高研磨性地层特征与钻头研究应用

川北地区陆相须家河组天然气资源丰富,但须家河组地层具有岩性致密、地层高研磨性、可钻性差的特征,导致钻头磨损严重,机械钻速慢。该文在分析各类钻头适应性的基础上,本着提速增效的目标,开展钻头优选研究,提出PDC+牙轮复合式钻头,并进行应用实践,现场应用取得良好的试验效果,PDC+牙轮复合式钻头在地层中具有较高机械钻速、进尺和使用寿命。

阿克纠宾高研磨性地层钻井提速关键技术

阿克纠宾地区的扎纳若尔与北特鲁瓦油田含有丰富的油气资源,主要油气藏位于二叠系以下的石炭系地层。由于二叠系至石炭系厚度大(2 000~3 000 m),且普遍发育致密岩层,尤其是石炭系的MKT、KT1和KT2层研磨性高,导致深部地层机械钻速低(1. 05~2. 50 m/h)。因此,提高本井段的破岩效率是实现该油田高效开发的关键。分析了旋冲钻井及锥形齿钻头破岩受力机理,通过现场试验证明了该项技术在深部高研磨性地层的适用性,并进行了推广应用,实现了阿克纠宾地区深部地层钻井提速1~3倍。基于理论分析和现场实践,形成了以旋冲钻井及锥形齿钻头为主体的阿克纠宾高研磨性地层钻井提速关键技术,对滨里海盆地及发育类似地层区域的高效钻井具有积极的指导和借鉴意义。

强研磨性地层中PDC钻头井底热-流-固三场耦合研究

PDC(polycrystalline diamond compact,聚晶金刚石复合片)钻头在强研磨性地层中破岩时,其钻齿在刮切破碎岩石的同时与岩屑、岩石剧烈摩擦,产生的局部高温加快了钻齿的磨损失效,这会极大地缩短整个钻头的使用寿命。因此,探究温度对PDC钻头磨损的影响并改进其水力结构对提升单个钻头的进尺深度和降低钻井经济成本有显著意义。为此,通过钻齿切削实验来验证其温度与磨损之间的关系,并在考虑井底钻井液流动状态及其与钻齿之间对流换热的基础上,建立了PDC钻头井底热-流-固三场耦合模型,分析了井底钻井液与PDC钻头之间的相互作用,同时针对原有的PDC钻头水力结构提出了优化措施。结果表明:1)在钻齿切削过程中温升现象十分明显,说明温度是影响PDC钻头磨损的重要因素;2)PDC钻头井底流场呈热-流-固耦合状态,且钻井液流动状态对其钻齿换热的影响大,这为钻头水力结构的优化提供了方向;3)通过调整喷嘴的流量及角度等水力结构,降低了钻齿的平均温度,可有效改善PDC钻头的磨损情况。研究结果对强研磨性地层中钻头的优化设计有重要指导意义。

用于超研磨性地层钻头的设计与实践

钻头在钻进超研磨性地层时,胎体的磨损非常严重。文章分析测试了这类地层的可钻性,具有针对性地采用加大胎体中金刚石浓度的方法来保护胎体,极大地延长了钻头的寿命。

金刚石钻头在强研磨性地层中的应用研究

针对钻探施工中常遇见的坚硬致密强研磨性地层,通过钻头胎体设计和钻头结构设计对金刚石钻头进行了试验研究,并在水电站中进行了推广应用,取得了良好的效果:采用HRC35-40金刚石钻头在坚硬致密的玄武岩中钻进,其平均寿命可以达到70m,平均机械钻速为2m/h;在粗粒花岗岩等地层中钻进,钻头平均机械钻速最高可达2.7m/h,寿命最高能达到50m,比原定指标提高了25%,大大缩短了施工周期,降低了施工成本,满足了钻探施工的要求。

高研磨性地层PDC钻头的研究和应用

高研磨地层不但埋藏深,而且研磨性比一般地层要强,石英的含量也比较高,甚至很多地方处于你砂岩石交换的地方,因此,需要研制一种新型的PDC钻头,文章对高研磨性地层PDC钻头做详细的分析。

