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。

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%。

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。