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裸眼冲探PDC钻头设计与钻进仿真研究
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作者 徐小峰 吴艳 +2 位作者 宋巍 况雨春 廖利梅 《石油机械》 北大核心 2025年第5期56-62,共7页
冲探钻头是老井重入作业中疏通井眼的关键钻具。为解决老井裸眼冲探过程频繁侧钻出新井眼以至井眼丢失等问题,研制了一种裸眼冲探PDC钻头。该钻头采用凸内锥形冠形、四刀翼双排混合布齿与深流道设计,基于PDC钻头布齿结构力平衡优化模型... 冲探钻头是老井重入作业中疏通井眼的关键钻具。为解决老井裸眼冲探过程频繁侧钻出新井眼以至井眼丢失等问题,研制了一种裸眼冲探PDC钻头。该钻头采用凸内锥形冠形、四刀翼双排混合布齿与深流道设计,基于PDC钻头布齿结构力平衡优化模型分析了钻头钻进过程中受到的力和扭矩,并对设计的冲探PDC钻头进行了不平衡力分析,建立了钻柱-钻头-岩石全耦合动力学模型,对冲探钻头与传统钻头的钻进轨迹进行了仿真与对比。研究结果表明:裸眼冲探PDC钻头受到的不平衡力占比在6.29%以内,钻头的稳定性能未因凸内锥冠形而削弱。在有、无弯角螺杆的2种情况下,冲探PDC钻头的导向性能均优于传统钻头,找眼能力强,工作安全可靠,满足老井重入作业需求。研究结果可为储气库老井重入作业提供一种可行的钻头设计思路。 展开更多
关键词 裸眼冲探 pdc钻头 老井重入 导向钻具 钻进轨迹 钻头设计
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基于岩石塑脆性临界破碎理论的高效破岩PDC钻头研制与应用
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作者 祝效华 胡海 +4 位作者 刘伟吉 冯少波 何灵 田万顷 梁红军 《天然气工业》 北大核心 2025年第5期102-112,共11页
塔里木盆地作为中国最大的含油气盆地,油气资源丰富,勘探开发潜力巨大。然而,塔里木盆地寒武系发育巨厚白云岩,其岩石强度大、可钻性极差,导致传统PDC(Polycrystalline Diamond Compact)钻头在白云岩地层中的机械钻速低、单只钻头进尺... 塔里木盆地作为中国最大的含油气盆地,油气资源丰富,勘探开发潜力巨大。然而,塔里木盆地寒武系发育巨厚白云岩,其岩石强度大、可钻性极差,导致传统PDC(Polycrystalline Diamond Compact)钻头在白云岩地层中的机械钻速低、单只钻头进尺少。为此,针对塔里木盆地寒武系白云岩地层进行了包括内部结构、力学特性、研磨性与可钻性的综合研究和分析,然后结合已有的白云岩地层钻头结构,优选了主切削齿类型、冠部曲线及刀翼参数,在岩石塑—脆性临界破碎理论的指导下,优化了布齿参数、水力结构,最终形成了适用于寒武系白云岩地层的新型高效PDC钻头并开展了现场试验。研究结果表明:①白云岩地层非均质性强、结构致密、强度大,单轴压缩强度达221.51 MPa,具有中等研磨性并且在高围压条件下的可钻性极差;②PDC钻头采用“浅锥型冠部+长保径段”结构,能够有效降低扭矩波动,进而提升钻头在白云岩地层中的钻进稳定性;③基于塑—脆性临界破碎理论设计的高效破岩PDC钻头在寒武系白云岩层段的提速效果显著,总进尺为603 m,机械钻速为2.87 m/h。结论认为,设计的DS675H钻头经现场应用打破了目前塔里木盆地白云岩地层单只钻头进尺最长和机械钻速最快纪录,为后续寒武系及其以下地层高效钻井提供了技术储备,为深部难钻地层钻井提速提效提供了技术支撑。 展开更多
关键词 塔里木盆地 寒武系 白云岩 pdc钻头 异形齿 塑—脆性 高效破岩 钻井提速
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深水浅层内外排屑双级喷射PDC钻头二开钻进井底流场特性
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作者 陈绪跃 金铭 +4 位作者 杨进 高德利 邹蚁麒 杨奇奇 武昌圻 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期2848-2858,共11页
