煤矿井下水力反循环连续取芯用PDC钻头设计与应用

为提高煤矿井下水力反循环连续取芯钻进施工效率,结合其取芯原理,采用流体力学原理对钻头水路进行设计,使反循环过程中岩心顺利运移,同时保证孔底岩粉顺利排出。通过流场分析,验证了钻头水力参数的合理性;对卡断器与岩心相互作用进行力学分析,优选了卡断器结构参数,保证岩心顺利卡断;采用刀翼式圆弧形钻头切削结构,提高钻头切削效率。现场试验表明,该取芯钻头能够满足岩心运移要求,综合岩心采取率达到78%,岩层段钻进效率可达7.5~9 m/h,煤层段钻进效率达到9~18 m/h,满足了水力反循环连续取芯高钻进效率、钻进中连续取芯、纯钻时间长、“实时”取样等要求。本研究拓宽了水力反循环连续取芯工艺的应用范围,为煤矿井下相关取芯钻孔施工提供了钻头方案。

PDC钻井取心卡层方法探讨

针对PDC钻井取心卡层的难点,该文建议采用钻时横向比例放大、微钻时等方法,这些方法都是多年现场录井经验的总结和提升,他们是借助综合录井仪来实施的。文章结合实例,对上述方法的特点及应用效果进行了介绍,以数据对比的方式阐明了PDC钻头的特点及应用的趋势。

抽吸式微取心PDC钻头的研究与应用

常规PDC钻头切削产生的粉状或片状岩屑颗粒不便于地质录井,对此提出了一种新型抽吸式微取心PDC钻头。该抽吸式微取心PDC钻头取消了常规PDC钻头心部的主切削齿,设置特殊的水力结构,使钻头心部在钻进过程中形成一定直径的竖直岩心并适时折断,通过负压抽吸作用将断的微岩心从钻头体内部流道带离井底。结合破岩仿真与液固两相流理论,研究了在岩心、岩屑与钻井液混合流动的流场中,射流喷嘴直径的大小对取心通道中抽吸效果的影响规律。数值模拟结果表明,对于拟定条件下钻头直径为215.9 mm的微取心PDC钻头,当射流喷嘴直径为8 mm时,从排心孔排出的岩心、岩屑和钻井液的质量较高,其负压腔的抽吸效果较好。室内及现场试验表明:采集的岩心以柱状为主,岩心完整性和采集率高;在磨溪111井位嘉陵江组二段3亚段至长兴组上部地层,获总进尺805.65 m,平均机械钻速为4.57 m/h,最高机械钻速可达7.4 m/h;该钻头在嘉陵江组二段3亚段至飞仙关组一段(总进尺742 m)的机械钻速比该区块同层位的其他常规PDC钻头高出了50%以上。

PDC取心钻头设计支持系统的设计与开发

为了提高地质勘探钻头的设计水平,缩短其设计与研发周期,以Pro/Engineer软件为开发平台,结合Pro/Toolkit和VC++开发工具,设计开发了一个集参数化三维及二维绘图、有关设计计算和分析等设计功能为一体的PDC取心钻头设计支持系统。在系统完全实现后,将能使钻头生产实现产品设计现代化,从而提升产品设计的技术水平和提高产品设计及研发效率。

PDC无心钻头结构参数与钻进速度的关系

研究ＰＤＣ无心钻头切削齿横向前角、覆盖系数和钻头冠部结构参数与钻进速度的关系，得出横向前角随切削齿所在半径变化的规律为＝－２．３６８２＋０．３９６３ｒ，确定了最优横向前角和覆差系数以及优化冠部结构的参数组合。１７只３种ＰＤＣ无心钻头在现场软－中硬岩层中钻进时，钻头的平均寿命大于４４７．８ｍ，平均钻进速度为３．６９ｍ／ｈ，分别比本次研究前同类钻头提高８０％和８４．５％。

PDC肋骨钻头单动双管钻探工艺在铝土矿地层的应用

结合铝土矿地层特点,分析探讨铝土矿地层钻探工艺,通过常规绳索取心钻探、普通双管钻探与PDC肋骨钻头单动双管钻探工艺理论探讨及现场试验对比,得出了在铝土矿地层钻进采用常规钻探方法常产生卡钻事故、钻探效率低的原因,同时验证了采用PDC肋骨钻头单动双管钻探能较好地解决粘附孔壁而卡钻的问题并提高了钻探效率。

