适用于复杂岩性地层的PDC钻头个性化设计与应用

针对常规PDC钻头在吐哈油田复杂岩性地层钻井施工中,由于其软硬交错、高含砾、强研磨性的特性,造成钻头机械钻速低、行程短、用量高的问题,开展了PDC钻头整体结构、冠部头型、布齿参数、水力参数等方面的个性化设计,研制出新型PDC钻头。复杂岩性地层现场试验表明,所设计的新型PDC钻头具有很强的适应性,有效提高了单只钻头行程和机械钻速,提速效果显著,从而提高钻井运行效率、缩短钻井周期、降低钻井作业成本,为复杂岩性地层的快速高效钻探提供了切实可行的技术思路,为加快油田勘探开发步伐贡献了积极的力量。

龙凤山气田火山岩地层个性化PDC钻头设计与应用

长岭断陷龙凤山气田主力储层主要分布在火山岩发育的营城组和火石岭组。储层岩石石英含量高、研磨性强,导致机械钻速低、单只钻头进尺短,大幅增加了起下钻换钻头等非生产时间,严重制约钻井提速。本文通过开展岩石力学实验研究,利用测井资料建立并修正岩石力学剖面,开展了异型PDC齿研发和钻头切削结构设计优化,研发出一种适合该区块火山岩地层的6刀翼异形齿PDC钻头,现场应用3井次,较其他普通PDC钻头平均进尺提高42.2%,平均机械钻速提高36%,提速降本效果显著。

适用于复杂构造地层火山岩的个性化PDC钻头设计与应用

准噶尔盆地西北缘石炭系火山岩抗压强度为120~200MPa,可钻性级值大于7级,PDC钻头适应差,平均机械钻速为0.8~1.9m/h,严重制约了勘探开发进程。为此,针对火山岩岩石力学特征,结合邻井钻头磨损情况,从PDC钻头冠部形状、切削齿选择、布齿方式、水力结构等方面进行个性化设计,设计出φ215.9mm六刀翼非对称螺旋结构PDC钻头。现场试验表明,该新型PDC钻头平均机械钻速达3.6~3.92m/h,较常规钻头提高1~2倍,单只钻头进尺为303~470m,较常规钻头提高3~5倍,提速效果显著。对硬度大,研磨性强火山岩地层具有很好的适应性,为火山岩钻井提速提供了技术支持。

硬地层定向PDC钻头个性化设计与应用

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。

南堡油田深部地层微心PDC钻头个性化设计与应用

南堡油田东三、沙河街深部地层压实程度高,岩性复杂,泥岩胶结致密、研磨性强,可钻性差,导致常规PDC钻头机械钻速低。在深入分析该地层岩石力学性质基础上,开展了微心PDC钻头的研制。该钻头中心区域不布置切削齿,即采用无心轴式特殊结构,平内锥、宽冠顶、加长外锥设计,将更多的能量分配给承担更多工作的切削结构,提升切削齿的有效比钻压,提高破岩效率。现场应用十余井次,平均机械钻速8.7m/h,同比提高40%以上,单只钻头平均进尺470m,同比提高一倍以上。研究成果为南堡油田深部地层及其他类似地层钻井提速提供了新的思路和方法。

中东Z油田一开地层可钻性预测和个性化PDC钻头的应用

中东Z油田一开井段井眼尺寸大、井段长、地质条件复杂、钻头选型不合理,探井一般需要20多只钻头才能完钻,钻井周期长、成本高,严重影响全井的建井周期和油田的大规模开发。利用测井数据,使用地层可钻性模型预测了一开井段的地层可钻性剖面,显示出该地层可钻性波动频繁、软硬交错显著、非均质性强。在此基础上设计了将强稳定性、攻击性和水利设计相结合的个性化609.6 mm MS1963UV型PDC钻头。在后续现场试验中,该型钻头突破性地实现了1只牙轮钻头+1只PDC钻头钻完一开井段,提速最高达109.77%,钻头每米成本降幅最高达32.13%。实践证明,区块可钻性预测结果较为符合实际,个性化设计的PDC钻头能够很好地适应目标井段地层,为进一步优化改进钻头设计和Z油田的持续提速提效提供了有益的参考。