为提高深水浅层二开钻进机械钻速与钻头进尺,提出了一种深水浅层内外排屑双级喷射PDC钻头。基于计算流体力学方法,建立了内外排屑双级喷射PDC钻头二开钻进井底流场的数值仿真模型;采用标准k-ε双方程模型分析其流场特性,探究双级射流结... 为提高深水浅层二开钻进机械钻速与钻头进尺,提出了一种深水浅层内外排屑双级喷射PDC钻头。基于计算流体力学方法,建立了内外排屑双级喷射PDC钻头二开钻进井底流场的数值仿真模型;采用标准k-ε双方程模型分析其流场特性,探究双级射流结构对二开井底流场特性的影响规律;分析内外排屑通道分隔壁直径、二级喷嘴位置和分隔壁高度等关键参数对岩屑运移轨迹和水力屏蔽现象的影响机制。研究结果表明:双级射流结构对岩屑的运移影响显著,岩屑颗粒以螺旋运动方式上返;内外分隔壁设计有助于抑制水力屏蔽现象,内外排屑通道内部均有旋流出现;随着分隔壁直径增加,通过内排屑通道的颗粒增多;考虑岩屑运移效果,分隔壁直径越大,越有利于携岩;二级喷嘴位置影响岩屑运动轨迹的螺旋方向,当二级喷射结构位于排屑通道中部时,岩屑运移呈直线运动,但岩屑易在刀翼前后堆积;当分隔壁高度超过顶部一级喷嘴位置时,有利于减小水力能量损失,使更多的岩屑颗粒进入内部排屑通道,便于岩屑上返。 展开更多
关键词 深水浅层 双级喷射钻井 内外排屑双级喷射pdc钻头 井底流场特性
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新型PDC钻头切削齿破岩仿真实验研究
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作者 罗晨旭 高君毫 +3 位作者 曾嘉玮 王登科 卢多 陈聪 《煤炭工程》 北大核心 2025年第4期218-224,共7页
为探究PDC钻头切削岩层仿真过程中不同工作参数对破岩率的影响,基于EDEM软件建立了新型PDC钻头的单个切削齿的离散元仿真,模拟了单个切削齿切削岩壁的动态过程,分析了切削齿分别在不同自身角度、切入岩壁夹角、钻头转速、牵引速度等关... 为探究PDC钻头切削岩层仿真过程中不同工作参数对破岩率的影响,基于EDEM软件建立了新型PDC钻头的单个切削齿的离散元仿真,模拟了单个切削齿切削岩壁的动态过程,分析了切削齿分别在不同自身角度、切入岩壁夹角、钻头转速、牵引速度等关键因素下的破岩状况,通过粘结键的破坏数量得到各因素下的破岩率。结果表明:切削齿自身角度和牵引速度是影响破岩率的主要因素,切入岩壁夹角和钻头转速是影响破岩率的次要因素。当切削齿自身角度为70°、切入岩壁夹角为30°、钻头转速为31.4 rad/s、牵引速度为0.25 m/s时破岩率最高。在相同条件下,圆柱形切削齿破岩率为57.66%,圆台形切削齿破岩率为56.36%,但圆台形切削齿的磨损量比圆柱形切削齿降低29.72%,有效地提高了刀具的使用寿命,具有更好的破岩性能。研究结果可为EDEM模拟切削齿破岩过程中PDC钻头切削齿的设计及施工参数的选择提供参考依据。 展开更多
关键词 pdc钻头 EDEM 单齿切削 破岩过程 破岩率
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复合冲击载荷抑制PDC钻头破岩粘滑振动的试验研究
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作者 张恒 袁光杰 +3 位作者 倪红坚 杨恒林 付利 王元 《石油钻探技术》 北大核心 2025年第2期69-75,共7页
深井超深井钻井过程中,PDC钻头的粘滑振动是导致钻头非正常磨损的主要原因之一。为探索复合冲击载荷对PDC钻头粘滑振动的影响机制,利用冲击破岩试验装置研究了PDC钻头破岩过程中粘滑振动的发展规律;在此基础上,通过引入复合冲击载荷,分... 深井超深井钻井过程中,PDC钻头的粘滑振动是导致钻头非正常磨损的主要原因之一。为探索复合冲击载荷对PDC钻头粘滑振动的影响机制,利用冲击破岩试验装置研究了PDC钻头破岩过程中粘滑振动的发展规律;在此基础上,通过引入复合冲击载荷,分析了轴扭复合冲击载荷对PDC钻头破岩过程中粘滑振动的影响规律。研究发现:固定驱动转速条件下,随着送钻速度增快,PDC钻头的粘滑振动会明显增强;当平均钻压为20.12 kN时,粘滑比为1.31,钻头出现了间断停滞现象;粘滑振动的主频为冲击破岩试验装置扭转加载模块的一阶固有频率,复合冲击可以明显降低PDC钻头的粘滑现象,表现为主频处对应的转速显著降低;在试验参数范围内,频率50和100 Hz的复合冲击对粘滑振动的抑制效果最为明显。研究结果可为抑制PDC钻头破岩粘滑振动和研制复合冲击破岩工具提供指导。 展开更多
