异形齿PDC钻头在大港油田的现场应用
PDC钻头钻井条件下的地质录井技术探讨
PDC钻头钻井条件下的地质录井技术探讨PDC钻头是目前钻井领域中使用较为广泛的一种钻头类型，它具有高效、耐磨、适应性强等优点，适用于各种地质条件下的钻井作业。
在钻井作业中，地质录井技术是非常重要的一项工作，它能够为钻井工程提供地质信息，帮助工程师更好地了解井下地质情况，从而指导钻井作业。
本文将以PDC钻头钻井条件下的地质录井技术探讨为主题，对地质录井技术在PDC钻井中的应用进行分析和讨论。
一、PDC钻头钻井的特点PDC钻头是由聚晶金刚石和硬质合金基体制成的一种钻头，具有高效、耐磨、长寿命等特点。
在PDC钻头钻井作业中，由于其优越的性能，往往能够实现快速、高效的钻井作业，因此受到了广泛的应用。
PDC钻头对地层的适应性较强，能够适应不同硬度、不同类型的地层，钻进效率较高，因此在各种地质条件下均能够发挥出色的性能。
二、地质录井技术在PDC钻井中的应用1. 钻进过程中的地质录井技术在钻进过程中，地质录井技术能够对岩心、钻井液等进行实时监测和记录，获得有关地质构造、岩性、孔隙结构、地层压力等方面的信息。
通过地质录井技术，工程师可以及时了解井下地质情况，指导钻井作业，确保钻井安全和效率。
PDC钻头钻井过程中，地质录井技术可对岩心进行采样分析，提供地层岩性、构造特征等信息，为后续的油气勘探、开发提供重要数据支撑。
PDC钻头钻井作业因其高效、耐磨等特点，往往在较为复杂的地质条件下进行，需要对地层进行准确的录井分析。
地质录井技术能够帮助工程师及时获取井下地质信息，指导作业，减少事故风险，提高钻井效率。
在PDC钻头钻井作业中，尤其要注意地层中可能存在的大理石层、凝灰岩层等较硬地层，地质录井技术要保证对这些地层的准确录井和分析，指导钻井参数的调整和作业的安全进行。
随着现代科技的不断进步，地质录井技术也在不断创新和发展。
在PDC钻头钻井条件下，随着井下传感技术的广泛应用，实时数传、远程遥控等技术的发展，地质录井技术可以实现更为精准和便捷的数据采集和分析，为钻井作业提供更为全面的地质信息支持。
PCD及PDC钻头在石油钻井中的应用
PCD及PDC钻头在石油钻井中的应用作者：张文敏来源：《中小企业管理与科技·上中下旬刊》 2017年第7期1 引言PCD 钻头即金刚石聚晶钻头，PDC 钻头即金刚石复合片钻头，两者在硬度上很大，因此目前在石油钻井的硬地层中得到了十分广泛的应用。
在应用PCD 及PDC 钻头对硬地层复杂地质环境的石油钻井时，虽然具备诸多优势，但在一些特殊的地质环境中却并不适用，因此对PCD 及PDC 钻头在石油钻井中的应用展开分析具有十分重要的现实意义。
基于此，文章重点就PCD 及PDC 钻头在石油钻井行业中的应用分四个部分展开了分析，提出了一些可供参考的观点和建议，以下是具体内容。
2 PCD 及PDC 钻头在石油钻井应用的特点PCD 钻头采用的是金刚石聚晶模式，在聚晶过程中采用的是黑色金属线和有色金属线材料，和一般的硬质合金拉丝模相比，其在耐用度上提升了数百倍。
因此，PCD 钻头在使用钻井中应用的主要优势，即在保障硬度的前提下耐用性极高。
目前钴是最为常用的一种PCD 钻头结合剂，其具有强度高、耐磨性好等诸多优势，同时拉丝的成本也很低，十分适用于石油钻井作业中。
PDC 钻头的优点主要集中于钻头结构简单和耐磨性高两点上。
PDC 钻头所采用的人造金刚石，其比硬质合金的耐磨性更高，在钻头构成上，切削齿是其主要部件，在工作中无需钻头自身钻头，因此PDC 钻头也被称作固定式探头。
在PDC 钻头的使用早期，主要是在一些软页岩层中使用，而随着PDC 钻头在性能和结构上的不断优化。
目前PDC 钻头已经可以在长段中硬岩地层和硬夹层中使用。
此外，PDC 钻头还有高针对性的优势，可根据钻进地层的各区块地质特征以及地层的深度采用针对性的钻进工艺，选择更为合理的钻进方案[1]。