川东北高磨砂岩地层高效PDC钻头个性化设计——以五宝场沙溪庙地层为例

川东北五宝场区块沙二段致密砂岩储层强度高、研磨性强,导致钻速低、单只钻头进尺低,同时频繁起下钻、等待及更换钻头造成非生产时间过长,严重制约钻井提速。文章首先研究了五宝场区块沙二段储层岩石特征;随后,对现场2口已钻井的水平段出井钻头损伤情况进行了分析,并以此为依据对后续个性化钻头设计提出了相应的建议;最后,基于储层岩石特征和现场使用情况,通过针对性的切削齿设计并开展设计钻头—地层互作用模拟研究,进行力平衡分析与优化,最终形成了一款主要针对川东北高磨砂岩地层的七刀翼个性化PDC钻头。现场应用结果表明,设计的钻头相对其他钻头的平均进尺提高69%,平均钻速提高68%,提速效果明显。

复杂岩性地层PDC钻头优化设计与应用

近年来随着石油勘探范围扩大深入,国内主要勘探开发过程中含复杂岩性地层越来越多,许多地层高含砾夹层多、软硬交错。常规PDC钻头时常发生钻头复合片先期崩损和损坏,严重影响钻探速度和施工效率,为解决复杂岩性地层钻井提速难题,提高钻井速度,降低钻井成本,为解决PDC钻头在复杂岩性地层中应用受限的问题,提高PDC钻头在非均质地层的适应性和钻井速度,根据复杂岩性地层的特性,研制了一款新型高效PDC钻头。它既具有一般常规PDC钻头的强攻击性,保持较高机械钻速快速钻进;又具有很强的抗冲击、抗研磨能力,确保在复杂岩性地层中的使用寿命,现场应用效果非常显著。目前已在国内油田得到广泛推广应用,并取得了良好的经济社会效益,为实现复杂岩性地层快速高效钻井做出了积极探索。

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。

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。

胜利油田东营北带砂砾岩体PDC钻头个性化设计与应用

针对胜利油田东营北带丰深1与盐227区块沙四下砂砾岩体地层岩石研磨性强、可钻性差、机械钻速低、钻头寿命短的技术难题,开展了旋流PDC钻头个性化设计与应用研究。通过室内实验,优选出了适合该地层特点的PDC切削齿类型;通过电脑模拟,优化了钻头的冠部轮廓、切削结构和切削齿后倾角设计;研制出旋转射流喷嘴,设计并试制了水力与机械联合破岩的新型PDC钻头。在丰深1-平1井的砂砾岩体地层中进行了钻井试验,与其他类型PDC钻头相比,机械钻速提高了46.8%,单只钻头进尺提高了69.6%;与牙轮钻头相比,机械钻速提高了48.1%,单只钻头进尺提高了156.5%。在盐227井工厂砂砾岩体井段推广应用也取得了明显的提速效果,机械钻速提高26%,平均单只钻头进尺提高102 m。研究成果对PDC钻头个性化设计具有一定的借鉴意义,对硬的强研磨性地层钻井提速具有推广应用价值。

侧钻开窗PDC钻头的个性化设计

钻头的设计包括剖面设计、布齿设计、流道设计等。由于开窗钻头具有独特的受力特性和切削要求,因此在参考常规地层PDC钻头的设计经验基础上,针对开窗钻头进行了个性化设计。采用三维辅助设计软件Solidworks进行三维建模和设计。通过三维实体的建模,可以形象、直观地实现设计意图。在钻头的设计、修改和优化过程中有效地利用三维建模软件来完成,使得设计过程更加快捷、直观和方便。将三维数字化模型直接用三维打印机打印,然后成型模具,经过烧结成型后焊接PDC齿,完成整个钻头的加工。

四川盆地侏罗系地层个性化PDC钻头研制与试验研究

四川盆地侏罗系前期钻井整体机械钻速较低,为了实现快速钻井,节约钻井成本,根据侏罗系地层的岩石特性,开展了PDC钻头优化设计和公117H井现场试验,结果表明,研制的215.9 mm PDC钻头单只进尺达到1 335 m,直井段平均机械钻速为12.7 m/h,较常规PDC钻头提高了71.4%,定向段平均机械钻速3.18 m/h,是常规PDC钻头的2.76倍;152.4 mm PDC钻头,在水平井段,单只进尺218 m,平均机械钻速3.8 m/h,达到国外哈里伯顿PDC钻头的性能指标。研制的两种型号钻头均达到提速目的,为侏罗系地层优快钻井提供了有力的技术支持。