关键词 复合冲击钻井 pdc钻头 粘滑振动 钻井提速 破岩试验
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围压条件下PDC异形齿切削硅质白云岩研究
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作者 田万顷 刘伟吉 +3 位作者 秦德宏 刘成龙 王海涛 胡海 《石油机械》 北大核心 2025年第6期84-90,共7页
白云岩地层是未来油气勘探的重要领域。然而,由于井下的高围压环境及白云岩的难钻特性,传统的平面齿PDC钻头在钻进白云岩地层时易发生崩齿和掉齿等问题,难以满足高效钻进的需求。为了给在围压条件下能高效钻进白云岩地层的PDC钻头的布... 白云岩地层是未来油气勘探的重要领域。然而,由于井下的高围压环境及白云岩的难钻特性,传统的平面齿PDC钻头在钻进白云岩地层时易发生崩齿和掉齿等问题,难以满足高效钻进的需求。为了给在围压条件下能高效钻进白云岩地层的PDC钻头的布齿设计提供新思路,基于自主研制的真三轴PDC单齿切削破岩装置,以塔里木盆地采集的硅质白云岩为试验对象,选取4种PDC齿开展围压条件下的室内切削试验,研究了单次切削后得到的岩屑的质量分数、表面粗糙度、分形维数和切削力等指标,并比较了不同PDC齿的破岩比功。研究结果表明:斧形齿与多棱齿的切削力曲线较为平稳、波动小,并且切削力的峰值也更小;在切削深度为1.0 mm的情况下,综合岩屑粗糙度指数与岩屑分形维数来看,斧形齿造成大体积破碎的能力最强,且其破岩能力受围压的影响最小,多棱齿的破岩性能次之;锥形齿的破岩能力受围压的影响最大;当围压不小于15 MPa时,按破岩比功从大到小的齿形排序为:锥形齿、平面齿、多棱齿、斧形齿。研究结果能为兼备攻击性、抗冲击、抗研磨的适用于白云岩地层的PDC钻头布齿设计提供理论基础。 展开更多
关键词 pdc钻头 白云岩 异形齿 围压 切削力 破岩比功 分形维数 粗糙度指数
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新型取芯PDC钻头水力结构参数优化研究
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作者 张玉强 刘志和 +3 位作者 陈忠帅 蒋子璇 马梦男 张金亚 《石油机械》 北大核心 2025年第4期32-39,共8页
取芯PDC钻头在钻进页岩地层过程中容易出现吃入地层困难、岩屑清洁效果不佳,导致机械钻速下降、取芯时效性变差。为此,提出一种新型4刀翼取芯PDC钻头,基于有限元方法对其进行了研究。研究结果表明:相较于常规6刀翼钻头,新型4刀翼钻头具... 取芯PDC钻头在钻进页岩地层过程中容易出现吃入地层困难、岩屑清洁效果不佳,导致机械钻速下降、取芯时效性变差。为此,提出一种新型4刀翼取芯PDC钻头,基于有限元方法对其进行了研究。研究结果表明:相较于常规6刀翼钻头,新型4刀翼钻头具有更高的破岩钻进速度,更强的携屑性能;增大喷嘴角度可以有效降低钻头表面岩屑质量浓度,喷嘴角度为9°时携屑效果最佳;随喷嘴直径的增加,钻头表面平均岩屑质量浓度呈先增大后减小趋势,ø12 mm时携屑效果最佳;采用最优水力结构参数的取芯钻头在现场应用效果良好,平均取芯收获率提高了约10%,单井的最大平均机械钻速提高约80%。研究结果可为取芯PDC钻头的结构参数优化及现场应用提供参考。 展开更多
关键词 取芯pdc钻头 水力参数 数值模拟 CFD-DPM 岩屑质量浓度
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PDC钻头单齿复合冲击切削破碎花岗岩机理研究
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作者 刘玉明 李志彬 +5 位作者 刘禹铭 韩雪银 宋学锋 丁意达 王燕飞 刘伟吉 《钻采工艺》 北大核心 2025年第4期37-47,共11页
