pdc鉆頭設(shè)計(jì)與優(yōu)選技術(shù)-全文預(yù)覽
【正文】 括雀馬 、 輪南 、 東河 、 紅旗 、 英買力 、 羊塔克等多個(gè)構(gòu)造 ， 不同構(gòu)造間地層可鉆性差異大 ， 鉆頭選擇借鑒性不強(qiáng) 。 鉆頭尺寸 標(biāo)準(zhǔn)保徑長(zhǎng)度 短保徑長(zhǎng)度 12 1/4” ” ” 8 1/2” 2” ” 三、 PDC鉆頭綜合選型技術(shù) 四、各區(qū)塊鉆頭設(shè)計(jì)、選型關(guān)鍵 ● 庫車地區(qū) (一 )、鉆頭選型難點(diǎn) 巖性變化快、軟硬交錯(cuò)頻繁，大段的均質(zhì)巖性基本不存在，現(xiàn)有鉆頭無法適應(yīng)，鉆頭選型準(zhǔn)確程度不高； 大部分井段巖性抗壓強(qiáng)度屬中到硬，切削齒吃入困難； 不同構(gòu)造間地層可鉆性差異大，鉆頭選型借鑒性不強(qiáng)； 普遍存在高壓氣層、復(fù)合鹽層、煤系地層等復(fù)雜地層，鉆井液密度高，易產(chǎn)生巖屑“壓持效應(yīng)”，造成重復(fù)切削； 地層各向異性，傾角大，防斜與提速存在予盾，限制了鉆頭功效的發(fā)揮； ● 庫車地區(qū) (二 )、鉆頭設(shè)計(jì)與選型 (1)、 針對(duì) 12 188。 、 35176。 、 25176。 中等硬度 8,00016,000 17176。 采用新型切削齒后 ， 根據(jù)地層硬度適時(shí)調(diào)整切削齒負(fù)前角 ， 使鉆頭能獲得較高的機(jī)械鉆速和壽命 。 三、 PDC鉆頭綜合選型技術(shù) ● 布齒密度確定原則 根據(jù)巖石抗壓強(qiáng)度 ， 確定合理的 PDC布齒密度 巖石硬度 抗壓強(qiáng)度 (psi) 布齒密度 很低硬度 0 ~ 8,000 低布齒密度 中等硬度 8,000 ~16,000 中等布齒密度 高硬度 16,000 ~32,000 高布齒密度 極高硬度 32,000 ~50,000 高布齒密度 (超強(qiáng)齒 ) 三、 PDC鉆頭綜合選型技術(shù) ● 切削齒尺寸的選擇 根據(jù)巖石抗壓強(qiáng)度 ， 選擇合理的切削齒尺寸 巖石硬度 抗壓強(qiáng)度 (psi) 切削齒尺寸 很低硬度 0 ~ 8,000 19— 24mm 中等硬度 8,000 ~16,000 16— 19mm 高硬度 16,000 ~32,000 13— 16mm 極高硬度 32,000 ~50,000 8— 13mm(超強(qiáng)齒 ) 三、 PDC鉆頭綜合選型技術(shù) ● 切削齒負(fù)前角的確定 普通 PDC齒為了保證一定壽命 ， 負(fù)前角一般為 20176。目前采用這種計(jì)算分析數(shù)據(jù)和積累經(jīng)驗(yàn)二者相結(jié)合的方式被塔里木油田廣泛采用，鉆頭選型的準(zhǔn)確性有了大幅的提高。 二、鉆頭優(yōu)化設(shè)計(jì) 三、 PDC鉆頭綜合選型技術(shù) 利用鄰井相關(guān)井段的聲波時(shí)差 、 伽瑪時(shí)差 、 密度及孔隙度測(cè)井?dāng)?shù)據(jù) ， 計(jì)算出代表巖石硬度的抗壓強(qiáng)度和代表巖石研磨性的內(nèi)摩擦角數(shù)據(jù) ， 形成相關(guān)的曲線 ， 再利用大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)形成的金剛石鉆頭選型依據(jù) ，初步判斷每一井段鉆頭選型的可行性 ， 進(jìn)而形成全井段鉆頭的選型方案 。 二、鉆頭優(yōu)化設(shè)計(jì) 高密度 鉆井液 體系下采用負(fù)壓噴嘴技術(shù) 常規(guī)噴嘴在井底產(chǎn)生的是正壓力場(chǎng) ， 在高密度鉆井液體系下它對(duì)井底鉆屑有較強(qiáng)的壓持作用 ， 不利于有效快速清洗鉆屑 。使帶負(fù)電荷的泥巖鉆屑與帶負(fù)電荷的鉆頭體之間產(chǎn)生相互排斥作用，從而達(dá)到防泥包目的。 二、鉆頭優(yōu)化設(shè)計(jì) 針對(duì)長(zhǎng)裸眼段 、 鹽膏層等復(fù)雜地層 特點(diǎn) ， 采用 倒劃眼齒 優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù) 。 ， 鉆頭吃入地層能力差 ， 攻擊性不強(qiáng) 。隨著鉆頭的不斷旋轉(zhuǎn)，尖齒在巖石中切出一條條 軌道形“卸荷”槽，緊隨其后的 圓形切削齒則以剪切方式切削 強(qiáng)度已大大減弱的大塊巖石， 達(dá)到快速鉆進(jìn)的目的。 采用螺旋保徑可降低鉆頭有效規(guī)徑的長(zhǎng)度 ， 增大保徑面積 ， 改善 PDC鉆頭對(duì)井眼軌跡的控制能力 。 二、鉆頭優(yōu)化設(shè)計(jì) 針對(duì)地層軟硬交錯(cuò) 、 切削齒吃入地層不均等引起的鉆頭蹩 、 跳現(xiàn)象 ， 采用多種抗回旋設(shè)計(jì)技術(shù) 。 二、鉆頭優(yōu)化設(shè)計(jì) ? 