元坝高研磨性地层提速提效集成钻井技术

四川元坝地区陆相下沙溪庙组—须家河组地层岩性复杂、可钻性差、研磨性强、地层压力高,使用牙轮钻头、PDC钻头等常规钻井技术钻速慢、周期长、效率低,引进扭力冲击器+PDC钻头、孕镶金刚石钻头+涡轮等进口提速工具费用昂贵,提速效果明显,但经济效益差。为降低钻井成本,结合地层地质特性,开展了个性化钻头及配套提速工具的研制及优选,形成了元坝高研磨性地层提速提效集成钻井技术,即自流井组珍珠冲段以上地层采用研制的KS1362ADGR型PDC钻头+国产大扭矩螺杆马达;珍珠冲及须家河组地层优选国产NR826M型孕镶金刚石钻头+高转速螺杆马达。通过3口井现场试验表明:同比2012—2013年完钻井指标,平均机械钻速提高64.7%;在井段长度增加8.7%的情况下,平均钻井周期缩短36.3%。该技术将对川东北、川西须家河组等高研磨性地层钻井具有指导作用。

东昆仑成矿带强研磨性地层岩石力学性质研究

东昆仑成矿带钻进地层研磨性较强,对针对性较强的7个矿区进行采样,在分析岩石的矿物组成和结构的基础上,进行岩石的硬度和研磨性的测试。岩石样品硬度在5~8级之间,平均硬度在7级左右,岩石硬度相对较高;岩石的研磨性等级集中在Ⅳ-Ⅵ级,岩石的研磨性相对较强。石英含量增高,硬度和研磨性均增强。岩石颗粒形状与尺寸、胶结物性质等也是岩石硬度和研磨性的重要影响因素。

高研磨性地层复合式钻头的研制与应用

金山气田、龙凤山构造、长岭断陷等登娄库组以下深部地层可钻性差,研磨性强,导致钻头磨损严重,使用效率低。在对牙轮钻头、PDC钻头及孕镶金刚石钻头在高研磨性地层中的适应性进行细致和全面分析的基础上,提出了把PDC钻头机械钻速高和孕镶金刚石钻头进尺多的技术优势相结合的研制思路,开展PDC+孕镶复合式钻头设计。现场应用取得了良好的试验效果。提出了合理化的建议。

超研磨性地层钻头的设计与实践

作者采用提高金刚石密度的方法，解决了钻进超研磨性地层的钻头磨损问题，钻头寿命提高了120倍。

高研磨性地层PDC钻头优选方法

高研磨性地层岩性致密、坚硬,导致机械钻速低、钻头消耗量大,是制约钻井提速的关键因素。为实现提速,试验应用了各种新型井下工具,但效果参差不齐。本文通过分析地层特征,提出了研磨性评价指标,以此划分岩石研磨性等级,并根据岩石研磨性等级匹配相应的钻头,以达到钻井提速的目的。经过现场实验验证,取得了较好的提速效果,证明了本文方法的可行性和应用价值。

高研磨性硬地层钻井提速技术

川东北陆相自流井组和须家河组地层岩性致密、研磨性强,机械钻速低、钻头消耗量大,是制约该区域钻井提速的关键层段。为实现提速,各种新型井下工具得到了试验应用,但效果参差不齐。通过计算分层段岩石可钻性,推荐自流井组至须家河组采用孕镶金刚石钻头提高破岩效率;为降低硬地层和软硬交互层段钻头失效导致的钻速低问题,开展了三开井段典型钻具组合扭转和纵向振动理论分析,提出东岳庙段以浅地层采用扭力冲击器配合PDC钻头降低黏滑,珍珠冲段含砾岩层段需使用减震工具或改变钻具组合降低纵振,砂泥岩互层段需推广使用双向减震器或水力加压器降低纵振;采用高速螺杆+孕镶金刚石钻头的复合钻进,提高自流井组至须家河组大井眼定向速度。5口井现场实施后,机械钻速成倍增加、钻头新度提高30%,须家河组?311.2 mm井眼定向速度提高1.32倍。

磨溪气田研磨性硬地层水平井悬空侧钻技术应用实践

在水平井储层地质导向钻进中,地层发生突变导致钻头偏出产层的情况时有发生,运用悬空侧钻的方法在储层内侧钻,选择更加有利的井斜角继续在储层内钻进,是一种高效、经济的施工方法。磨017-H8井及磨030-H5井在水平段正常地质导向钻进时,由于地层突然变化导致井眼轨迹偏离储层,然后在储层的上部紧邻井段,采用悬空侧钻技术成功地回到储层,提高了储量钻遇率,为实现预计气产量提供了保障。文中介绍了磨017-H8井产层段基本情况、侧钻缘由及悬空侧钻的技术原理、侧钻点的选择依据、钻具组合、主要技术措施、施工简况及效果,得出了一些认识和建议。