复合冲击破岩技术的研究目前多聚焦于不同钻井参数对破岩效率的影响,而对裂纹扩展及岩屑生成机制的理解仍显不足,限制了该技术的进一步发展。针对深部地层中复合冲击破岩机理尚不完善的现状,文章基于离散元方法建立了PDC钻头的单齿复合... 复合冲击破岩技术的研究目前多聚焦于不同钻井参数对破岩效率的影响,而对裂纹扩展及岩屑生成机制的理解仍显不足,限制了该技术的进一步发展。针对深部地层中复合冲击破岩机理尚不完善的现状,文章基于离散元方法建立了PDC钻头的单齿复合冲击破碎非均质花岗岩模型,分析了在破碎花岗岩过程中切削深度、冲击幅值、围压、冲击频率以及冲击角度对复合冲击破岩的影响。研究表明,在复合破岩过程中,岩石经历拉-剪复合破坏,且适宜在切削深度小于0.8mm时使用;轴向冲击频率、幅值大于扭转冲击时能取得较好的破岩效果。在本研究中,扭转与轴向冲击幅值比为0.1~0.3、扭转与轴向冲击频率比为1∶4时破岩效率最高,若综合破岩效率与钻齿寿命,建议采用2∶1的频率比。研究还发现随着冲击角度的增大,复合冲击钻井的能耗呈上升趋势,且在冲角为30°时,破岩效率最高。文章的研究结果为复合冲击钻具的设计和优化提供了重要的技术参考。 展开更多
关键词 pdc钻头 花岗岩 岩石切削 冲击破岩 离散元 PFC
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万米特深井Ф812.8 mm PDC钻头研制及现场应用 被引量:1
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作者 宋东东 罗鑫 贺明敏 《石油机械》 北大核心 2025年第2期31-36,共6页
四川盆地超深层油气的开发是钻探领域的重中之重。为满足超深井整个井身结构设计及钻进过程井筒稳定性的需要,针对四川盆地大尺寸井眼,以增强钻头稳定性、提高钻头破岩效率为目的,研制了Ф812.8 mm(32 in)PDC钻头,并在SDCK1井进行了现... 四川盆地超深层油气的开发是钻探领域的重中之重。为满足超深井整个井身结构设计及钻进过程井筒稳定性的需要,针对四川盆地大尺寸井眼,以增强钻头稳定性、提高钻头破岩效率为目的,研制了Ф812.8 mm(32 in)PDC钻头,并在SDCK1井进行了现场应用。该钻头采用10刀翼设计,冠部采用稳定性较好的长锥形轮廓,并采用大小水眼混布方式提高切屑齿的冷却及井筒清洁效果。建立了Ф812.8 mm PDC钻头井底流场仿真模型,通过水力优化进行喷嘴倾角设计。研究及现场应用结果表明:钻井液喷射倾角为16°时在井底所形成的压力梯度和矢量图所表现出的效果较好;与牙轮钻头相比,研制的PDC钻头单趟钻进尺提高150%,单趟纯钻时间延长25.8%,平均机械钻速提高89%,钻头稳定性好,破岩效率高。研究结果可为四川盆地大尺寸井眼钻头设计提供指导。 展开更多
关键词 超深井 大尺寸井眼 pdc钻头 井底流场 井身结构 机械钻速
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新型自振动PDC钻头研制与应用
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作者 姚建林 乔豁通 +2 位作者 刘科 黄伟 刘彬 《西南石油大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期165-176,共12页
造斜段和水平段钻进作业中存在托压严重、摩阻大和扭矩波动大等问题,无法有效施加破岩钻压,导致常规PDC钻头行程机械钻速低。采用水力振荡器、牙轮-PDC复合钻头等工具虽有一定提速效果,但因工具尺寸和安装位置受限、复合钻头井下安全等... 造斜段和水平段钻进作业中存在托压严重、摩阻大和扭矩波动大等问题,无法有效施加破岩钻压,导致常规PDC钻头行程机械钻速低。采用水力振荡器、牙轮-PDC复合钻头等工具虽有一定提速效果,但因工具尺寸和安装位置受限、复合钻头井下安全等原因,仍不能满足现场钻进需求。为此,基于水锤冲击原理,设计了紧凑型结构的自振动单元。优选振动频率、振动力等关键参数,通过理论计算结合CFD数值仿真技术,研制了Φ215.9 mm新型自振动PDC钻头,其可产生直接作用于岩石的低频轴向冲击力,在云安X1井现场应用表明,应用新型自振动PDC钻头后较同井段复合钻头大钩载荷突变频次和变化幅度明显降低,有效降低了钻柱与井壁间的摩阻,进一步缓解了托压问题,平均机械钻速同比同井复合钻头和邻井常规PDC钻头分别提高了32.97%、74.50%,实现了提速降本增效。 展开更多
关键词 pdc钻头 造斜段 水平段 托压 自振动