針對(duì)上部軟 中硬地層特點(diǎn) ， 采用鋼體式 、 大螺旋刀翼 、 大排屑流道設(shè)計(jì) 。 環(huán)槽型的鑲嵌方式增加了復(fù)合片的抗沖擊性 ， 切削齒的金剛石層厚度 ， 比普通切削齒的金剛石含量增加 1倍 。 刀翼及水道的三維設(shè)計(jì) 為使巖粉盡快排離井底，避免出現(xiàn)二次破碎現(xiàn)象，防止鉆頭泥包，在鉆頭強(qiáng)度允許的前提下，最大限度的增加過流空間。 局部強(qiáng)化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 ? ① 鉆頭易損壞部位局部強(qiáng)化設(shè)計(jì)； ? ②適當(dāng)強(qiáng)化保徑部位的布齒密度； ? ③內(nèi)錐部位的布齒以等切削體積原則設(shè)計(jì)； ? ④鉆頭的冠部形狀、刀翼數(shù)量根據(jù)地層條件確定； ? ⑤鉆頭切削齒的空間結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)地層條件參考優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果確定。對(duì)于刮刀式鉆頭結(jié)構(gòu)，實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明刮刀式 PDC鉆頭的宏觀結(jié)構(gòu)是理想的 PDC鉆頭結(jié)構(gòu)形式，鉆頭的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)以這種結(jié)構(gòu)形式為基礎(chǔ)。 問題的提出 ? 現(xiàn)有的 PDC鉆頭，雖然在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)引入新的設(shè)計(jì)理論，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，在正常磨損的情況下遠(yuǎn)沒有達(dá)到等磨損的程度，在鼻部至側(cè)部存在明顯的偏磨現(xiàn)象，如圖所式： 圖 7 鉆頭容易破壞的部位 圖 8 鉆頭嚴(yán)重磨損部位 嚴(yán)重磨損部位 根據(jù)鉆頭受力差異在不同部位使用不同性能的齒 鉆頭齒受力的有限元分析 原因分析 ① 由于對(duì)于切削齒與地層相互作用的規(guī)律認(rèn)識(shí)不夠，等功率與等磨損原則沒有真正的由于實(shí)際鉆頭設(shè)計(jì)，而依據(jù)傳統(tǒng)的等切削體積準(zhǔn)則進(jìn)行的設(shè)計(jì)存在明顯的誤差。 圖 2 鉆頭切削的井底 A— 常規(guī) B— 渦動(dòng) 圖 3 平衡力設(shè)計(jì)示意 改變切削齒的角度及位置 不對(duì)稱刀翼設(shè)計(jì) 圖 4 軌道布齒示意圖 同軌道部齒 圖 5 軌道布齒切削的井底 ? 圖 5 低摩擦保徑 2）減振齒設(shè)計(jì) ? 鉆頭受鉆柱運(yùn)動(dòng)的影響以及與地層的相互作用，縱向振動(dòng)不可避免。 ? ③傳統(tǒng)的 PDC鉆頭設(shè)計(jì)理論用于 “ 滿天星 ” 式 PDC鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精度較高，但刮刀式 PDC鉆頭的結(jié)構(gòu)與 “ 滿天星 ” 式 PDC鉆頭結(jié)構(gòu)形式差別巨大，其設(shè)計(jì)理論在傳統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上發(fā)展完善。原因在以下幾個(gè)方面： ? ① 等切削體積布齒原則可以用于 PDC鉆頭的實(shí)際設(shè)計(jì)。 Aj—— 巖石的單位體積破碎功。 ? 等切削體積原則： ? 即以每個(gè)切削齒的切削體積相等為原則。PDC鉆頭優(yōu)化設(shè)計(jì)與選型技術(shù) 塔里木油田分公司勘探事業(yè)部 二 00四年三月九日 塔里木油田分公司 2022年度勘探鉆井技術(shù)座談會(huì) PDC鉆頭優(yōu)化設(shè)計(jì)與選型技術(shù) 中國(guó)石油大學(xué)（北京） 二 00五年三月九日 ? 一 、 PDC鉆頭使用現(xiàn)狀 二 、 鉆頭優(yōu)化設(shè)計(jì) 三 、 綜合選型技術(shù) 四 、 各區(qū)塊鉆頭設(shè)計(jì)與選型 五 、 應(yīng)用效果 PDC鉆頭優(yōu)化設(shè)計(jì)與選型技術(shù) 塔里木油田油藏埋普遍埋藏較深 ， 深度 4000— 6000米不等 ， 地質(zhì)情況復(fù)雜 ， 地層可鉆性差 ， 鉆井周期長(zhǎng) 、 成本高 。 一、 PDC鉆頭使用現(xiàn)狀 一） PDC鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本參數(shù) 鉆頭結(jié)構(gòu)
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