具有独立缓冲结构的PDC—牙轮复合钻头研制

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。

凸棱非平面聚晶金刚石齿的破岩机理及在含砾地层中的应用

为提高聚晶金刚石复合片(PDC)钻头在含砾、软硬交错等不均质地层中的抗冲击性能,开展了凸棱非平面PDC齿的研究。通过仿真和室内实验对比分析了凸棱非平面齿与常规平面齿的破岩机理。与平面齿相比,凸棱非平面齿与岩石的接触应力分布更均匀,切削破岩过程中的载荷波动幅度明显更小,切削稳定性更高。凸棱齿特殊的非平面结构改变了切削齿与岩石的互作用方式,在不均质地层得到成功应用。

PDC钻头数字化选型技术及软件开发

钻井过程中产生大量与地层、钻头相关的工程数据,利用大数据分析技术优选钻头能用于指导钻头的选型、设计和使用,可使钻头的选用从依赖厂家和经验,转向依据科学的结构特征分析和大数据优选。通过开展PDC钻头结构特征数字化方法研究,建立基于统计数据分析的钻头结构特征推荐与选型技术,形成以数据提取与效能分析、钻头结构特征数字化,以及钻头结构特征重构选型3项内容为核心的基本步骤和分析策略,在此基础上建立了一套PDC钻头数字化选型技术和配套软件。较常规钻头进尺与钻速对比分析选型方法,该技术重点考虑了结构特征对钻头使用效能的影响,体现了实钻工程数据对钻头选型的指导作用。应用该技术与软件开展了准噶尔盆地某区块PDC钻头选型,并进行实钻验证。应用结果表明,选用的钻头钻进中钻速和进尺显著提升,缩短了钻井周期。研究技术与成果有利于提升钻井服务技术水平,可为油气田数字化、智能化发展奠定基础。

异形齿切削破碎页岩的试验与数值模拟研究

针对PDC钻头在页岩气钻井中破岩效率低和寿命短的问题,开展异形齿切削破碎页岩机理研究。选用凹面齿、斧形齿、三棱齿等典型异形齿开展切削页岩过程、切削载荷的试验研究,利用数值模拟分析异形齿切削过程中岩石的损伤特性。试验结果表明:切削齿切削页岩过程中,出现了镜面和“卷屑”等硬塑性特征;凹面齿切削载荷和破岩比功小于其他齿型;平面齿和三棱齿随着前倾角的增加,切削载荷呈增大趋势;凹面齿和斧形齿对前倾角的变化不敏感,且凹面齿在前倾角为10°时破岩效果最好;在相同条件下,4种齿型中凹面齿形成的岩屑最大,利于破岩效率的提高。模拟结果表明:切削过程中凹面齿以“铲削”的方式破碎岩石,三棱齿和斧形齿的棱脊对岩石产生明显的挤压效果;三棱齿沿着棱脊将岩屑一分为二向两侧排出,而斧形齿在块体岩屑的中间部分形成了明显的塑性变形。研究结果可为页岩气钻井提速增效提供基础支撑。

基于络脉理论探讨补气行血通络法治疗视网膜动脉阻塞

视网膜动脉阻塞(RAO)是猝然一眼或双眼视力急剧下降,以视网膜可见典型的缺血性改变为特征的严重致盲性眼病。中医学理论认为络脉循行与眼病的生理与病理关系密切。本文基于络脉理论探讨RAO的治疗,为运用补气行血通络法治疗本病提供理论基础。临床上,该病患者通常为中老年龄,并多伴有高血压病、高脂血症等全身疾病,气虚血瘀是本病病机的关键。若阳气亏虚,兼有气滞、血瘀,外邪因素阻于络脉,气血运行不畅,瘀血阻络则可导致RAO发生。针对上述病机,治疗上以补气行血为本,配合使用通络行滞等治法,往往可收获较好疗效。

基于PFC的微波辅助PDC齿破岩数值模拟

微波辅助机械破岩是近年来提出的一种破岩新方法,为探索该方法辅助PDC钻头破碎难钻地层的可行性,本文基于离散元软件PFC的黏结颗粒模型(BPM),建立了微波加热下PDC齿与岩石互作用模型,研究了不同微波照射条件对PDC齿切削破岩的影响。结果表明:在相同微波照射时间下,照射功率较低时,切削破岩模式以PDC齿的挤压刮切作用为主,随着功率的提升,岩石内部热裂纹逐渐增多,破坏模式转变为微波诱导热裂纹所主导的脆性块状破坏为主;微波损耗功率达到3.51 kW、照射90 s后,平均切削力和破岩比功分别较常规切削时降低56.77%和73.9%,微波损耗功率越大,照射时间越长,破岩效率越高;微波照射可减小切削力的波动幅度,使切削力的变化更平缓,有助于提高PDC齿的工作寿命。