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PDC钻头数字化选型技术及软件开发 被引量:1
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作者 任海涛 王新东 +4 位作者 张昕 杨迎新 苏涛 王柏辉 周广静 《石油机械》 北大核心 2024年第5期9-16,共8页
钻井过程中产生大量与地层、钻头相关的工程数据,利用大数据分析技术优选钻头能用于指导钻头的选型、设计和使用,可使钻头的选用从依赖厂家和经验,转向依据科学的结构特征分析和大数据优选。通过开展PDC钻头结构特征数字化方法研究,建... 钻井过程中产生大量与地层、钻头相关的工程数据,利用大数据分析技术优选钻头能用于指导钻头的选型、设计和使用,可使钻头的选用从依赖厂家和经验,转向依据科学的结构特征分析和大数据优选。通过开展PDC钻头结构特征数字化方法研究,建立基于统计数据分析的钻头结构特征推荐与选型技术,形成以数据提取与效能分析、钻头结构特征数字化,以及钻头结构特征重构选型3项内容为核心的基本步骤和分析策略,在此基础上建立了一套PDC钻头数字化选型技术和配套软件。较常规钻头进尺与钻速对比分析选型方法,该技术重点考虑了结构特征对钻头使用效能的影响,体现了实钻工程数据对钻头选型的指导作用。应用该技术与软件开展了准噶尔盆地某区块PDC钻头选型,并进行实钻验证。应用结果表明,选用的钻头钻进中钻速和进尺显著提升,缩短了钻井周期。研究技术与成果有利于提升钻井服务技术水平,可为油气田数字化、智能化发展奠定基础。 展开更多
关键词 pdc钻头 钻头选型 结构特征 数字化 钻井提速 软件开发
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基于正交切削理论的PDC钻头切削齿动态破岩温度分布
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作者 李波 何志波 +2 位作者 梁春平 张古森 林伟 《中国矿业》 北大核心 2024年第4期171-181,共11页
在油气钻探过程中,PDC钻头的动态破岩行为表现出高度的非线性特性,这一过程涉及复杂的位移场与温度场的耦合问题。在切削过程中,由摩擦产生的热量在切削齿上积聚,导致切削系统的温度显著上升。过高的温度会加速切削齿的磨损,甚至可能导... 在油气钻探过程中,PDC钻头的动态破岩行为表现出高度的非线性特性,这一过程涉及复杂的位移场与温度场的耦合问题。在切削过程中,由摩擦产生的热量在切削齿上积聚,导致切削系统的温度显著上升。过高的温度会加速切削齿的磨损,甚至可能导致切削齿失效,从而对钻井效率产生负面影响并增加钻井成本。为了预测和分析PDC钻头切削齿破岩过程中的温度分布规律,并揭示其动态破岩特性,基于正交切削理论和岩石弹塑性力学,构建三维耦合位移场-温度场模型,用以模拟PDC钻头切削齿在破岩过程中的非线性动力学行为,分析不同切削参数和结构参数下切削力的大小和温度分布规律。研究结果表明:切削齿的高温区位于切削刃附近的椭圆区域内,且角度在以切削刃为中心的90°~230°范围内;最佳的切削深度为0.001 m,前倾角优选为7.5°。此类参数设定可降低切削齿的磨损,同时避免高温失效,从而最小化切削力和最高温度。本文所提方法为研究PDC钻头整体结构设计和切削齿热损伤提供了理论依据和分析方法,使设计出的PDC钻头对复杂地层具有更好的适应性。 展开更多
关键词 油气钻探 pdc钻头 正交切削 切削力 温度分布
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井底流固耦合环境下PDC钻头切削齿冷却仿真实验
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作者 王京印 耿明瑞 廖华林 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2024年第8期111-120,共10页
