孕镶齿切削效率数值模拟及实验研究

PDC钻头和牙轮钻头在深部难钻地层中钻进时出现钻头钻进效率低、磨损速度快、寿命短等现象,相对而言,孕镶金刚石钻头凭借其特殊的破岩机理和"自锐性"在此类地层中具有良好的钻进性能,已成为提高深部难钻地层破岩效率的重要手段之一。本文以金刚石浓度、粒度、钻压、转速与孕镶齿的切削效率内在影响规律研究为目的,利用离散元软件PFC3D建立孕镶齿磨削砂岩的物理模型来进行数值模拟,然后进行孕镶齿磨削实验,实验数据与模拟结果的对比,验证了孕镶齿选取平行黏结模型来进行模型建立及仿真的正确性,从而粒度、钻压、转速、浓度对切削效率的影响逐渐降低,同时为孕镶钻头工作性能分析、个性化设计、地层适应性评价及钻头选型提供了依据。

影响孕镶齿强度的几个关键因素

影响孕镶齿强度因素有胎体配方、金刚石粒度和浓度、烧结工艺以及金刚石表面状态等诸多因素。本文针对胎体配方、金刚石粒度、金刚石浓度这三个关键因素设计正交试验,以了解影响孕镶齿强度的主要因素和影响规律,结果表明:金刚石浓度是影响孕镶齿强度最重要的因素,其次是金刚石粒度和胎体配方;孕镶齿强度随金刚石浓度的增加而降低,但随金刚石粒度的减小而增加。

油气钻井极硬岩层钻头用孕镶齿研究

本文介绍了油气钻井极硬岩层钻头用孕镶齿的原材料和结构设计,并重点介绍了孕镶齿制备关键技术—金刚石"包裹球"技术和热等静压处理工艺对孕镶齿物理力学性能的影响。通过室内孕镶齿磨削试验验证了热等静压工艺对孕镶齿的致密度和耐磨性的影响;制备了6吋孕镶钻头并在钻井平台试验,孕镶钻头在压力6.7 t(67 kN)和转速140 r/min的条件下,钻进10级硬度花岗岩平均机械钻速可达2.7 m/h。

国际油气井钻头进展概述(二)——FuseTek融合钻头与Pexus组合钻头

NOV公司2013年向市场推出Fuse Tek融合钻头。它将PDC钻头的高钻速与孕镶金刚石钻头的耐磨性结合于一体,适宜于钻进中硬—坚硬、高研磨性地层。Fuse Tek钻头已广泛应用于刚果、厄瓜多尔、中国、哥伦比亚等国家。应用表明,该新型组合钻头比PDC钻头或牙轮钻头钻进效率提高许多,工作寿命增加1~3倍或更多。Shear Bits公司于2014年推出Pexus组合钻头。该钻头广泛应用于加拿大冰川冰碛物钻进。地层上部硬卵砾石层利用可转动硬质合金齿钻进,下部软砂岩与页岩则运用PDC碎岩。整个冰碛物地层用一个Pexus钻头一钻到底。所述3类组合式钻头（含Kymera钻头）对于未来实现＂一个钻头,一口井＂的目标有重要意义。

高速涡轮钻井技术在扎纳诺尔油田应用实例

国外公司已经研制成功高转速孕镶金刚石钻头,高速涡轮配合孕镶金刚石钻头钻井技术已经成熟。针对哈萨克斯坦扎纳诺尔油田三开井段地层研磨性极强,可钻性差的情况,在T-1井和DZH-1井进行了高速涡轮配合孕镶金刚石钻头钻井试验,旨在提高机械钻速。试验证实,高速涡轮配合孕镶金刚石钻头钻井技术在扎纳诺尔油田三开井段中可以极大提高机械钻速,有效缩短钻井周期,具有良好的推广使用价值。

切削-犁削-磨削混合金刚石钻头的研制及应用

为解决常规PDC钻头在非均质硬地层中机械钻速低、钻头寿命短的问题,设计了具有多种切削结构的混合钻头。混合钻头以PDC齿作为1级切削元件,锥形PDC齿和孕镶金刚石齿作为2级切削元件,在PDC齿磨损后,锥形齿和孕镶齿参与破岩,集切削、犁削、磨削三重作用于一体,可提高钻头在复杂难钻地层中的使用寿命和破岩效率。新型钻头在青海油田东坪某井的变质砂岩和花岗片麻岩地层中进行了试验,机械钻速比常规PDC钻头提高了58.7%,具有明显的经济及社会效益。