适合四川须家河组强研磨性硬地层的高效钻头研究

摘要

强研磨性硬地层的快速钻进问题,是深井、超深井钻井提速的技术难题。四川须家河组地层埋藏深、可钻性差、研磨性强,在以往钻井提速过程中,钻头钻速慢,寿命短,钻头消耗量大,大大增加了钻井成本。因此,高效破岩钻头的研究,不但丰富了深井强研磨性硬地层钻进的钻头类型,而且对提高该地区的油气勘探开发速度具有重要意义。
　　 在对四川须家河组地层进行抗钻特性研究的基础上,通过对国内外钻头研究进展的总结分析,结合实验手段,研究了两种M743GHI型孕镶金刚石钻头。研究表明:①四川须家河组地层可钻性差,研磨性强且地层软硬交错严重。②采用热压烧结工艺合成的以天然金刚石为磨削元件,铸造碳化钨和人造单晶金刚石粉为胎体骨架材料的圆柱形新型钻齿,能够有效破碎四川须家河组地层岩石。该钻齿的金刚石参数以粒度为70目～80目,浓度为100％的天然金刚石为最佳,胎体配方以p2.0％、Mn1.0％、Ni15.4％、Co17.4％、Cu15.4％、铸造碳化钨20.5％、WC27.6％、人造单晶金刚石粉0.7％,可达到最优磨耗比。③M743GHI型孕镶金刚石钻头,在软地层具有类似于PDC切削齿的切削破岩作用,在硬的研磨性地层中具有磨削破岩作用,实现了孕镶金刚石钻头在强研磨性硬地层中的高效破岩,提高了深井钻井的能力。④镶嵌新型热压孕镶金刚石钻齿的钻头在室内台架实验时,钻进可钻性级值为9.2的石英砂岩时,机械钻速达到1.38m/h,而钻头磨损速度仅为0.014mm/m,具有较高的破岩效率和钻头寿命。⑤M743GH-A孕镶金刚石钻头在马103井进行了钻进试验,进尺13.01m,纯钻时间11.56h,平均机械钻速:1.12m/h。钻头起出后,切削齿正常磨损,外径保径较好。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外钻头研究现状及其发展趋势总结

1.2.1 国外钻头研究现状

1.2.2 国内钻头研究现状

1.2.3 国内外钻头发展趋势总结

1.3 论文主要研究内容

1.4 技术路线

第二章 四川须家河组强研磨性硬地层抗钻特性研究

2.1 岩石抗钻特性室内实验

2.1.1 岩心实验

2.1.2 实验结果

2.2 基于测井数据解释的地层抗钻特性研究

2.2.1 岩石可钻性预测模型

2.2.2 岩石抗压强度预测模型

2.2.3 岩石压入硬度预测模型

2.2.4 岩石研磨性预测模型

2.2.5 砂泥岩地层石英含量与颗粒度的测井解释方法

2.3 须家河组地层抗钻特性分析

2.3.1 地质分层与岩性描述

2.3.2 地层抗钻特性分析

2.4 须家河组地层对钻头性能的要求

2.4.1 钻头使用情况总结

2.4.2 钻头性能要求

第三章 新型热压孕镶金刚石钻齿设计

3.1 钻齿结构设计

3.2 钻齿胎体配方设计

3.2.1 胎体性能

3.2.2 胎体组分的确定

3.2.3 胎体配方优化实验

3.3 钻齿金刚石参数优选

3.3.1 金刚石参数理论优选

3.3.2 金刚石参数实验优选

3.3.3 金刚石参数对破岩效率的影响规律分析

3.4 钻齿烧结工艺的研究

3.4.1 制造工艺

3.4.2 烧结温度

4.4.3 保温时间

3.4.4 烧结压力

3.5 钻齿合成

3.6 台架实验

第四章 新型热压孕镶金刚石钻头设计

4.1 切削结构设计

4.2 冠部剖面形状设计

4.3 布齿设计

4.4 水力结构设计

4.5 保径设计

4.6 钻头加工制造

第五章 新型热压孕镶金刚石钻头现场试验

5.1 试验井基本情况

5.2 钻头试验情况

5.3 钻头分析

5.3.1 钻头磨损分析

5.3.2 钻头时效分析

第六章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