PDC钻头双圆弧冠部轮廓曲线研究

采用数学方法对PDC钻头常用的一种冠部轮廓--双圆弧冠部轮廓进行了分析研究,从实际设计 应用出发,分多种情况进行求算,得出了两个圆弧半径的有效取值范围,对PDC钻头的设计具有一定的指 导意义。

金刚石钻头冠部曲线拟合的计算机辅助设计

在金刚石钻头冠部曲线设计中 ,既要考虑钻井工艺的要求 ,又要考虑容易布齿和加工 ,因此 ,有必要采用计算机程序来实现冠部曲线的组合设计。为此 ,归纳了按照等切削、等磨损和等功率原则设计的理论冠部曲线方程。根据冠部曲线常见的组合设计 ,推导了直线 圆弧 抛物线冠部曲线拟合的理论公式。在此基础上 ,采用VisualBasic语言在Windows95环境下编制了冠部曲线拟合的计算机软件。软件的应用与实例分析表明 ,该软件界面友好 ,操作方便 ,速度快 ,精度高 ,设计灵活 ,能实现金刚石钻头冠部设计的电算化 ,大幅度提高金刚石钻头冠部设计的科学性和准确性 ,减少盲目的模仿和试探 ,缩短新钻头的研制周期 。

巨厚砾石层中PDC钻头的设计与应用

针对吉木萨尔凹陷页岩油区块地层特点和前期钻头磨损情况,从PDC钻头冠部轮廓、切削结构、三维设计等3个方面,对PDC钻头进行个性化设计,以提高钻头在该类地层中的机械钻速和整体使用寿命。

表层套管钻井钻头结构设计与力学分析

套管钻井技术是一种新兴钻井技术,因其具有降低钻井成本的优点,是近年来研究的热点。套管钻井中最关键的工具是套管钻头,本文设计出一种刀翼可钻式套管钻头,主要对钻头选材、水眼分布、水眼结构、冠部轮廓结构和切削结构等进行设计,并对所设计的套管钻头进行有限元数值模拟,结果表明:这种钻头稳定性高、清洗效果好。保径与鼻部距离近可给钻头冠部提供更大冠部面积,并且采用大曲面设计有很好的抗冲击能力,适合硬且夹层多的地层使用。使用30°的切削角度,攻击力较弱,虽然钻头取得的机械转速较低,却可以用在较硬的地层中。

泥页岩新型防泥包PDC钻头设计及应用

PDC钻头在泥页岩中钻进时容易出现泥包现象,岩屑粘附于切削齿和刀翼顶面,使切削齿无法有效吃入地层。为此,研究了钻头冠部轮廓、切削结构、刀翼形状和水力结构等对PDC钻头防泥包性能的影响,并设计了新型防泥包PDC钻头。通过对PDC钻头体三维造型进行特殊设计,可以有效解决水眼堵塞、钻头泥包的难题,钢体PDC钻头以其无可比拟的优点应用会越来越广泛。滨深24X1井的现场试验结果表明,新型防泥包PDC钻头具有显著的防泥包性能,机械钻速高,在大港油田泥岩作业中有很高的推广应用价值。

PDC钻头切削齿布齿设计的新思路

切削齿布齿设计是PDC钻头设计的关键。为提高PDC钻头的钻进效率,综合考虑PDC钻头切削齿的设计特点和切削先后顺序等因素,并且通过对PDC钻头单切削齿实验结果进行分析,提出了以冠部轮廓法线为基准的切削齿布齿设计方法。

适用于特定地层的PDC钻头个性化设计

破碎性地层的井下掉块常常导致常规设计的PDC钻头出现卡钻现象,严重的甚至会造成钻头掉齿、断刀翼等井下事故,严重影响了PDC钻头的推广使用。为此,对Ф215.9mm六刀翼PDC钻头进行了全面改进设计:冠部形状为"直线—圆弧—直线",相邻刀翼之间夹角约为60°;主切削齿直径为16mm且按照"中密度"方式布置;将刀翼尾部的保径块整体上移一定距离,且4个保径块围绕钻头轴线成90°。之后采用PDC钻头数字化钻进仿真系统和CFD软件对设计方案进行了力平衡和井底流场优化分析:优化布齿参数的钻头横向力约为钻压的3.9%;高的流速分布在1号、5号刀翼工作面鼻部位置及2号、3号、4号、6号刀翼背面,有利于岩屑及时清除出PDC齿表面。改进后的新型Ф215.9mmPDC钻头在吐哈油田破碎性地层中应用总进尺1339m,与邻井同井段相比,节约了5次起下钻工作量和作业时间,钻头出井后,仅两颗齿损坏,其余PDC齿磨损均衡,冠部冲蚀情况与钻头的井底流场分析的结果完全吻合,说明PDC钻头的个性化设计能够为此类地层钻井提速提供切实可行的技术思路。

斧形齿PDC钻头的研制及其在东海的应用

东海多口井所用PDC钻头在深部地层钻进过程中出现了机械钻速低、进尺少的情况,钻头起出后发现PDC钻头切削齿磨损严重。为此,在详细分析东海深部地层所用PDC钻头使用情况的基础上,对PDC钻头进行机械设计和水力设计。在机械设计优化时,根据设计三原则和力平衡原则,从钻头冠部轮廓、布齿设计两方面对钻头机械结构进行优化。在水力设计优化时,以ANSYS软件分析作为主要优化手段,对喷嘴和排屑槽进行优化设计。通过分析斧形齿的性能优势,以室内性能测试数据为依据,研制了斧形齿PDC钻头。东海X1井和Y8H井的应用情况表明,斧形齿PDC钻头机械钻速分别提高了15.11%和26.65%,钻头出井评价磨损轻微。因此,斧形齿PDC钻头可提高东海深部地层的钻进效率。