硬地层破岩工具最新进展_邹德永.pdf

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1、石油机械2013年第41卷第6期CHINAPETROLEUMMACHINERY—1—钻井技术与装备*硬地层破岩工具最新进展邹德永于鹏杨光(中国石油大学(华东)石油工程学院)摘要:钻井速度慢、钻头寿命短、钻井周期长及钻井成本高等问题是制约深部地层和复杂地质条件下油气资源勘探开发速度和效益的主要技术瓶颈。介绍了国内外在硬地层钻头和辅助破岩工具方面的最新产品和技术，包括国外Smith公司的狗骨形楔形齿牙轮钻头、孕镶金刚石钻头和采用特殊工艺制造的PDC钻头，NovatekInternational公司的锥

2、形PDC钻头，BakerHughes公司的混合钻头，UlterraDrillingTechnologies公司的扭转冲击器，Weatherford公司的环形保径稳定器，国内江汉石油钻头股份有限公司的新型牙轮钻头、中石化西南油气分公司工程技术研究院研制的异形加长齿PDC钻头，以及中国石油大学(华东)研制的脉冲振动工具及井下钻柱减振增压装置，同时分析了各产品的性能特点及硬地层破岩工具的未来发展趋势。关键词:硬地层;破岩工具;钻头;扭转冲击器;稳定器;脉冲振动工具中图分类号:TE921文献标识码:Adoi:

3、10.3969/j.issn.1001－4578.2013.06.001牙齿磨损、钻头缩径及轴承失效等情况，最后导致0引言钻头报废，表现出钻头进尺小、机械钻速低的特点。史密斯(Smith)公司推出了新一代TCI牙轮钻随着油气勘探开发的不断深入，浅层、易开发头，其镶齿采用创新的狗骨形楔形齿(见图1)。狗油气资源越来越少，在深部地层以及复杂地质条件骨形状能够减轻齿顶应力集中，再通过使用粗粒度下寻求油气资源正逐渐成为目前海陆勘探开发的重等级的硬质合金，大幅提高了镶齿的抗冲击能力。要工作。在深井和复杂地质条件

4、下的油气钻探工作双密封系统(见图2)则提高了轴承的可靠性，寿中，经常钻遇碳酸盐岩、火成岩和变质岩等难钻地命得到延长。最后镶齿通过精确计算进行最佳布齿层，其强度高、硬度大、可钻性差、研磨性强。现排列，使钻头达到机械钻速和寿命的完美结合。有破岩工具和钻井方法普遍存在钻井速度慢、钻头寿命短、钻井周期长及钻井成本高等问题。为此，国内外各大钻头公司、科研院所不断研制新的破岩［1－2］工具，发展硬地层的高效钻井破岩技术，以提高油气勘探开发效率。笔者主要介绍国内外在硬地层牙轮钻头、孕镶金刚石钻头、PDC钻头以及扭转

5、冲击器、脉冲振动工具和降粘减振工具等辅助破岩图1狗骨形楔形齿工具方面的最新产品和技术，并分析不同产品的性能特点，同时展望硬地层破岩工具的未来发展趋势。1国外最新进展1.1牙轮钻头牙轮钻头在硬地层中很容易出现断齿、掉齿、图2轴承与双密封系统*基金项目:“十二五”国家科技重大专项“胜利油田薄互层低渗透油田开发示范工程”(2011EX05051)。—2—石油机械2013年第41卷第6期在中东科威特碳酸盐岩软硬夹层地层中，不同切削齿的适用范围从软到中硬地层逐渐扩展到了硬［3－5］尺寸的TCI钻头进行了现场试验

6、。其中，第3夹层、坚硬研磨性地层等难钻地层。代TCI钻头在Dhabi油田创纪录地实现214h内单史密斯公司创新应用了一种新的PDC制造技［8］趟钻进尺1638m，平均机械钻速达7.65m/h。术———2步高温高压合成技术。第1步使用常规1.2孕镶金刚石钻头高温高压参数制造聚晶金刚石片(PDC);第2步史密斯公司为提高钻头在硬地层和磨蚀性地层在极限高温高压参数条件下，将聚晶金刚石片重新的机械钻速，采用革新的设计理念，推出了X－粘附到另一新的碳化钨基体上。这种新的合成方法TENDTM系列孕镶金刚石钻头，在

7、强研磨性硬地层有2个优点:一是减小了PDC片的残余应力，二中创造了很高的经济效益。钻头采用圆柱形热压金是提高了PDC片微观结构强度。刚石孕镶齿(GHI)，其材料性质不同于刀翼胎体的史密斯公司使用2步高温高压合成技术并结合性质，并在与钻头胎体不同的温度和压力条件下加特殊的催化剂滤除处理过程，合成了新一代切削齿［9］工制造而成。GHI齿的出露高度高于刀翼表面，且OCT。相比于标准PDC切削齿，OCT齿耐磨性其排列格局特殊，从而能提供完全的井底覆盖。这和热稳定性提高100%，同时抗冲击能力与标准齿种出露度高

8、的GHI齿增加了点载荷，并能在夹杂有相当。现场试验证明，在硬研磨性地层中，OCT页岩或碳酸盐的腐蚀性硬岩层中提供一种犁削作用。齿能够提高钻井效率20%以上。针对阿尔及利亚HassiMessaoud油田极坚硬、传统PDC钻头由单独的PDC切削齿组成，刀研磨性极高互层地层，阿尔及利亚国家石油公司与翼上相邻切削齿之间有间隙。UlterraDrillingTech-国民油井华高公司(NOV)联合研制了一种新型nologies公司研发了一种新型PDC钻头(见图4)