PDC钻头已成为开发深部资源的主体钻头,但在钻井过程中产生的热损伤是影响钻进效率及钻头寿命的重要因素之一。该文针对PDC钻头切削齿热损伤问题,开展基于不同影响因素的井底流固耦合环境下切削齿冷却仿真实验。建立了PDC钻头井底冷却... PDC钻头已成为开发深部资源的主体钻头,但在钻井过程中产生的热损伤是影响钻进效率及钻头寿命的重要因素之一。该文针对PDC钻头切削齿热损伤问题,开展基于不同影响因素的井底流固耦合环境下切削齿冷却仿真实验。建立了PDC钻头井底冷却流固耦合模型,结合实际钻井工况制定了数值仿真方案,根据仿真实验结果分析了井底流固耦合环境中不同影响因素下钻头切削齿的温度变化规律,并通过正交试验对钻头冷却效果与各影响因素间的敏感性进行了评价。切削齿冷却敏感因素从大到小依次为:钻井液排量>钻井机械参数、钻井液温度>地层温度。研究成果为探索井底工况下钻头破岩过程中切削齿热损伤问题和优化PDC钻头设计提供了理论依据。 展开更多
关键词 pdc钻头 切削齿冷却 井底流固耦合 影响因素 仿真实验
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基于热应力PDC钻头胎体断裂失效分析及试验研究
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作者 陈霖 贺育贤 +4 位作者 马海云 张慧 庞合善 陈伟林 易先中 《机床与液压》 北大核心 2024年第20期26-34,共9页
聚晶金刚石复合片(PDC)钻头在陇东致密油井作业时出现胎体裂纹和刀翼断裂的问题,严重影响了整个钻头的使用寿命和钻井时效。针对此问题,通过理化性能试验,分析PDC钻头胎体化学成分、力学性能、硬度和金相组织,采用电子显微镜扫描和能谱... 聚晶金刚石复合片(PDC)钻头在陇东致密油井作业时出现胎体裂纹和刀翼断裂的问题,严重影响了整个钻头的使用寿命和钻井时效。针对此问题,通过理化性能试验,分析PDC钻头胎体化学成分、力学性能、硬度和金相组织,采用电子显微镜扫描和能谱分析,对PDC钻头裂纹断面的物质进行定量。基于热-弹塑性理论,建立PDC钻头胎体热应力模型,探究预热温度和银钎焊温度对PDC钻头胎体的影响,提出了PDC钻头制造工艺改进措施,开展了现场试验。结果表明:热应力是引起PDC钻头开裂的根源,残余应力和组织应力共同作用是PDC钻头开裂的直接原因;PDC钻头胎体残余应力主要集中在刀翼根部和水眼部位,以1、4号刀翼和3、5号水眼最为显著;PDC钻头胎体与复合片钎焊温度过高会产生较大残余应力,钎焊温度在700℃、胎体预热温度在380℃为宜;改进预热温度和钎焊温度后的PDC钻头施工并未有断裂异常,可以安全作业。 展开更多
关键词 pdc钻头胎体 热应力 断裂失效 金相组织 理化性能
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三棱形PDC齿破岩特性数值模拟研究 被引量:3
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作者 程伟 幸雪松 +2 位作者 楼一珊 朱亮 尹彪 《石油机械》 北大核心 2024年第11期21-28,共8页
常规PDC钻头在研磨性地层中面临磨损严重、吃入困难、机械钻速低等问题。三棱形PDC齿较常规平面PDC齿具有更好的破岩效果,但是关于三棱形PDC齿的布齿参数、齿形参数的优选缺乏依据。为此,通过有限元仿真分析软件建立了破岩仿真模型,开... 常规PDC钻头在研磨性地层中面临磨损严重、吃入困难、机械钻速低等问题。三棱形PDC齿较常规平面PDC齿具有更好的破岩效果,但是关于三棱形PDC齿的布齿参数、齿形参数的优选缺乏依据。为此,通过有限元仿真分析软件建立了破岩仿真模型,开展了三棱形PDC齿破岩机理研究,剖析了在垂向压入和刮切破岩时三棱形PDC齿的力学特性和破岩规律。研究结果表明:垂直压入破岩时,在相同压力作用下,三棱形PDC齿吃入岩石的深度大于常规平面PDC齿,当前倾角γ<15°时,三棱形PDC齿的破岩效果优于常规平面PDC齿;刮切破岩时,三棱形PDC齿的最优前倾角为10°,最优脊面倾角为3°,最优侧转角为2°。现场试验结果表明,在研磨性地层中三棱形PDC齿比常规平面PDC齿表现出更好的耐磨性和耐冲击性,三棱形齿PDC钻头的机械钻速达到常规平面齿PDC钻头的2.37倍。研究结果可为高研磨性地层的PDC钻头优选提供指导和参考。 展开更多
关键词 三棱形pdc齿 布齿参数 齿形参数 仿真模型 破岩规律 钻头优选
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深水表层PDC钻头喷射钻井技术研究与应用 被引量:2