3 PCD 及PDC 钻头应用于石油钻井中的适用地质环境PCD 及PDC 钻头在石油钻井作业的使用中，并不是所有的地质环境都可以发挥出最大的使用效果，在具体的使用过程中也需要基于不同的地质环境选择不同的PCD 及PDC 钻头类型。
PDC钻头损坏机理及合理使用(李长录)
PDC钻头的损坏机理及合理使用李长录（中国石油集团公司海洋工程有限公司钻井事业部，天津，大港，300280）摘要：PDC钻头在软到中等硬度地层中具有很好的破岩性能，机械钻速高，使用寿命长，钻井工作效率得到了大幅提升，综合经济效益显著，因而在钻井工程中得到了广泛应用。
但是由于PDC 钻头对于使用地层和工作条件敏感性强，在砾岩层及软硬交错等非均质地层中未能取得良好的使用效果，因此有必要针对砾岩层的地层性质，研究其主要失效形式和损坏机理以便于合理使用PDC 钻头，进而提高其使用寿命。
关键词砾岩层PDC钻头损坏机理合理使用引言PDC钻头具有钻速快、效率高等明显的优势。
但目前的PDC钻头只能有效地钻进软到中硬的比较均质的地层，而在砾岩层和软硬交错的等非均质地层中，或钻速低，或寿命短。
因此了解PDC钻头的损坏机理及合理使用对于节省钻井成本具有非常重要的意义。
1.PDC钻头钻进砾石层损坏机理分析1.1PDC钻头钻进砾岩的失效形式分析对于PDC 钻头，主要有磨损和冲击损坏两种失效形式[1]（1）磨损复合片主要由两部分组成，上面是聚晶金刚石层，下部是起支撑作用的碳化钨基底，由于材料性质的不同导致它们之间存在着残余应力和内部缺陷，在切削齿与岩石产生的摩擦力的作用下，金刚石微粒会从基底脱落，从而导致切削齿发生磨损，又称为磨粒磨损或研磨性磨损。
磨损表现为复合片切削刃逐渐被磨钝，磨损面逐渐增大，钻头机械钻速逐渐降低。
与其他失效形式相比，磨损是一种相对稳定的失效形式，贯穿于整个钻头的工作过程。
磨损速度主要取决于切削齿的受力、切削刃与岩石接触面上的温度、切削速度、岩石研磨性以及切削齿的耐磨性。
（2）冲击损坏这种形式的钻头损坏是由作用在切削齿上的冲击载荷引起，表现为切削齿碎裂或金刚石层剥落等。
冲击损坏主要有两种形式：①崩刃崩刃表现为切削齿刃面上金刚石层碎裂，主要由切削齿上的切向载荷引起是最常见的冲击损坏形式。
钻头的大部分钻压和扭矩都施加于复合片切削刃上，受力面积很小，当钻头钻进比较硬或者非均质性较强的地层时，PDC 切削刃会受到较大的沿钻头切向的冲击载荷，由于复合片脆性大，从而导致切削刃发生破裂，其裂纹起源于金刚石层圆柱面上。
pdc钻头
PDC钻头1. 简介PDC钻头是一种常用于石油钻井的钻探工具。
PDC钻头由多个聚晶体金刚石（Polycrystalline Diamond Compact）切削元件组成，被广泛应用于地层钻探、岩石切割和石油开采中。
本文将介绍PDC钻头的结构、原理以及应用领域。
2. 结构PDC钻头主要由刀翼、钻头体和连接部分组成。
2.1 刀翼刀翼是PDC钻头的重要组成部分，通常由金刚石切削元件制成。
刀翼的数量、形状和布局对钻头的钻井性能和钻孔质量起着重要作用。
刀翼一般采用均匀分布的方式，以保证钻头在钻井过程中的均匀磨损。
2.2 钻头体钻头体是连接刀翼和连接部分的主要结构，通常由钢铁材料制成。
钻头体的设计需要考虑到钻井环境、井眼尺寸和钻头的稳定性等因素。
钻头体一般具有良好的强度和刚度，以确保钻头在高强度的钻井过程中不会发生变形或破损。
2.3 连接部分连接部分是将钻头与钻杆连接在一起的部分，通常采用标准的API连接方式。
连接部分需要具有良好的密封性和承载能力，以确保钻头和钻杆之间的传递力矩和转速。
3. 原理PDC钻头通过刀翼上的金刚石切削元件对地层进行切削和磨损，从而实现钻井的目的。
PDC钻头利用金刚石的高硬度和强大的切削能力，能够在岩石中快速切削并形成孔道。
PDC钻头的切削原理主要有两种：剪切和破碎。
3.1 剪切剪切是PDC钻头常用的切削方式之一。
当PDC钻头旋转时，刀翼上的金刚石切削元件与地层接触，通过相对运动切削地层。
金刚石的高硬度和切削元件的锋利边缘使得PDC钻头能够在地层中形成清晰而平滑的孔道。