牙齿破岩效率的评价及牙齿优选探讨

牙轮钻头牙齿的冠部形状是影响破岩效率的关键因素之一 ,因此 ,建立科学的牙齿形状评价方法对于提高钻头设计质量具有重要的现实意义。提出了通过衡量单个牙齿在垂直压入岩石实验中的破岩比效 ,对不同形状牙齿在不同性质岩石上的压入破岩效率进行定量评价的系统方法和准则 ,并针对国内在钻头牙齿形状研究方面存在的欠缺 ,对与牙齿形状评价技术以及牙齿优选相关的若干问题进行了探讨。

冲-切混合钻头工作动态分析与破岩效率研究

针对现有钻头在深部复杂难钻地层的破岩效率低的问题,本文提出冲击-刮切分离式混合钻头,冲击齿与PDC齿相互独立工作。通过有限元分析得出冲击齿先对岩石预损伤,弱化岩石性质,再依靠PDC刮切岩石,钻头通过冲击-刮切的方式切削地层,仿真结果表明,冲切方式的破岩的最大轴向力和最大切削力都有所减小,平均轴向力减小34.93 N,降低12.1%,平均切向力减小26.09 N,降低9.1%,降低PDC齿破碎比功,从而提高混合钻头的破岩效率。根据混合钻头切削齿运动特点,运用复合坐标系统分析切削齿与钻头的几何关系,进而建立切削齿的速度、加速度以及动力学方程,通过MATLAB软件来模拟混合钻头的切削齿破碎岩石的动态过程,并得到混合钻头的井底形貌以及切削齿的切削截面、切削体积、切削力等参数,为新型混合钻头的研发提供了理论基础。

小井眼PDC钻头的自平衡抗回旋技术

针对小井眼PDC钻头的实际工作条件 ,提出了在小井眼钻井中具有普遍意义的PDC钻头的横向力自平衡抗回旋技术。分析了钻头的受力状态与钻头回旋运动之间的关系 ,并对自平衡抗回旋技术的基本原理、设计方法和技术准则作了阐述。将该技术应用到小尺寸PDC钻头设计中 ,开发出可在直井、定向井以及水平井等各种小井眼钻井中使用的新型直径为 114mmPDC钻头。简要介绍了该钻头的设计原理、结构特点和重要的技术参数。小井眼PDC钻头在大港油田直径为 14 0mm套管开窗侧钻井的钻井工程中取得了良好的技术效益和经济效益。磨损分析结果表明 ,切削齿磨损速率低 ,磨损量均衡 ,聚晶金刚石层未见明显的脆性崩裂 ,具有良好的抗回旋性能。

视盘黑色素细胞瘤病例报道1例并文献回顾

视盘黑色素细胞瘤(MCOD)是临床罕见的疾病,容易和脉络膜黑色素瘤相混淆,两者治疗方式截然不同,MCOD为良性疾病,存在恶性转化可能,因此与恶性疾病进行鉴别,及时发现肿瘤恶性转化对后续治疗至关重要。本文报道1例体积较大的右眼MCOD,最佳矫正视力为20/20,眼底照相可见右眼视盘区近似椭圆形的黑色肿物,边界不清,呈羽毛状;眼部B型超声可见右眼视盘上圆顶状隆起占位病灶;视野弓形缺损;光学相干断层扫描成像提示右眼神经节细胞层变薄;光学相干断层扫描血管成像提示右眼血流密度增高,脉络膜血流缺损。诊断考虑为MCOD,未进行干预治疗,观察随访4个月后,瘤体无明显变化,嘱患者每年定期复查。分析检查结果发现:弓形视野缺损区域与患眼神经节细胞变薄区域有一致性,与脉络膜血流缺损、视网膜黄斑区血管密度增高具有相关性。通过对此病历进行总结归纳,并回顾文献研究,为临床医生提供诊断依据。

单齿静压入实验破碎坑的数据处理及几何建模

单齿静压入实验是“牙轮钻头与岩石互作用仿真”课题的基础实验研究工作。西南石油学院钻头研究室针对四类岩石、三类不同冠部形状的硬质合金牙齿 ,进行了大量的单齿静压入实验。根据实验结果提出了三类牙齿静压入破碎坑的几何模型 ,并简要介绍了通过破碎坑实验数据的处理获取几何模型特征参数的方法。