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作者 陈彬 刘书海 +2 位作者 肖夏 陈香琴 刘坤翔 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期159-166,共8页
深水钻井二开表层套管入泥深度增加,地层可钻性降低,φ660.4 mm牙轮钻头钻井存在机械钻速低、牙轮钻头耐久性差等挑战,亟需设计专用PDC喷射钻头进行深水表层喷射钻井。在分析?444.5 mm PDC钻头喷射φ914.4 mm表层导管技术优势基础上,针... 深水钻井二开表层套管入泥深度增加,地层可钻性降低,φ660.4 mm牙轮钻头钻井存在机械钻速低、牙轮钻头耐久性差等挑战,亟需设计专用PDC喷射钻头进行深水表层喷射钻井。在分析?444.5 mm PDC钻头喷射φ914.4 mm表层导管技术优势基础上,针对PDC喷射作业风险、作业难点,通过钻头选型与改进、喷射水力优化、钻具优化、井身结构优化等措施构建了深水表层PDC钻头喷射钻井技术,并在南海流花、白云、荔湾等区块6口深水井取得成功应用。应用效果表明,深水表层PDC钻头喷射钻井表层二开机械钻速较常规牙轮钻头可提升2倍,可为深水表层钻井作业提供参考。 展开更多
关键词 南海 深水 pdc钻头 导管 喷射钻井
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东海深部高研磨地层冲击钻井PDC齿优选研究 被引量:3
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作者 李基伟 李乾 +3 位作者 田胜雷 黄达 李玉梅 席岩 《石油机械》 北大核心 2024年第8期77-84,共8页
东海盆地深部地层机械钻速(ROP)低、PDC钻头钻齿易磨损、单个钻头进尺数少的问题日益突出。为此,开展了岩石可钻性、硬度与塑性系数、强度、研磨性及组分检测试验,明确了导致该区域深部地层低ROP的主控因素,并对ROP变化规律进行了验证;... 东海盆地深部地层机械钻速(ROP)低、PDC钻头钻齿易磨损、单个钻头进尺数少的问题日益突出。为此,开展了岩石可钻性、硬度与塑性系数、强度、研磨性及组分检测试验,明确了导致该区域深部地层低ROP的主控因素,并对ROP变化规律进行了验证;设计了冲击载荷作用下PDC钻头异形齿破岩试验装置,开展了单齿破岩试验,利用3D扫描技术量化了三棱齿、斧形齿在不同冲击速度下的侵彻深度和破岩体积,计算了冲击破岩过程中的能量吸收效率以及破岩比功,对PDC钻头异形齿进行了优选;同时结合优选结果开展了现场试验。研究结果表明:岩石的高研磨性和高强度是东海盆地低ROP的主控因素,当冲锤冲击速度小于7.1 m/s时,三棱齿侵彻深度和破岩体积更大,提速效果较为明显;当冲锤冲击速度大于7.1 m/s时,斧形齿的破岩比功要小于三棱齿,且能量吸收效率更优,在高研磨地层作用下磨损较小,能更好地延长PDC钻头的寿命;现场试验也验证了该结论。研究成果可为东海盆地深部地层冲击钻井参数的确定以及PDC钻头钻齿的优选提供有效参考。 展开更多
关键词 高研磨地层 pdc钻头 机械钻速 钻齿优选 三棱齿 斧形齿 冲击破岩
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国内外PDC钻头新进展与发展趋势展望 被引量:17
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作者 呼怀刚 黄洪春 +4 位作者 汪海阁 李忠明 席传明 武强 刘力 《石油机械》 北大核心 2024年第2期1-10,共10页
PDC钻头近年来发展迅速。为了能够及时掌握PDC钻头的最新进展,系统梳理了国内外油气井用PDC钻头新进展,介绍了中国石油在新型钻头研发与应用方面的工作,进一步阐述了国内PDC钻头研发面临的形势与挑战,展望了油气井用PDC钻头发展新趋势... PDC钻头近年来发展迅速。为了能够及时掌握PDC钻头的最新进展,系统梳理了国内外油气井用PDC钻头新进展,介绍了中国石油在新型钻头研发与应用方面的工作,进一步阐述了国内PDC钻头研发面临的形势与挑战,展望了油气井用PDC钻头发展新趋势。研究结果表明:在油气资源勘探向着万米深层进军的大背景下,仍然面临地层可钻性差导致钻头破岩效率低、砾石层引起钻头振动先期损坏、大尺寸井眼钻井周期长等严峻挑战,技术与材料革新型高效钻头、混合式钻头、自适应钻头等能够明显提高钻进效率延长钻头寿命;智慧钻头所能提供的丰富井下数据能够提高对于深部破岩机理、岩石物性的认知,对于进一步优化钻头结构、识别可能存在的油气储层等具有重要的意义。应积极借鉴和移植这些成果,尽早研发出适用于深部油气勘探或深地科学钻探等领域的高端耐用钻头。研究结果可为高端PDC钻头国产化、系列化工作和相关从业人员提供借鉴。 展开更多