3.2 破碎破碎是PDC钻头另一种常用的切削方式。
当地层硬度较高时，剪切切削效果可能不佳。
此时，PDC钻头通过施加较大的冲击力将地层破碎，进而形成孔道。
4. 应用领域PDC钻头广泛应用于石油、天然气和水井钻探领域。
其高效的切削能力和稳定的性能使其成为钻井操作中的重要工具。
4.1 石油钻井在石油钻井中，PDC钻头常用于垂直井、水平井和定向井的钻铤作业。
PDC钻头使用方法
PDC钻头使用方法PDC钻头使用方法一、PDC钻头的概述PDC钻头是一种常用的岩石钻探工具，被广泛应用于石油、天然气等领域的钻探作业中。
PDC是聚晶金刚石（PolyCrystalline Diamond Compact）的缩写，钻头的主要工作部分由多颗金刚石压制而成。
它具有高硬度、耐磨损、高效率的特点，在钻探作业中能够快速、有效地进行岩石的破碎和钻孔。
二、PDC钻头使用前的准备工作在使用PDC钻头之前，需要进行以下准备工作：1. 检查钻头质量首先，需要检查PDC钻头的质量。
检查的内容包括钻头的外观是否有损坏、金刚石表面是否完好等。
如果发现有任何破损或者质量问题，应及时更换钻头，以确保钻探作业的顺利进行。
2. 检查井底情况其次，需要对井底情况进行检查。
包括井底的地质条件、岩石硬度等。
对于不同的地质条件和岩石硬度，可能需要选择不同类型的PDC钻头以确保钻探进度和效率。
3. 选择合适的钻头根据井底情况的检查结果，选择合适的PDC钻头。
不同类型的PDC钻头有不同的特点和适用范围，需要根据具体情况进行选择。
三、PDC钻头的使用方法1. 安装钻头首先，将PDC钻头安装在钻杆上。
确保钻头和钻杆之间的连接紧固可靠，并进行必要的固定和调整。
2. 启动钻机启动钻机，并逐渐提高转速，使钻头进入钻孔。
在启动钻机之前要确保钻杆和钻头之间的连接紧固可靠，并且工作面积合适。
3. 监测钻探过程在钻探过程中，要随时监测钻探进度和钻头的工作状态。
特别是要注意钻头的磨损情况，及时调整下次钻探的参数和工艺。
4. 注重冲洗和清理在钻探过程中，要注重冲洗和清理钻头。
通过注入清洗液和使用特定的清洗工具，清理钻头上的岩石碎片和泥浆等杂物，以确保钻孔的顺利进展。
5. 注意工作安全在进行钻探作业时，要时刻注意工作安全。
包括佩戴必要的防护装备、遵守操作规程、保持工作场所的整洁等。
四、PDC钻头的维护与保养在使用PDC钻头之后，需要进行维护与保养工作，以延长钻头的使用寿命。
PCD及PDC钻头在石油钻井中的应用
PCD及PDC钻头在石油钻井中的应用【Abstract】This paper first introduces the advantages of PCD and PDC drills， then analyzes the geological environment of PCD and PDC drills applied to， and then analyzes the parameter selection of PCD and PDC drills in the oil field drilling in detail，finally analyzes the application effect and prospect of the PCD and PDC drills in the oil field drilling，in order to provide reference for the PCD and PDC drills in the oil field drilling， to promote the further development of oil drilling industry in China.【Keywords】 PCD drill； PDC drill； oil drilling；geological environment1 引言PCD钻头即金刚石聚晶钻头，PDC钻头即金刚石复合片钻头，两者在硬度上很大，因此目前在石油钻井的硬地层中得到了十分广泛的应用。