页岩气基础地质调查钻井技术研究进展及展望

【研究目的】近年来,中国地质调查局部署实施了173口页岩气勘查井,完成31万余米进尺,重点开展长江经济带页岩气调查科技攻坚战,取得了震旦系、寒武系和志留系页岩气调查的重大突破和二叠系页岩气调查重要发现,开辟了页岩气勘查的新区、新层系、新类型和新认识。基础地质调查井作为油气发现的重要手段,可实现全井段取心,具有成本低、周期短等特点,一般部署在邻井资料缺乏的勘探空白区。【研究方法】为了给页岩气调查提供钻井工程方面的技术支持,本文梳理了十年来中国地质调查局部署实施的钻井工程,对取得的一系列钻井技术进行了分类和归纳整理。【研究结果】总结了一整套在地质钻探装备与技术基础上创新发展的高效页岩气钻井装备与技术体系:(1)形成了页岩气地质调查井地面装备,包括适应于页岩气井井控安全的改进型立轴钻机、符合绿色勘探要求的钻井液固控循环系统等;(2)高效取心工具及钻进工艺,重点介绍了大直径绳索取心钻具、KT系列取心钻具等取心钻具,倒塔式钻具组合工艺、空气跟管技术等钻进工艺等;(3)阐述了高效取心钻头研究进展,包括异形齿PDC钻头、孕镶块钻头、孕镶金刚石钻头等3类钻头及其应用效果;(4)简要论述了安全钻井技术及复杂处理进展,介绍了页岩气勘探钻井液技术、控压钻进技术以及失返、卡钻等钻井复杂处理。此外,围绕新区新层系页岩气勘探特点,给出下一步开展页岩气钻井技术研究的方向。【结论】通过综述上述研究进展,可为页岩气勘探钻井工程设计和施工提供有益参考。

月面深部钻进钻头及钻进规程的优选研究

我国“嫦娥”工程第三期已经实现对月球的探测及取样。针对进一步月球深部的可行性探索,本文基于月面深部钻进钻头及钻进规程的优选问题,设计正交试验。分析钻头类型和钻进规程参数对钻进效率和功耗的影响。试验结果表明,PDC钻头以高达3.98 mm/s的钻速及中等的钻进功耗远优于其他类型的钻头。从试验因素的影响程度、取心效果和排屑能力的角度研究钻进规程引起的钻进效率和功耗的变化,结合理论模型得出转速、钻压和泵量与钻速和功率之间的关系。针对试验结果初步优选出最佳钻头类型和钻进规程组合,为后续钻进试验提供技术支撑。

准噶尔盆地砂岩铀矿绳索取心钻探适用性研究

20世纪90年代核工业二一六大队开始在新疆准噶尔盆地砂岩型铀矿地层开展钻探施工,一直延用普通单管取心钻进工艺,人工劳动强度高,随着钻孔深度的逐年增加,传统钻进工艺的辅助时间也大幅增加,施工周期变长,钻探生产成本随之上涨。为提高地浸砂岩铀矿钻进效率,减少600 m以深钻孔的提下钻辅助时间占比,大队在新疆准噶尔盆地东部、南缘、西部等地区砂岩型铀矿中进行了绳索取心钻探的试验,通过试验确定适宜的钻具组合和钻进参数,配备的高速离心机等固控设备使冲洗液含砂量降至2%左右,试验了液动冲击器和不同类型的PDC钻头,总结了绳索取心钻进工艺在沉积岩地层中应用的施工经验。

陕西榆林地区煤田钻探技术研究与应用

陕西榆林地区煤田钻探通常使用单管钻进,钻进效率低、技术落后。针对这一现状,使用金刚石复合片钻头绳索取心技术,配合国产微电脑控制全液压钻机,取得了良好的效果。文章主要从冲洗液配方和钻进参数设计、ZK2508现场施工过程中出现问题及处理、经验分析总结等方面进行阐述,并讨论国产全液压钻机在金刚石小口径钻进的优势与不足,以期为以后的煤田钻探提供借鉴。

