岩。运用有限元法,建立钻扩联合钻头、双级PDC和常规PDC钻头破岩的非线性动力学模型。通过对岩石本构关系进行D-P准则描述以及确... 详细信息

提出了新型单牙轮-PDC钻扩联合钻头,先依靠单牙轮破岩钻孔,释放地应力,产生岩石损伤,再助推PDC钻头刮切破岩。运用有限元法,建立钻扩联合钻头、双级PDC和常规PDC钻头破岩的非线性动力学模型。通过对岩石本构关系进行D-P准则描述以及确定岩石破碎的判据,分析钻扩联合钻头钻进硬地层的破岩机理,开展了3种钻头动态破岩过程的对比研究。结果表明:钻扩联合钻头在钻进过程中井底井壁的岩石应力得到明显释放,大大提高了岩层可钻性;在硬地层中钻扩联合钻头钻进速度提高的主要原因是拉应力破岩;钻扩联合钻头在硬地层钻进过程中的扭转振动大大降低,破岩效率更高,钻头寿命更长;由于单牙轮领眼破碎岩石的作用,钻扩联合钻头对井底岩石的冲击破碎能力更强,在硬地层中钻进更快。研究结果为新型单牙轮-PDC钻扩联合钻头的研发提供了参考。

关键词：硬地层单牙轮-PDC钻扩联合钻头破岩机理拉应力破岩

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硬地层中新型PDC齿破岩机理及试验研究

工程设计学报 2019年第6期26卷 635-644页

作者：李琴傅文韬黄志强徐子扬陈奔西南石油大学机电工程学院

随着油气开采不断向深部硬地层发展,常规PDC(polycrystalline diamond compact,聚晶金刚石复合片)钻头出现破岩速度慢、易损坏、效率低等问题,难以满足当下提速增效的钻井需求。PDC切削齿结构是提高PDC钻头破岩效率的关键因素,针对不同... 详细信息

随着油气开采不断向深部硬地层发展,常规PDC(polycrystalline diamond compact,聚晶金刚石复合片)钻头出现破岩速度慢、易损坏、效率低等问题,难以满足当下提速增效的钻井需求。PDC切削齿结构是提高PDC钻头破岩效率的关键因素,针对不同岩石地层进行不同结构切削齿的设计具有重大意义。针对深部硬地层钻井,设计了一种非平面结构的新型PDC齿,该PDC齿具有脊形切削结构且可分层破碎岩石。为掌握此新型PDC齿的破岩机理和各项性能,采用有限元仿真模拟与试验相结合的方法,开展了新型PDC齿与常规PDC齿破岩过程的对比研究。结果表明:新型PDC齿在水平方向、横向和纵向三个方向所受切削力的均值及波动幅度均较小,因此新型PDC齿在破岩过程中有更稳定的切削能力;新型PDC齿受剧烈磨损和冲击崩断的可能性更小,使用寿命更长,且具有更高的破岩效率。研究结果可为新型PDC齿的研发和推广提供理论依据,为PDC钻头在硬地层钻井过程中实现提速增效提供支撑。

关键词：硬地层新型PDC齿破岩机理对比研究

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硬地层自清洁射孔弹设计及应用效果

石化技术 2023年第7期30卷 49-51页

作者：张永涛郭圣延陈书豪盛廷强石前杜永安王朝辉中海石油(中国)有限公司深圳分公司广东深圳518054 大庆油田射孔器材有限公司黑龙江大庆163853 中海油服油田技术事业部塘沽作业公司天津300450 中海油服油田技术事业部深圳作业公司广东深圳518054

通过射孔弹装药结构设计,调整作用在药型罩上的爆轰波压合角及充分利用壳体产生的二次反射波;采用多锥内母线的药型罩结构,优化射流的速度和质量分布;使用自清洁药型罩配方,增加射孔孔道的直径和清除压实带的影响,从而获得符合硬地层油... 详细信息

通过射孔弹装药结构设计,调整作用在药型罩上的爆轰波压合角及充分利用壳体产生的二次反射波;采用多锥内母线的药型罩结构,优化射流的速度和质量分布;使用自清洁药型罩配方,增加射孔孔道的直径和清除压实带的影响,从而获得符合硬地层油气开发的射孔弹,并在油田应用获得理想效果。

关键词：射孔弹硬地层自清洁油气开发

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硬地层稳压稳扭钻井提速技术

石油钻探技术 2019年第3期47卷 107-112页

作者：胡群爱孙连忠张进双张俊刘仕银中国石化石油工程技术研究院北京100101 中国石化西北油田分公司石油工程技术研究院新疆乌鲁木齐830011 中国石化西北油田分公司工程监督中心新疆乌鲁木齐830011

采用PDC钻头钻进硬地层时,如果破岩扭矩较小或波动幅度较大,易造成钻头恶性振动和钻头使用寿命短,从而导致机械钻速低和钻井周期长。因此,建立了PDC钻头破岩所需门限扭矩的计算模型,以门限扭矩定量计算为核心、平稳传递钻柱应变能为手段... 详细信息