在应用PCD及PDC钻头对硬地层复杂地质环境的石油钻井时，虽然具备诸多优势，但在一些特殊的地质环境中却并不适用，因此对PCD及PDC钻头在石油钻井中的应用展开分析具有十分重要的现实意义。
基于此，文章重点就PCD及PDC钻头在石油钻井行业中的应用分四个部分展开了分析，提出了一些可供参考的观点和建议，以下是具体内容。
pdc钻头的原理与应用
PDC钻头的原理与应用1. 简介PDC钻头是一种新型的刀具，它采用多个聚晶金刚石（Polycrystalline Diamond Compact，PDC）片嵌入钢体基体制成，广泛用于石油勘探和开发领域。
本文将介绍PDC钻头的原理和应用。
2. PDC钻头的原理PDC钻头的原理是将多个聚晶金刚石片嵌入钢体基体制成，利用聚晶金刚石的高硬度和耐磨性，以及钢体基体的韧性和强度，实现高效的钻井作业。
PDC钻头的原理主要包括以下几个方面：2.1 聚晶金刚石片PDC钻头采用的聚晶金刚石片由多个金刚石颗粒和金属结合剂组成，具有高硬度、耐磨性好等特点。
聚晶金刚石片通过特定的制备工艺，使得每个金刚石颗粒都与周围的颗粒紧密结合，形成一个整体。
2.2 钢体基体钢体基体是PDC钻头的主体部分，它由高强度的钢材制成。
钢体基体承载着聚晶金刚石片，并且通过特定的工艺将聚晶金刚石片与钢体基体紧密结合，形成一个整体结构。
钢体基体具有良好的韧性和强度，能够有效地传递钻井力，同时保护聚晶金刚石片。
2.3 刀具形态PDC钻头的刀具形态通常有平面PDC钻头、锥度PDC钻头和斜面PDC钻头等。
不同形态的刀具适用于不同的地质条件和钻井需求。
例如，平面PDC钻头适用于较硬的地质层，而锥度PDC钻头适用于软、粉状的地质层。
2.4 作用原理PDC钻头在钻井作业中，通过旋转和下压力来完成钻井作业。
当PDC钻头旋转时，聚晶金刚石片切削岩石，同时钢体基体提供支撑和切削力。
通过连续的旋转和下压力，PDC钻头可以持续地切削岩石，实现高效的钻井作业。
3. PDC钻头的应用PDC钻头由于其优良的性能，在石油勘探和开发领域得到了广泛的应用。
主要应用于以下几个方面：3.1 石油勘探PDC钻头可以在石油勘探中使用，用于钻取各种类型的地层。
由于其高硬度和耐磨性，PDC钻头可以有效地切削各种岩石，包括硬质岩石和软质岩石。
在石油勘探中，PDC钻头可以提高钻探的效率，减少钻井时间，降低勘探成本。
大港油田个性化PDC钻头破岩技术试验
2019.25科学技术创新大港油田个性化PDC 钻头破岩技术试验晏加刚（中国石油集团渤海钻探工程有限公司第一钻井分公司，天津300280）1大港油区地层主要岩性特点PDC 钻头对地层的适应性:平原组主要是散砂。
明化镇组（Nm ）明上段地层岩性以灰色、浅灰色砂岩为主，夹薄层泥岩，砂岩地层厚度发育较大并且集中，一般为细粒砂岩，个别为粉砂；泥岩厚度小，造浆性强。
由于储层的发育，目前未见明显的含油层系。
泥岩厚度较小，对油气的遮挡不太有利。
砂岩为高电阻值特征，厚层为块状。
Nm 下段地层岩性以棕色、灰黄色泥岩为主，夹灰色细砂岩，砂岩厚度小且不集中，其差异是与上段地层明显的区别。
砂岩具有较好的储集空间，泥岩厚度较大，可作为盖层。
在Nm 地层PDC 钻头钻进过程中经常发生泥包现象，设计钻头使用时宜选用刀翼少，刀翼间距大，复合片较大的PDC 钻头提高机械钻速，尽量选择较大的排量，以满足钻头自洗和携砂需要。
馆陶组(Ng)主要岩性为灰白色含砾砂岩、砂岩夹灰绿色泥岩，其底部发育一套杂色砾岩，是黄骅凹陷第一套地层标准层。
Ng 划分了三个油组，既Ng Ⅰ油组、Ng Ⅱ油组及Ng Ⅲ油组，该组地层与上腹Nm 地层的区别是砂岩胶结松散，粒级明显变粗，泥岩为灰绿色，局部个别区块在Ng Ⅱ油组夹杂有棕红色泥岩。
由于砂砾岩岩性胶结疏松，岩屑一般呈散砂状，观察岩屑显示较困难，甚至造成某些油层的岩屑含油级别非常低。
在Ng Ⅱ油组部分地区可见黄铁矿矿物，随着黄铁矿含量的升高会导致油层电阻降低。