多种钻探工艺技术在白涧铁矿区的应用实践

白涧铁矿区地层复杂多变,褶皱、断裂极为发育,使得钻探施工难度大。根据其地层条件,采用了多种钻探工艺技术,包括弹子式单管钻进、PDC绳索取心钻进、跟管钻进、金刚石绳索取心钻进。根据地层条件不同,采取了不同的冲洗液配制方案,在施工过程中灵活配合使用,取得良好的效果,顺利完成了预期任务。取得了明显的经济效益并积累了经验。

沧州盐矿古近系塑脆性地层取心钻头选型研究

沧州盐矿普查项目完成了3眼勘探孔,钻探深度3000~3451 m,取心总长度3791 m,取心层段主要为古近系塑脆性岩石。根据钻进特性,针对工区弹塑性层段和脆性层段提出了钻头选型原则。结合施工实践,经过多次试验、改进,在累计使用的硬质合金、复合片、巴拉斯3类15种钻头中,通过典型钻头结构型式、碎岩机理以及使用效果进行综合分析,优选出H-4-Ⅱ、F-3、F-6型3种钻头,在古近系地层取心钻进中效率高、取心质量好,适合工区地质条件,建议推广应用。

绳索取心复合片钻头制造及应用

本实验优化了绳索取心复合片钻头制造技术,将中频感应钎焊技术应用于复合片钻头的焊接工艺中,通过特制夹具实现了复合片整体同步焊接,提高了生产效率,增强了复合片整体稳定性。试验表明:同高频感应钎焊相比,采用中频感应钎焊,焊接效率高,加热速度快,焊接面受热均匀,复合片整体性好,试验样品φ75/49 mm绳索取心复合片钻头用于河北某钻探现场,钻进过程未发生复合片脱落,与同等规格孕镶金刚石钻头相比,绳索取心复合片钻头的钻进效率提高150%~170%,使用寿命提高230%~260%,每米进尺综合成本降低58%。

岩心资料分析在鄯勒区块西山窑提高钻井速度的应用研究

吐哈油田鄯勒区块西山窑地层具有高硬度、研磨性强、机械钻速低、钻头单只进尺少等特点。简述了国内外岩心分析技术的应用情况,通过实验获取岩心资料。从吐哈油田鄯勒区块西山窑油井岩心资料研究入手,通过对岩心资料的分析以及对破碎方式的研究,设计出在吐哈油田鄯勒区块西山窑提高钻进速度的方案。

Φ127 mm涡轮钻具在干热岩钻井取心钻进中的试验研究

干热岩地层以火成岩为主,地层温度高,可钻性差。为解决干热岩钻探机械钻速低、钻具磨损严重等问题,针对干热岩特点研制了一套耐高温Φ127 mm涡轮钻具,并在福建省漳州市干热I井进行了试验,试验井段平均机械钻速与Φ165 mm螺杆配合金刚石钻头相比提高了30.3%,与转盘配合牙轮钻头相比提高98.5%。试验结果表明,该Φ127 mm涡轮钻具结构设计合理,能够满足干热岩高温钻探的需要。

煤层取心钻进用钻头的优选与实践应用

设计和加工3种类型的煤层取心用钻头,并将设计的取心钻头在山西潞安集团左权阜生煤业进行了实践应用。现场应用效果表明:当钻进遇煤层夹矸时,选用先导式PDC钻头,能可明显提高钻进效率,并保证煤层取心质量;煤层中取心钻进时,选用平底型硬质合金钻头,采用干钻取心钻进,可以提高煤心采取率和煤心质量。其中选择压力为7～10 kN、转速为80 r/min以内、冲洗液量为80 L/min以内的钻进工艺参数。

CS系列绳索取芯钻具在地浸型砂砾岩地层钻探中的应用

绳索取芯钻探技术已经比较成熟,但在地浸型砂砾岩地层钻探施工中仍然会遇到比较多的技术难题,主要由于地层条件比较复杂,常规的绳索钻具和施工工艺很难满足要求。通过对普钻单管取芯工艺和常规的绳索钻具取芯工艺特点进行研究,结合地质条件,优化钻孔级配、改善钻具结构、调整内外环空间隙、钻头水路结构等,对绳索取芯钻具、钻杆进行了创新设计,系统性优化了施工工艺方案,并通过实钻验证,成功地解决了绳索取芯钻具在地浸型砂砾岩地层钻探的难题。