采用PDC钻头钻进硬地层时,如果破岩扭矩较小或波动幅度较大,易造成钻头恶性振动和钻头使用寿命短,从而导致机械钻速低和钻井周期长。因此,建立了PDC钻头破岩所需门限扭矩的计算模型,以门限扭矩定量计算为核心、平稳传递钻柱应变能为手段,形成了硬地层稳压稳扭钻井提速技术。该技术通过优化井眼尺寸、选用合适的钻头和冲击类辅助破岩工具,降低破岩门限扭矩和门限钻压;通过选择合适的井下动力钻具,为钻头提供足够的破岩能量;通过选用减振工具和优选钻井参数,降低振动,保证钻头运动平稳。稳压稳扭钻井提速技术在夏河1井古生界硬地层进行了现场试验,二叠系机械钻速提高485.6%、全井机械钻速提高70.4%,取得了显著的提速效果。研究结果表明,稳压稳扭钻井提速技术能够提高硬地层机械钻速,可为复杂地层钻井提速提供借鉴。

关键词：硬地层门限扭矩门限钻压机械钻速现场试验夏河1井

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硬地层定向PDC钻头个性化设计与应用

金刚石与磨料磨具工程 2014年第3期34卷 57-61,66页

作者：徐建飞赵晓波中国石油大学(华东)机电总厂山东东营257061

为了扩大PDC钻头在坚硬地层钻进方面的使用范围,通过对钻头冠部轮廓形状、切削结构、切削齿工作角度、钻头水力结构、稳定特性影响因素等方面的研究和优化设计,针对长岭凹陷青山口组及拳头组地层,个性化设计了311BTS115E6型定向PDC钻头... 详细信息

为了扩大PDC钻头在坚硬地层钻进方面的使用范围,通过对钻头冠部轮廓形状、切削结构、切削齿工作角度、钻头水力结构、稳定特性影响因素等方面的研究和优化设计,针对长岭凹陷青山口组及拳头组地层,个性化设计了311BTS115E6型定向PDC钻头。试验表明:新型号钻头在硬地层定向段机械钻速高,平均机速达到3.2m/h,与临井相同井段钻头相比,钻速提高了200%。且该钻头滑动过程中造斜率高、工具面稳定,具有极高的推广价值。

关键词：硬地层 PDC钻头定向性能个性化设计

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硬地层复合钻头破岩特性与提速机理研究

机械科学与技术 2017年第3期36卷 347-353页

作者：李琴谢豆黄志强邓嵘于德良袁媛西南石油大学机电工程学院成都610500 长城钻探工程有限公司钻井二公司辽宁盘锦121207

PDC-牙轮复合钻头是一种综合了PDC钻头与牙轮钻头结构特点和工作原理的新型钻头,能更高效地钻进硬地层。但由于对其破岩机理认识不足,使得PDC-牙轮复合钻头的研发具有盲目性,推广受限。基于弹塑性力学和岩石破碎学,采用Drucker-Prager... 详细信息

PDC-牙轮复合钻头是一种综合了PDC钻头与牙轮钻头结构特点和工作原理的新型钻头,能更高效地钻进硬地层。但由于对其破岩机理认识不足,使得PDC-牙轮复合钻头的研发具有盲目性,推广受限。基于弹塑性力学和岩石破碎学,采用Drucker-Prager准则描述岩石本构关系,塑形应变作为破岩判据,通过有限元法建立全尺寸复合钻头和PDC钻头动态破岩的非线性动力学模型,分析了复合钻头作用下硬地层岩石的破坏机制,对比了硬地层中两种钻头的动态破岩过程。结果表明:复合钻头钻井能满足井壁稳定性的要求,然而一旦井壁失稳,井壁岩石将大块脱落;以拉应力破岩为主是复合钻头在硬地层中大幅提高机械钻速的原因之一;硬地层中复合钻头扭转振动低于PDC钻头,破岩效率更高;由于牙轮滚动的多边形效应,复合钻头沿钻进方向对岩石的冲击较PDC钻头更大,能更快钻进硬地层。

关键词：硬地层复合钻头破岩过程破岩特性提速机理

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硬地层PDC钻头设计的探讨

石油机械 2004年第9期32卷 28-31页

作者：邹德永梁尔国石油大学

目前的PDC钻头只能有效地钻进软到中硬的比较均质的地层 ,而在硬的、研磨性和软硬交错等非均质地层中 ,或钻速低 ,或寿命短。为此 ,研究分析了剖面形状、切削齿布置、切削齿工作角、副切削齿等设计对PDC钻头性能的影响 ,提出了以同时加... 详细信息

目前的PDC钻头只能有效地钻进软到中硬的比较均质的地层 ,而在硬的、研磨性和软硬交错等非均质地层中 ,或钻速低 ,或寿命短。为此 ,研究分析了剖面形状、切削齿布置、切削齿工作角、副切削齿等设计对PDC钻头性能的影响 ,提出了以同时加强钻头的稳定性、耐久性和钻进能力为目标的设计观点和建议。研制的新型PDC钻头采用了短抛物线形剖面和楔形人造聚晶金刚石孕镶块辅助切削齿结构 ,中密度布齿 ,切削齿后倾角由内向外在 10～ 15°范围内变化。试验表明 ,与牙轮钻头相比 ,PDC钻头钻速提高了 5 9 6 % ,每米钻井成本降低了 2 6 %。

关键词：切削齿 PDC钻头钻速硬地层钻井成本非均质地层牙轮钻头钻进能力剖面布齿