VorteX技术在研磨性硬地层水平井中的应用实践

由高性能马达和旋转导向系统组成的VorteX系统,在对付水平井长段研磨性硬地层钻进或大位移井钻机能力不足的钻探中优势明显。具有大幅度提高机械钻速,改善井下钻头、钻柱和仪器的工作状况,延长钻头、仪器的使用寿命;解决钻机转动能力不足的问题;特别是缓解了套管磨损及裸眼井段中磨损钻杆和仪器问题。在广安和磨溪两口井的使用中,机械钻速提高40%～300%,钻杆和仪器完好无损。文中介绍了斯伦贝谢VorteX系统的组成,技术原理和优势。详细介绍了VorteX技术在广安002-X3-H2和磨溪017-H8井的应用情况,比较全面地阐述了两口井使用的井段、井斜范围、层位、岩性、钻具组合、钻井参数、钻井液性能、钻井简况,对比分析了应用效果,提出了使用中需要改进的技术问题,得出了一些积极的认识。

通用地层研磨性预测模型的建立及应用

以破碎单位体积岩石PDC微钻头的磨损量作为岩石研磨性指标,以南海西部7个油田的岩心作为实验样本,测定了石油钻井中常见沉积岩的研磨性。根据实验结果确定了岩石研磨性与岩石硬度、内摩擦角存在幂函数关系,建立了通用地层研磨性预测模型,并借鉴现场经验及前人分级方案提出了钻井工程岩石研磨性分级参考标准。利用本文提出的通用模型建立了南海西部油田某井地层研磨性剖面,并根据此剖面重新评估了地层研磨性对PDC钻头的磨损,进而对钻头进行了优化设计。应用效果表明,优化后的钻头在邻井相同地层中机械钻速提高了57.27%,同时钻头磨损程度降低,地层研磨性剖面对钻头优化有指导作用。

适合强研磨性硬地层的新型混合钻头设计及现场应用

为提高金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)钻头在强研磨性硬地层中的破岩效率和使用寿命,设计2只由PDC切削齿和金刚石孕镶块组合作为切削单元的PDC–金刚石孕镶块新型混合钻头,并在冀中某断层区块石英岩地层进行现场试验。试验结果表明:与同井段使用过的牙轮钻头的平均值相比,1#PDC–金刚石孕镶块混合钻头的平均机械钻速提高52.30%,平均钻头进尺提高97.30%;与牙轮钻头的平均值和M1375D PDC钻头相比,2#PDC–金刚石孕镶块混合钻头的平均机械钻速分别提高30.85%和32.30%,平均钻头进尺分别提高70.50%和47.40%。PDC–金刚石孕镶块混合钻头极大地提高了强研磨性硬地层中的钻进效率,降低了钻井成本。

适合于研磨性硬地层的新型孕镶金刚石钻头优化设计试验研究

针对现有钻头在研磨性硬地层中普遍存在钻速低、寿命短的问题,研制了一种孕镶钻齿,通过室内试验优选胎体配方和金刚石参数,设计了一种新型孕镶金刚石钻头,并进行了现场应用。孕镶钻齿设计为圆柱形,以铸造碳化钨和碳化钨为胎体骨架材料,以浓度为25%、粒度为80目的天然金刚石颗粒为磨削元件,采用热压工艺烧结合成。新型孕镶金刚石钻头冠部形状设计为直线-圆弧-圆弧型双锥剖面,采用等间距高密度径向布齿,布齿间距为2 mm,采用横卧和竖立两种方式周向布齿。现场应用结果表明,新型孕镶金刚石钻头可提速79%左右,使用寿命是牙轮钻头寿命的2倍以上。

广州抽水蓄能电站弱研磨性坚硬地层的勘探方法

通过对广州抽水蓄能电站二期工程的勘探实践 。

针对坚硬致密弱研磨性岩层的金刚石钻头研究进展

针对金刚石钻头在坚硬致密弱研磨性地层钻进时易出现钻进打滑现象,我们分析了坚硬致密弱研磨性地层的岩性特点,阐述了钻头打滑的原因,从胎体配方研究、钻头结构研究、金刚石参数设计、制作工艺及设备研究4个方面介绍了近年来国内外科研人员所做的研究工作和科研成果,并对钻头的发展方向进行了总结和展望。

高研磨及硬地层开窗工艺探讨

在高研磨地层开窗铣锥磨损严重,可通过两种途径改善铣锥效果:一是减小合金颗粒粒度、增加颗粒密度增加铣锥寿命,二是提高磨削材料硬度和耐磨性以从根本上解决合金材料耐磨性差的问题;在硬地层开窗容易发生"无扭矩、轻磨损、无进尺"的情况,可通过提高铣锥磨削材料硬度、改进切削结构来改善磨铣效果。新型高效开窗铣锥采用高耐磨材料并优化生产工艺,大大提高了在高研磨地层及硬地层中的开窗效率。