硬岩PDC定向钻头优化设计及其表面增材技术研究

定向长钻孔是煤矿瓦斯、水害治理的主要技术手段,PDC定向钻头性能是影响坚硬地层钻进效率的重要因素。针对煤层顶底板岩层定向长钻孔施工中出现因PDC钻头体断翼、PDC崩齿等问题导致的频繁起下钻、施工效率低等现象,采用等切削布齿原则对刀翼布齿进行优化,有效降低切削齿冲击破坏;通过流体力学仿真分析,优化钻头水力参数,保证岩屑及时排出孔底,防止切削齿因重复破碎岩石导致过早损坏;通过仿真分析,优选大直径PDC异型齿,提高切削齿耐磨和抗冲击性能;引入表面增材制造技术,通过优化等离子(PTA)增材制造工艺参数,实现了兼具胎体耐磨耐冲蚀和钢体强韧性的WC基复合钻头体加工工艺。新研制的PDC定向钻头,在淮南顾桥煤矿北区底板探放水钻孔中进行了现场试验。结果表明:钻进致密、坚硬灰岩地层时,2只钻头寿命分别达到827、810 m,相对于以前的ø120 mm胎体式定向钻头平均寿命300 m有较大幅度的提高,并降低了上下钻等辅助作业时间,提高了施工效率,达到了硬岩定向长钻孔提速增效的目标,为硬岩定向长钻孔用PDC钻头设计和制造工艺开发提供了新的解决方案。

大直径定向长钻孔用PDC钻头设计与应用

针对煤矿井下中硬地层钻进中采用的常规单齿式PDC定向钻头和常规型扩孔钻头钻进寿命短,效率低,以及常规扩孔钻头在扩孔钻进中难以沿原孔轨迹钻进的缺陷,结合大直径定向长钻孔对三种钻头的需求,研制了两种新型PDC钻头,其中新型PDC定向钻头采用刮刀型平底结构并优化布齿,增加了切削齿数量,扩孔钻头采用圆弧形剖面,并沿切削剖面布齿,增大了切削自由面。针对两种钻头进行了现场应用,现场应用证明,新型PDC定向钻头受控性好,钻进稳定,在中硬地层钻进效率和寿命显著提高,是普通单齿式钻头的2倍,新型扩孔钻头能够沿先导孔轨迹扩孔钻进,钻头寿命是普通扩孔钻头的3倍以上。

PDC钻头新进展及发展思考

为了提高钻井破岩效率和延长钻头使用寿命,减少起下钻次数,缩短钻井周期,降低钻井作业成本,国外近年研发了一系列新型PDC钻头。分析了全球PDC钻头市场发展趋势,总结了PDC钻头新进展及现场应用情况,包括基于加工制造的新型PDC钻头、基于切削齿形状设计的新型PDC钻头、基于切削齿布齿的PDC钻头、复合PDC钻头、用于页岩储层的定向PDC钻头以及用于地质评价的微芯PDC钻头。结合我国PDC钻头技术现状,提出了我国PDC钻头需要对破岩机理、高温耐磨材料、加工制造工艺、切削齿形状、结构和个性化钻头等方面开展攻关研究。同时指出,及时了解和掌握国外PDC钻头技术的最新进展,对优化我国PDC钻头技术的发展规划和科研方向,以及加快PDC钻头的研发具有重要意义。

煤矿井下硬岩定向钻进技术装备与应用

针对煤矿井下硬岩定向钻进存在的钻进效率低、深孔钻进易产生托压、孔内钻具易损坏等问题,在分析问题原因的基础上,通过集成及创新,开发了煤矿井下硬岩定向钻进技术与装备。研究形成大功率螺杆钻具钻进技术、级差式定向钻头防卡技术、振动减阻技术、水力加压技术、轨迹控制技术和硬岩开分支技术,选配了定向钻机、泥浆泵车、大功率螺杆钻具,研制了级差式定向钻头、水力振荡器和水力加压器。在淮南张集煤矿开展了现场试验及工程应用,在平均坚固性系数为7.6的灰岩中,试验钻孔进尺2397.6 m,工程应用钻孔进尺5480 m,平均钻进效率可达21 m/小班;水力振荡器平均钻压降低了33%,钻效提高126%;水力加压器钻压降低了23.8%,钻效提高了137%。

