脊形PDC齿的机械性能和破岩效果

以地层特性为依据有针对性地选择PDC异形齿,可以降低其失效的概率并提高其机械钻速和进尺。为了综合对比脊形PDC齿的机械性能和破岩效果,对165斧形、135斧形、三刃3种脊形PDC齿的耐磨性能和抗冲击性能进行测试,随后选择花岗岩进行3个吃入深度的单齿切削试验和不同压力下的全尺寸钻头模拟钻进试验,并与普通圆形齿的结果进行对比。结果表明:3种脊形PDC齿的耐磨性能均优于圆形齿的;165斧形齿与三刃齿的抗冲击性能优于圆形齿的,而135斧形齿的冲击点缺少材料支撑,其抗冲击性能较差。在相同吃入深度下,脊形齿的切向力与法向力均低于圆形齿的相应力,且脊角越小切削力越小。135斧形齿的机械钻速最快且适合高钻压;与165斧形齿比较,三刃齿在≤20.0 kN的低钻压下机械钻速较快,在>20.0 kN的高钻压下机械钻速较慢;圆形齿的机械钻速最慢,所适合的钻压也较低。同时,当脊形齿的脊角变化时,其冲击点的材料支撑也发生改变,进而影响其抗冲击性能;且脊角变化会改变前方岩石内部的应力集中,进而改变其破岩效果。

脊形切削齿提高钻井效率

本次优选特殊结构齿形,对PDC钻头脊形齿切削刃的结构形状进行了模拟分析研究,得到了脊形齿破岩的最利于钻进的角度。现场应用表明,此次论述的研究成果可以显著提高PDC钻头的寿命、总进尺和平均机械钻速,提高了钻井效率技术经济效益显著。

北部湾盆地脊形PDC切削齿钻头提速技术

北部湾盆地古近系涠洲组、流沙港地层岩性差异大,常规PDC钻头难以适应,导致整体机械钻速偏低。针对上述问题,用脊形PDC切削齿替换常规PDC切削齿,并对脊形PDC切削齿进行了物理性能分析,证明脊形PDC切削齿钻头攻击性良好、切削效率高;用钻头软件模拟评价钻头载荷和功率、机械钻速及扭矩。模拟评价及现场应用结果表明:脊形PDC切削齿钻头结合了尖圆齿应力集中的特性,破岩过程中切削齿和岩石的受力均发生变化,切削时接触面积小,更容易吃入地层,切削能耗低;脊形PDC切削齿钻头比相同设计的常规PDC钻头提速24. 8%～52. 0%,且出井钻头磨损少。研究结果可为北部湾盆差异性地层钻头优选及设计提供借鉴。

国际油气井钻头进展概述(四)——PDC钻头发展进程及当今态势(下)

近年来,非平面PDC切削齿,如浅凹面PDC齿、Stinger毒牙中心锥形齿、Stinger毒牙刀翼锥形齿、Axe Blade斧式脊形PDC齿和Stay Cool保持冷却PDC齿等制造的钻头,逐步在油气钻井中得到有效的应用。这些钻头能够以较高的钻进效率和工作寿命钻进某些硬岩和研磨性地层。为了满足水平钻井,特别在页岩气水平井中能够强力排除岩屑,并具有优良的钻井导向性能,国际著名公司推出了许多新型钻头,如ONXYⅡ矛式PDC钻头、Seeker导向PDC钻头、Counter Force反力PDC钻头、Speed快速PDC钻头等用于当代油气钻井,取得了良好的效果。文章还介绍了Defyer DPA套管钻头与Cutt Pro PDC防剪切保护帽。提出了以下建议:继续深入研究PDC钻头,以提高其性能,更好地满足油气钻井的要求;组合化钻头是油气钻头发展的重要趋势;比金刚石性能更好的钻头切削材料有可能今后发现或合成,可用于制作更佳钻井钻头;我国钻头企业需重组和发展状大;各种钻头技术创新应该加强。