Ng 上部地层适合复合片大、复合片数量多、后倾角大的PDC 钻头快速钻进。
下部地层多含砾岩，对PDC 钻头齿损害较大，所以不适合使用PDC 钻头钻进，一般钻进过程中钻时变慢、扭矩增大、有憋跳严重时起钻换牙轮钻头穿馆陶底砾岩。
东营组（Ed ）以大段泥岩夹砂岩为主，局部夹薄层灰色生物灰岩，中部为深灰色泥岩与灰质砂岩互层，个别区域可见暗紫色泥岩。
此地层上部Ed 主要使用19mm 尺寸四刀翼的PDC 钻头。
浅析使用PDC钻头时的现场录井工作
浅析使用PDC钻头时的现场录井工作时间：2002-12-17 21:13:26 作者：李玉众所周知，科技是第一生产力，随着高新技术在钻井工程方面的实际应用，为了减少钻井过程中，对深层油气的污染和破坏，尽量采用高新技术来加快钻井速度，缩短建井周期，节约钻井成本，广泛使用PDC钻头。
由于PDC钻头比三牙轮钻头牙齿小且多，钻压较小一般为7~8吨，基本上是靠井下钻头的高转速来达到破碎地下岩石的目的，而且，被破碎的岩屑通过在井内上返过程中的相互磨损，到达地面后岩屑的颗粒变得极为细小，泥岩常呈棱角分明的薄片状，储层物性较好的砂岩常呈分散状颗粒；加上该种类型的钻头在不同构造区块，其对各种地层的可钻性也不同，有些地区，钻时录井不能正确反映地下地层的岩性，如胡103井的沙三上~沙三中地层，唐7井的沙二上~沙三上地层，在这两口井该亚段录取的钻时数据上可以看出，无论是泥岩还是砂岩，钻时一般为5~8min/m，砂岩泥岩区分不太明显，这样，在常规录井工作中，只能通过岩屑录井及荧光录井来分析和判断所钻地层的岩性及其含油性，再加上某些大斜度定向井需要混入一定数量的具有荧光性质的润滑剂，因此，给我们的现场录井工作带来了一定程度的影响。
下面谈一下就近两年来在使用PDC钻头录井工作中的几点认识：一、捞砂过程中应注意的几个问题。
我们从事现场录井工作者都知道，岩屑录井的基础工作是迟到时间的测定，因此在使用PDC钻头钻进过程中，要经常实测迟到时间，以保证捞样时间的准确性。
由于PDC钻头所钻岩屑颗粒细小，钻井方面振动筛布的目数一般在80~120目之间，接取的岩屑往往呈现稀糊形状；在此种情况下，首先，取样时先用100目的筛布悬空静止2min左右，然后倒入捞样盆内，取样量要偏少，减少清洗时间；其次，冲洗时避免用水头直接冲洗岩屑，减少岩屑的带走量，当然用静水洗样则更好；节三，岩屑一定要彻底清洗干净，不要带有泥饼之类的任何污染物，以便有利于下一步荧光滴照工作。
PDC钻头随钻地震技术在胜利油田某井区的应用探索
第53卷 第11期 2023年11月中国海洋大学学报P E R I O D I C A L O F O C E A N U N I V E R S I T Y O F C H I N A53(11):152~161N o v .,2023P D C 钻头随钻地震技术在胜利油田某井区的应用探索❋童思友1,2,石 辉1,徐秀刚1,2❋❋,王延光3,谷玉田3,孙 超4(1.中国海洋大学海洋地球科学学院,海底科学与探测技术教育部重点实验室,山东青岛266100;2.青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,山东青岛266237;3.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司,山东东营257000;4.中海石油(中国)有限公司海南分公司,海南海口570312)摘 要: 本文分析了聚晶金刚石复合片钻头(P o l y c r y s t a l l i n e d i a m o n d c o m pa c tb i t ,P D C )破岩机制以及钻进过程中所产生的波场特征,采集获得了波场信息丰富的三分量随钻地震数据,经精细预处理后,成功分离获得高信噪比横波信息,基于此求取了精度较高的横波层速度,进而实现了P D C 钻头随钻地震资料反射波成像,实现了P D C 钻头随钻地震在胜利油田某井区的成功应用㊂本文技术的成功探索,为我国石油钻井中P D C 钻头随钻地震的工程应用指明了方向㊂关键词: 随钻地震;聚晶金刚石复合片钻头;横波成像;波场分离中图法分类号: P 631.4 文献标志码: A 文章编号: 1672-5174(2023)11-152-10D O I : 10.16441/j.c n k i .h d x b .20220274引用格式: 童思友,石辉,徐秀刚,等.P D C 钻头随钻地震技术在胜利油田某井区的应用探索[J ].