裂缝性储层PDC钻头随钻响应特征实验研究

裂缝性储层的裂缝预测难度大,研究裂缝性地层PDC钻头钻进响应特征对裂缝性储层随钻识别具有重要意义。文章利用水泥石材料制备的无裂缝水泥石试件、填充裂缝水泥石试件和张开裂缝水泥石试件开展了微PDC钻头钻进实验,监测不同裂缝类型的水泥石试件在钻进过程中的钻压、转速、扭矩、钻时等直接参数,通过计算机械比能、机械比能异常因子、机械比能波动因子和扭矩波动因子等衍生参数,揭示了不同裂缝类型的试件在PDC钻头钻进时的响应特征,构建了无缝、填充裂缝、张开裂缝在PDC钻头钻进时的特征图谱、评价指标体系和分类标准。并在渤中19-6气田进行了现场应用,与测井解释符合率达到了82%以上。该项研究成果为裂缝性储层的随钻识别诊断提供了实验依据。

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。

水平井PDC钻头黏滑振动规律试验研究

黏滑振动会造成PDC钻头损伤和井下仪器失效,试验是研究水平井钻柱系统黏滑振动的常用手段。设计了一种微型PDC钻头,基于水平井试验台架进行破岩试验,分析了钻进砂岩和灰岩时钻头端黏滑振动的影响规律。试验结果显示:在相同的进尺和转速下,钻进灰岩时所需的钻压和扭矩比钻进砂岩时所需的钻压和扭矩大约5倍;在0.36 m/h的进尺和15 r/min的转速下,钻进灰岩的黏滑振动强度和黏滑振动倍率是钻进砂岩的5倍,随着转速提高到39 r/min,钻进灰岩的黏滑振动强度和黏滑振动倍率是钻进砂岩的3倍;当转速在30 r/min,随着钻速从0.05 mm/s增加到0.25 mm/s,钻进灰岩的黏滑振动强度增加到了原来的7倍,黏滑振动倍率增加到原来的约9倍,钻进砂岩的黏滑振动强度增加到了原来的约2倍,黏滑振动倍率增加到原来的约1.5倍。试验结果帮助了解钻进不同岩石时的黏滑振动现象,可为今后钻进不同岩石时减轻黏滑振动对井下工具的损伤提供依据。

微取心PDC钻头的研制与应用

PDC钻头受破岩方式的影响,所形成岩屑颗粒小,增加了地质录井难度,尤其是在探井和水平井实施过程中,为了获取能满足地质录井的岩屑颗粒,在钻至储层前,需更换牙轮钻头钻进,不但降低了机械钻速和钻井效率,而且增加了钻井成本。微取心PDC钻头研制从常规破岩结构设计和微心结构设计两方面结构优化入手,以期达到钻进效率和岩屑粒径大小的最优匹配。北1井现场试验表明,研制微取心PDC钻头所形成岩屑颗粒大,能满足地质录井鉴定需求,同时机械钻速远高于牙轮钻头,为勘探开发提供了新的技术手段。

微心PDC钻头设计及现场试验

为了解决普通PDC钻头形成的岩屑细碎、无法满足岩屑录井,而采用牙轮钻头进尺少、机械钻速低又存在掉牙轮风险的问题,设计了微心PDC钻头。介绍了微心PDC钻头整体结构设计和结构参数优化方法,设计制造了小尺寸微心钻头,进行了室内取心试验和提速试验;结合临盘油田街403井和胜坨油田坨202井实钻地层的岩性特征,分别设计制造了φ215. 9 mm微心PDC钻头,进行了现场试验。室内试验和现场试验结果均显示:该钻头获取的岩屑较大,大小与牙轮钻头产生的钻屑相当,能满足岩屑录井的要求;而且,钻头进尺和机械钻速与普通PDC钻头相当,与牙轮钻头相比有明显提高。研究结果表明,微心PDC钻头可以代替牙轮钻头在岩屑录井井段使用,并能达到提速提效的目的。

微取心PDC钻头试验及评价

PDC钻头是钻井工程提速增效主要手段之一。常规全面钻进PDC钻头破岩方式,对软地层刮切,对中硬地层刮切为主,剪切为辅,生成的岩屑颗粒小,粉末状为主,增加了地质录井岩性判断和地层分层的难度。新型微取心PDC钻头钻进时,在钻头心部形成微岩心,微岩心颗粒大,收集率高,能满足岩石信息鉴定需求。云安002-5井现场试验结果表明,微取心全面钻进PDC钻头获取的颗粒状岩屑分析达标,为及时发现、保护、评价油气层,为油田勘探开发提供资料依据。

岩石可钻性测定方法的改进和优化建议

岩石可钻性测定和评价是进行钻井工程设计的重要依据。相继出版的岩石可钻性测定及分级标准对推动钻井工业的发展做出了重要贡献,但随着钻井工程技术进步和测试遇到的问题,有必要对其进行适当的调整和改进。通过回顾石油天然气钻井工程岩石可钻性的发展历史;开展了不同PDC切削齿、定转速变钻压、定钻压变转速的微钻实验。研究结果表明,即使材质和结构相同,来自不同厂家的PDC齿仍然对测试结果有显著影响,建议对倒角误差进行规定,以尽量消除其对测试结果的影响;建议PDC齿侧倾角修改为10°,建议第3级钻压由2 kN更改为1.5 kN,不建议把钻压1 kN所测试的结果用级值“+1”的方式修正0.5 kN测试结果,应根据钻压1 kN和0.5 kN测试结果的对应关系进行修正;通过分析牙轮微钻头结构参数及钻进参数对测试结果的影响,设计了一种6刀片和5挡板结构的新型牙轮微钻头,该微钻头能够解决牙轮微钻头在钻遇硬岩时出现的不能自由旋转问题,消除了牙轮片之间的相互干扰,推荐牙轮微钻头测试钻压仍然为890 N,转速修改为90 r/min,以达到更好的测试效果。