PDC钻头岩石可钻性测定与分级新方法研究

PDC钻头作为最重要的油气钻井破岩工具,其岩石可钻性级值是进行钻头个性化设计与选型、优化钻井参数的关键依据,在中硬以上的地层价值尤为重要。然而,我国2000年颁布实施的石油天然气行业标准《岩石可钻性测定及分级方法》却存在明显的缺陷,对中硬以上的岩石经常出现测试无效、无法获得可钻性级值数据的现象。通过对不同岩性岩石试样的大量微钻头可钻性实验测试,发现标准钻压过低、PDC微钻头结构参数不合理是中硬以上岩石测试无效的主要原因。针对这些问题,首先,研究了微钻头切削齿安装角度对其干涉状态的影响规律,提出了最优的微钻头侧转角,消除了微钻头切削齿与岩石发生干涉的可能性;其次,开展了5种岩石在不同钻压下的微钻头钻岩实验,实验数据表明变压可钻性级值与钻压之间呈线性关系,提出了采用钻压分档测试、当量转化分级或分档独立分级的可钻性测试与分级新方法。该方法既能有效解决中硬以上岩石的可钻性测试问题,又能与过去的软岩测试数据相兼容。主要研究成果已经被2016版行业标准《岩石可钻性测定及分级》所采纳。

牙齿刮切实验破碎坑的几何建模

牙齿刮切实验是“牙轮钻头与岩石互作用仿真”课题的基础实验研究工作。西南石油学院钻头研究室针对不同岩石、不同齿形的硬质合金牙齿,进行了大量的牙齿刮切破岩实验。以楔形齿和锥形齿为例提出了牙齿刮切破碎坑几何模型的建模过程,并简要介绍了获取破碎坑几何模型特征参数的方法。

PDC钻头复合钻进破岩机理及个性化设计探讨

在复合钻进工况下,地面和井下马达的复合驱动虽能使PDC钻头的钻速能得到显著提升,但钻头寿命也会显著缩短。通过研究定向井、水平井下部钻柱的受力变形特性,建立了复合钻进下PDC钻头的运动学模型,研究了转速比、布齿位置、下部钻柱几何状态等对切削齿切削轨迹的影响规律。在此基础上,改进了PDC钻头破岩数字仿真系统,并利用该系统研究了PDC钻头在复合钻进工况下的运动学、切削力学规律以及井底形态特点。研究结果表明:除了高转速因素以外,复合钻进钻头破岩效率增高的主要原因在于PDC钻头切削齿的不平行刮切特性,以及螺杆弯角所导致的钻头牙齿的不均衡切削状态。针对PDC钻头在复合钻井条件下的破岩机理和失效特点,探讨了复合钻进PDC钻头个性化设计的技术思想和实施方法,为复合钻进条件下PDC钻头工作性能的改进提供了理论依据和技术手段。

预警—牙轮防脱落技术的发展方向

提高牙轮钻头防止牙轮脱落的能力 ,可以显著减小牙轮脱落事故的发生率 ,因而对降低钻井成本以及提高钻头使用效率具有重要意义。综述了国内外牙轮锁紧技术的发展历史和现状 ,简要介绍了几种典型锁紧结构 (钢球结构、卡簧结构、螺纹环结构以及R槽钢球憋卡预警结构等 )的工作原理和技术特点。指出牙轮脱落的预警是牙轮防脱落技术的发展方向。分析了牙轮脱落预警的技术关键、难点以及已有预警技术的优缺点。提出了一种以扭矩显著增加、钻速显著降低为预警信号的新的牙轮脱落预警技术 ,并对该技术的预警机理以及研究情况作了简要的分析和阐述。试验证明 ,该技术能准确监测轴承的磨损状态 ,在磨损量达到警戒限值时能可靠地自行启动 。