关键词 pdc钻头 pdc复合片 混合式钻头 自适应钻头 智能钻头 国产化
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PDC混合布齿钻头破碎非均质花岗岩数值模拟 被引量:3
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作者 吴泽兵 袁若飞 +2 位作者 张文溪 王刚 胡诗尧 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期105-117,共13页
非常规油气资源所处地层复杂,开采难度大,钻井过程中钻遇地层密实度高,对钻头性能提出了更高要求。普通PDC钻头主要依靠切削齿剪切破碎岩石,攻击性弱,不仅导致钻头寿命和破岩效率严重下降,而且增加了钻井成本。为探究混合布齿PDC钻头的... 非常规油气资源所处地层复杂,开采难度大,钻井过程中钻遇地层密实度高,对钻头性能提出了更高要求。普通PDC钻头主要依靠切削齿剪切破碎岩石,攻击性弱,不仅导致钻头寿命和破岩效率严重下降,而且增加了钻井成本。为探究混合布齿PDC钻头的破岩机理和效果,提升PDC钻头破岩效率和寿命,建立了非均质花岗岩模型,使用有限元方法对比了斧形、三棱形和圆形PDC齿混合布齿的破岩效果,优选了最佳布齿方案,并使用响应面法优化了齿间距,对前后排齿不同高度差情况下的钻头破岩效果及规律进行了分析,最后结合钻头的现场应用对比分析了混合布齿、斧形齿和三棱形齿PDC钻头的破岩过程。研究结果表明:①斧形齿攻击性强,有利于吃入岩石,适用于刀翼前排,而三棱形齿更稳定,适用于刀翼后排;②混合布齿最佳方案为前排斧形齿,后排三棱形齿与斧形齿交替布置,后排齿距离前排齿的最佳横向距离为10.0 mm、10.1 mm,最佳纵向距离均为7.0 mm;③前排齿破岩后能释放岩石内应力,便于后排齿的破岩,但产生的应力区域有限,建议前后排齿高度差不超过1 mm;④围压条件下按照最佳方案布齿的PDC钻头相较于单斧形齿和三棱形齿的PDC钻头,钻井进尺分别提升了21.4%和44.1%。结论认为,混合布齿钻头兼具高破岩效率和稳定性,在深部和难钻地层具有较好的钻进效果,具有良好的现场推广应用价值。 展开更多
关键词 pdc钻头 混合布齿 非均质花岗岩 有限元 响应面法 齿间距 优化 高度差
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PDC高速切削水泥塞机理研究 被引量:2
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作者 辛永安 朱峰 +3 位作者 付悦 胡璠 李明慧 蒲晓莉 《石油机械》 北大核心 2024年第7期78-85,共8页
针对连续管在钻井作业时因钻压高、转速低导致钻头磨损严重和钻磨水泥塞效果不佳的问题,基于弹塑性力学和岩石力学,以Drucker-Prager准则作为固井水泥强度准则,通过单轴和三轴试验得到固井水泥弹性模量、泊松比、内黏聚力和内摩擦角等参... 针对连续管在钻井作业时因钻压高、转速低导致钻头磨损严重和钻磨水泥塞效果不佳的问题,基于弹塑性力学和岩石力学,以Drucker-Prager准则作为固井水泥强度准则,通过单轴和三轴试验得到固井水泥弹性模量、泊松比、内黏聚力和内摩擦角等参数,建立固井水泥本构模型,并用ABAQUS软件建立高速切削水泥塞二维有限元模型,在此基础上分析了倾角、切削深度和切削速度对破碎比功的影响。研究结果表明:高速下切削水泥塞产生细小且均匀的碎屑,较低的速度切削水泥塞产生块状或者带状的碎屑;倾角(5°~25°)和切削深度(1.0~2.5 mm)与破碎比功呈正相关,而破碎比功随切削速度的增大而减小,当切削速度为2.26 m/s时破碎比功最小,破碎水泥塞的效率最高。研究结果可为PDC钻头切削水泥塞提供理论支撑。 展开更多
关键词 pdc钻头 低钻压 高速切削 破碎比功 倾角 切削深度 切削水泥塞
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