造斜井段PDC钻头个性化设计及应用

随着定向井理论与方法的发展,对于定向井的工具提出了更高的要求,PDC钻头以其自身的性能优势,在定向井钻井中发挥越来越重要的作用。由于PDC钻头在定向钻进过程中经常出现性能不稳定,工具面角度变化大、难以控制的现象,甚至造成井下故障,致使定向钻井周期长,机械钻速慢,钻井成本增加。因此提高PDC钻头稳定性,优化钻头设计,充分体现PDC钻头在定向钻进中的优势,对于提高定向井PDC钻头的效率和寿命,加快油气资源开发具有重要意义。

吉林油田伊通地区PDC钻头个性化设计与应用

分析吉林油田伊通区块地层特点、岩石可钻性、前期钻头磨损特点,从PDC钻头切削齿空间结构、钻头冠部结构、排屑槽和保径部位的设计、复合片选择等方面,对PDC钻头进行个性化设计。设计钻头在伊22-9-9井试验获得成功,实现了直井段、造斜段分段一趟钻,水平段二趟钻。钻井周期较前期缩短了30%,为吉林油田伊通地区非常规油藏高效开发提供了技术支撑。

页岩气水平井高效破岩PDC钻头个性化设计

利用测井数据建立页岩地层可钻性剖面,获取目标地层的抗压强度、压入硬度、可钻性极值等岩石力学参数,为钻头技术特征设计提供理论依据。开展PDC钻头力学理论分析和井底流场模拟仿真分析,优化钻头设计。通过现场应用效果评价,形成了一套适合页岩地层的高效破岩PDC钻头个性化设计技术。

适合大港滨海区块硬地层的PDC钻头优化设计

大港油田滨海区块下部地层为含砂质泥质结构,岩石由泥质和砂质等组成,地层硬度高、研磨性强,单只PDC钻头进尺少、机械钻速低,制约了该地层的勘探开发进程。鉴于此,对PDC钻头的冠部轮廓、刀翼、布齿和水力性能等进行了优化设计,得到了适合该地层的M432215.9 mm七刀翼PDC钻头。大港油田滨海6井的现场试验结果表明,在同井段同尺寸情况下,M432215.9 mm七刀翼PDC钻头的平均进尺49.0 m,机械钻速1.540 m/h,牙轮钻头平均进尺22.5 m,机械钻速0.967 m/h;使用七刀翼PDC钻头提高了钻进速度,缩短了钻井周期。

高磨区块PDC钻头个性化设计技术研究与应用

常规PDC钻头在四川高磨区块雷口坡—嘉陵江组钻进过程中,经常由于井壁缩径及软硬夹层原因,易导致钻头缩径卡钻、憋跳、粘滞现象,影响机械钻速及钻井周期。经技术调研综合分析,针对上述地层特性对PDC钻头进行个性化设计,经高石128井现场应用,个性化设计的PDC钻头单只一趟钻进尺751.64 m,平均机械钻速10.87 m/h,机速提升80%,为高磨地区雷口坡—嘉陵江组钻井提速提供技术支持。

长庆油田陇东三维水平井用PDC钻头个性化设计

长庆陇东油田因受地形地貌和整体开采方案的制约，需要采用三维水平井开发。水平井施工中由于上部地层复杂，靶前距离短，偏移距大，井眼轨迹控制难度大，对于PDC钻头的性能提出了更高的要求。针对该区块地层和定向轨迹控制特点，笔者进行了三维水平井用PDC钻头个性化设计，现场应用表明：钻头平均机械钻速和单只钻头进尺分别提高了21．29％和20．12％，较好地满足了三维水平井的优快施工。

复杂地层PDC钻头研究

常规PDC钻头在岩石疏松、结构松散、无规律含砾、软硬交错等复杂地层中钻进时受力不均,导致钻头平均机械钻速低,钻进困难,难以满足高效钻井要求。针对这一现象,重新对PDC钻头的布齿方式、冠部头型、水力结构、钻头稳定性等方面进行个性化设计。在复杂地层应用情况表明,所设计的钻头极大地提高了钻进速度,减少了起下钻次数,缩短了钻井周期,有效地预防了钻井事故的发生,节约了钻井成本,经济效益显著。