大直径长竖井反井钻 全断面施工工艺研究

竖井作为高水头引水式水电站的重要工程,其施工技术也一直受到各方的关注。尤其是随着竖井向深度高、直径大等方向的发展趋势,其施工难度也不断加大。传统的人工钻爆法存在着安全风险系数高、进度慢、井内环境条件恶劣等问题。因此,研究采用全断面反井钻法安全、高效、环保地进行大直径长竖井施工,将对竖井工程施工领域起到积极的推动作用。

苏丹水平井优快钻井技术研究与应用

苏丹市场老油区加密井增多,单井产量下滑,由于上产需要,甲方对水平井数量的需求大增。但因其独特、复杂的地质情况,导致钻井存在诸多难点,如起下钻阻卡、托压、塌卡等复杂和事故频发。对此,开展苏丹水平井优快钻井技术研究,通过实施井身结构优化技术、井眼轨迹控制技术、水平井钻井提速技术以及钻井液技术,有效解决了水平井施工难点,实现了优质、安全、快速钻井:钻头优选后,全面提升了钻井速度,减少了井下复杂;KCl/硅酸盐钻井液体系、Drilling-in钻井液体系有效保证了各项工序的顺利实施,在抑制页岩坍塌、稳定井壁、减少托压方面效果明显;水力震荡器的使用,可以解决长半径水平井摩阻大、造斜慢、加压困难的难题。研究成果一年内共成功实施20口水平井,平均钻井周期从2010年前的44d缩短至23.67d,缩短46.2%;平均建井周期为36.42d,比设计周期提前5～14d;机械钻速从原来的平均10.81m/h提高到12.41m/h,提高14.8%;事故和复杂现象由原来的3.7%降至1.8%。

玉门酒西水平井钻井技术的研究与应用

随着玉门油田酒西区块勘探开发的不断深入,水平井数量明显增多,尤其是中深井水平井、深井水平井,通过对酒西区块已完成水平井、大斜度定向井、开窗侧钻水平井调研分析,主要从直井段井身质量控制、定向专用钻头优选、斜井段井眼轨迹控制、井下事故预防等方面进行努力。应用定向专用钻头M1375D和MD617实现了安全快速定向钻进,综合应用工具面稳定器、钻井液技术、复杂事故预防技术保证了井下安全和轨迹控制。顺利完成中深井水平井鸭平4井和深井水平井鸭西平1井。鸭平4井为鸭儿峡区块最深的水平井,完钻井深3456m,水平位移479.9m;鸭西平1井为玉门油田最深的水平井,也是该油田第一口深井水平井,完钻井深5050m,水平位移817.66m。

一种适用于水平井钻进的PDC钻头

随着油气勘探开发逐渐与国际接轨,众多的施工队伍开发走出国门。我们在墨西哥EPC区块施工的井均为1000米左右的水平井,在水平井定向钻进中,往往使用滑动钻进和转盘(或顶驱)复合钻进两种方式相结合来满足设计轨迹要求,由于PDC钻头在定向钻进中存在工具面不稳定,方位容易漂移等问题,使得普通PDC钻头的定向轨迹控制变得困难,通过现场实际大量水平井轨迹控制和PDC钻头使用的对比,找出一种有效、适用的适用于水平井钻井的PDC钻头,并且能与国际知名钻头公司(BAKER-HUGES,SMITH等公司)的同台竞争中不落于下风。本文主要介绍一种6寸定向专用PDC钻头。

火显神威

与其他事物具有两重性一样,火有害也有利。工农业生产,人民生活都离不开火;然而,一旦利用不当或防范不力就会造成火灾,导致生命,财产的重大损失。水火无情,这是人人都知道的道理。在煤矿井下,火严重地威胁着矿工的生命安全,妨碍着生产秩序的正常进行,一旦预防不够或措施不力。