定向随钻扩孔PDC钻头优化设计及应用

油气井定向随钻扩孔钻井技术主要用于优化井身结构、提高固井质量及预防复杂地层缩颈卡钻等事故的发生,适用于该钻井技术的破岩工具为扩孔钻头。根据塔河油田深井定向随钻扩孔钻井的实际需要,开展了新型钻头的研发。通过对PDC(polycrystalline diamond compacts,聚晶金刚石)钻头扩孔结构、冠部形状、布齿结构等方面进行优化设计,开发出CK306B型定向随钻扩孔PDC钻头,其中钻头扩孔结构采用二级扩孔设计方案,钻头领眼段的冠部采用"微凸冠顶"结构,钻头的布齿结构根据自平衡原理设置,并对新型随钻扩孔PDC钻头进行稳定性和水力特性的仿真分析。该型钻头在塔河油田深井定向随钻扩孔钻井工程的实际应用中取得良好的使用效果:扩孔井径大于170mm的设计扩孔井径要求,造斜率达到9.9°/30m;扩孔钻头平均进尺达到93m,机械钻速为1.24m/h,分别比国外同类钻头提高50%和4%。研究结果表明:新型定向随钻扩孔钻头在深井条件下钻进是可行的,能够满足井眼轨迹控制和定向扩孔的要求,且将钻头的不平衡系数控制在0.05以内,能提高钻头的稳定性,减少钻头异常失效现象,从而延长钻头的使用寿命。

PDC钻头内镶式二级齿新技术

PDC钻头不适宜钻硬地层,尤其是高强度、高研磨性的砾石层,因为在极其恶劣的工作条件下,PDC齿的冲击破损严重,热磨损及磨料磨损往往同时存在,齿的磨损速度快,钻头的工作寿命急剧缩短。研究了一种新的PDC钻头技术———内镶式二级齿技术,可以使PDC钻头在极限应用条件下的持续破岩能力显著增强。内镶式二级齿是在常规的切削结构基础上增加的后备PDC切削结构,二级齿位于主切削齿的上方,除金刚石表面外,齿的其他部分全部隐藏在胎体内部,为负出露切削齿。主切削齿和二级齿相组合,构成了可连续接替切削岩石的复合切削结构。在主切削齿的切削破岩能力丧失或接近丧失时,二级齿开始工作,显著增加了钻头的工作寿命。新技术应用于渤海LD油田钻底砾岩,提高了钻井时效,降低了钻井成本。

基于Authorware环境的多媒体课件的设计与实现

阐述了多媒体课件的设计思想,结合《数据结构》课程给出了系统的结构,讨论了画笔实现、音量的控制和声音文件的制作、选择题的设计等主要关键实现技术。该系统集文字、声音、图形、图像、动画于一体,可以光盘形式在单机上或多媒体教室使用,另外随着远程教学的日益推广,也可以发布到校园网或Internet上以应用到远程教学中。这些技术对一般的多媒体课件的设计具有通用性。

环脊式PDC钻头破岩机理实验研究

环脊式PDC钻头是一种采用不连续布齿原理在井底形成易破碎岩石环脊的钻头技术新思想。在不同岩性、不同岩脊尺寸等条件下,开展了针对岩脊的牙轮牙齿的单齿静压和PDC齿刮切破岩单元实验,以及针对平整表面岩石的对比实验;设计制造了全尺寸可变参数实验钻头,并进行了环脊式PDC钻头与常规PDC钻头的室内钻岩对比实验。实验研究结果表明:与平整岩样的实验相比,牙轮牙齿和PDC齿在岩脊上的切削破碎载荷和破碎比功均显著降低;在全尺寸钻头钻岩实验中,与同等布齿密度条件下的常规PDC钻头相比,环脊式钻头的破岩比功显著降低,破岩效率明显提高;环脊式PDC钻头在钻进过程中有明显的体积性破碎现象,岩屑的尺寸或粒度显著增大,有利于地质录井。

微心PDC钻头心部结构优化的实验研究

在油气勘探中,需要在地层中进行岩石取样同时保证钻头的破岩效率和机械钻速,因此需要对微心PDC钻头心部结构进行优化。通过在不同尺寸的3种不同岩性(砂岩、灰岩和花岗岩)的岩心柱上完成静压、折断、冲击3种破坏形式的破岩实验,设计及制造一只直径为152.4 mm的可变参数的微心PDC钻头,并在不同尺寸的砂岩岩心柱上完成室内台架实验。实验结果表明:折断的破岩效率最高,静压其次、冲击最小;与全覆盖的钻头相比,微心PDC钻头机械钻速提高49%~112%;微心PDC钻头岩柱的高度对钻头的机械钻速影响较小,而岩柱的直径对机械钻速影响较大;微心PDC钻头在3种岩样中均能实现体积破碎,产生大岩屑,能提高破岩效率和机械钻速,并得到3种破岩方式下的最优岩心柱尺寸。