[01164538]犁切型PDC钻头研究与应用

随着油气勘探开发的不断深入,深部地层以及复杂地质条件下的油气钻探规模日益加大。钻遇碳酸盐岩、火成岩和变质岩等难钻地层的几率和比例越来越大。牙轮钻头、PDC钻头、孕镶金刚石钻头等常规破岩技术都不能较好地适应这些难钻地层,导致钻井速度慢、钻头建井周期长,钻探成本高。 本项目从提高碳酸盐岩、火成岩和变质岩等难钻地层破岩效率的实际需求出发,针对常规PDC钻头在硬的难钻地层中吃入能力低、切削齿过早失效的问题,从提高钻头的攻击性、抗冲击性及耐磨性的角度出发,开展了新型破岩元件研制、新型钻头设计与试验研究,取得以下成果： （1）研制出适合硬地层的两种新型破岩元件--锥形PDC齿和粗粒金刚石孕镶齿。与常规PDC切削齿（复合片）相比,锥形PDC齿以前倾角犁削岩石,切削阻力小,破岩比功低,能够提高PDC钻头钻进非均质硬地层的抗冲击性能和破岩效率;金刚石孕镶齿耐磨性高,与PDC切削齿配合使用,能够提高PDC钻头在强研磨性硬地层的耐磨性和破岩效率。 （2）通过单齿破岩试验,得到了锥形PDC齿破岩效率随钻压、切削角的变化规律,优选出锥形齿合理的切削角。通过钻头台架试验,得到了7种不同切削结构钻头在硬岩中的钻进速度随钻压的变化规律,为硬地层新型钻头设计提供了理论依据。 （3）在导向PDC钻头设计与导向特性分析模型及方法、PDC钻头设计模型及方法和PDC钻头井底流场模拟分析模型与方法研究的基础上,开发和完善了了定向钻井PDC钻头导向特性分析软件、PDC钻头三维设计软件和PDC钻头井底流场模拟分析软件,形成了一整套的PDC钻头设计技术,为PDC钻头的个性化设计提供了科学的手段。 （4）设计并了试制了2只同轨布齿结构的8-1/2“四刀翼犁切型PDC钻头。在胜利油田盐家地区的盐22-斜31和盐232井的灰质泥岩、灰岩和砂砾岩交互地层中进行了现场试验,机械钻速比常规PDC钻头提高了36.1%～245.8%,比牙轮钻头提高了235%～237.1%;钻头进尺比常规PDC钻头提高了98.4%～461.0%,比牙轮钻头提高了252%～801.7%。 （5）设计并了试制了1只同轨布齿结构的8-1/2”五刀翼犁切型PDC钻头。在胜利油田盐家地区的盐232井的灰质泥岩、灰岩和砂砾岩交互地层中进行了现场试验,机械钻速比常规PDC钻头提高了104.4%,比牙轮钻头提高了104.2%;钻头进尺比常规PDC钻头提高了184.8%,比牙轮钻头提高了89.2%。 （6）设计了一种适用于强研磨性硬地层的新型切削-磨削混合钻头。试制了一只 钻头,在吉林油田基底花岗岩地层钻进中,机械钻速比常规PDC钻头提高了127%,比牙轮钻头提高了184.1%;钻头进尺比常规PDC钻头提高了314.7%,比牙轮钻头提高了236.8%。 （7）设计了一种适用于弱研磨性的非均质硬地层的新型切削-犁削混合钻头。试制了一只 钻头,在胜利油田灰质泥岩和砂砾岩地层交互中,机械钻速比常规PDC钻头提高了57.6%,比牙轮钻头提高了235%;钻头进尺比常规PDC钻头提高了91.6%,比牙轮钻头提高了8倍。 （8）研制了一种适用于中等研磨性新型的切削-磨削-锥形齿混合钻头。试制了一只 钻头,在青海油田基底花岗片麻岩地层中,机械钻速同比常规PDC钻头提高了58.7%,比牙轮钻头提高了24%,钻头进尺同比常规PDC钻头提高了96.7%,比牙轮钻头提高了14%。