中国海洋大学学报(自然科学版),2023,53(11):152-161.T o n g S i y o u ,S h i H u i ,X u X i u g a n g ,e t a l .A p p l i c a t i o n o f P D C b i t S W D t e c h n o l o g y i n a w e l l a r e a o f S h e n gl i O i l f i e l d [J ].P e r i o d i c a l o f O c e a n U n i v e r s i t y of C h i n a ,2023,53(11):152-161. ❋ 基金项目:国家自然科学基金项目(42074140)资助S u p p o r t e d b yt h e N a t i o n a l N a t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n o f C h i n a (42074140)收稿日期:2022-05-15;修订日期:2022-07-15作者简介:童思友(1969 ),男,博士,教授,博导㊂E -m a i l :t s y@o u c .e d u .c n ❋❋ 通信作者:E -m a i l :x x g@o u c .e d u .c n 随钻地震(S e i s m i c w h i l e d r i l l i n g,S W D )是石油钻井工程与地震勘探有机融合的技术,与钻井同步实时采集地震资料,可提取地球物理信息,用于实时预测钻头前方地质信息,协助减少钻探风险,帮助调整钻井作业方案,是一项具有战略意义的学科交叉技术㊂钻头随钻地震技术,即随钻R V S P,是最先研究和应用的随钻地震技术㊂早在二十世纪三十年代,W e a t h e r b y 利用顿钻作为震源,形成最初的随钻地震思想[1];H a l d o r s e n等利用地面传感器获得钻头信号,并以此开展R V S P测量[2];L o r e n z o P e t r o n i o 等优化了随钻数据采集时的地面传感器排列方式[3];F a b i o R o c c a 等提出三维随钻地震的偏移成像方法[4];S u n 等探讨了将P D C 钻头用作随钻地震震源的可能性[5];Y u 等提出了一种集数据采集全过程为一体的随钻地震质量监测系统[6];K e pi c 等在南澳大利亚开展钻头随钻地震试验[7]㊂目前牙轮钻头随钻地震技术相对成熟,且主要核心技术掌握在国外公司手里,中国尚处于跟进状态㊂受技术发展水平限制,我国对钻头随钻地震的研究起步较晚,于二十世纪九十年代才开始相关研究[8-9],目前对随钻地震的研究与国外相比还有较大差距㊂张绍槐㊁韩继勇等开始率先在国内开展钻头随钻地震的研究,形成了随钻地震技术在国内的初步理论方法认识,推动了随钻地震在国内的发展[10-11]㊂2006年,中石化联合中国地震局㊁中国海洋大学㊁中国石油大学等承担863计划项目随钻地震技术研究 ,开展联合技术攻关,在随钻地震数据处理软件系统的开发㊁仪器设备的研发以及基础理论和方法等方面都取得了较大进展,极大的促进了国内随钻地震技术的发展[12-14]㊂陆斌等利用独立成分分析法有效改善了多种信号的混叠现象,在一定程度上提高了随钻数据处理质量[15];黄伟传等应用反褶积干涉法以及自相关偏移成像,在实际随钻数据处理中取得了较好的效果[16];金朝娣等利用小波域相关算法使随钻地震数据的噪音干扰得到了更好的压制[17];邓瑞等利用高阶交错网格有限差分算法对随钻地震波场进行了数值模拟[18];徐逸鹤等通过半解析的方法对钻头随钻地震震源的振幅和波场信息进行了获取,利用沿最陡降线回路积分方法求得了较高精度的地震波场数值解[19];秦显科等将稀疏表示理论融入到随钻地震的参考信号处理过程当中,实现了对参考信号稀疏分解降噪处理,使资料信噪比得到了改善[20];王林飞等对钻头信号在整个钻柱系统中的传输机制进行了详细的分析[21]㊂Copyright ©博看网. All Rights Reserved.11期童思友,等:P D C钻头随钻地震技术在胜利油田某井区的应用探索随着钻井工艺的革新发展,P D C钻头逐渐取代牙轮钻头在钻井中广泛使用[22]㊂然而此前绝大部分的随钻地震研究都基于牙轮钻头钻进时采集到的随钻纵波资料,基于P D C钻头随钻地震的国内外研究相对较少㊂P D C钻头以剪切作用为主横向旋转破岩钻进,产生的波场以横波为主,且其能量要远大于纵波能量㊂与牙轮钻头随钻地震相比,P D C钻头随钻地震技术极具挑战性,国内外均无成熟技术可借鉴㊂因此,基于目前石油钻井工程广泛应用的P D C钻头,探索P D C钻头随钻地震技术意义深远㊂本文成功实现了该技术在胜利油田某井区的应用探索,采集获得了波场信息丰富的三分量随钻地震数据,并基于S h e a r l e t变换成功实现了横波信息的有效分离,最终实现了P D C钻头随钻地震资料的横波成像,为该技术在我国的陆地和海洋石油钻井中的工程应用探明了方向㊂1钻头随钻地震的基本原理和P D C钻头随钻地震的波场构成1.1钻头随钻地震的基本原理钻头随钻地震即随钻R V S P,其观测方式与常规R V S P(R e v e r s e v e r t i c a l s e i s m i c p r o f i l i n g)观测方式相近㊂在油气勘探中,R V S P观测有着众多优势,但由于常规震源入井困难,存在井中震源容易对井壁造成伤害的隐患,因此在常规油气勘探中R V S P观测的应用受到限制㊂钻头随钻地震是把钻头破岩产生的震动作为震源,不需要额外的震源设备入井,可以边钻边测,不占用钻井时间,这使R V S P观测方式在随钻地震中得到了极大地推广和发展㊂伴随着钻头破岩钻进的过程,钻头会与地层作用而产生震动,称之为钻头信号,钻头随钻地震技术就是以此为震源,将采集设备分别部署在钻柱顶部和井场附近地面上来接收地震信号[23],钻柱顶部的传感器接收经钻柱传递的钻头信号,称之为参考信号,地面上的检波器排列采集通过地层传播而来的反射波和直达波,将地面检波器信号和参考信号做预处理,再对二者做互相关及后续处理,最终可得到类似于逆V S P的地震剖面[24-25]㊂钻头随钻地震原理如图1所示㊂1.2P D C钻头随钻地震波场的构成随着石油钻井工艺的发展,P D C钻头逐渐替代了牙轮钻头,牙轮钻头以轴向震动为主,主要产生纵波,其横波很弱㊂以前的随钻地震技术研究基本上是围绕牙轮钻头破岩机理开展的,而P D C钻头是通过切削齿进行切削地层,切削齿主要包括齿柱式切削齿和复合片切削齿两种形式[26]㊂P D C钻头切削岩石,实际上是对岩石的一种侧向挤压过程,依靠切削力破碎岩石,在这个过程中,当岩石被P D C钻头所施加的剪切应力大于其抗剪强度时,被剪切的岩石就会通过滑移变形成为岩屑㊂剪切破岩是P D C钻头的主要工作形式,其产生的轴向震动非常少,因此产生的纵波很弱,而横波相对较强㊂图1钻头随钻地震原理图F i g.1S c h e m a t i c d i a g r a m o f t h e d r i l l b i t s e i s m i c w h i l e d r i l l i n g P D C钻头工作时在井底以较快的速度进行横向旋转,由切削齿作用在岩石上产生一系列的力偶作用,这一过程中质点位移公式表示为[27]:u r(r,φ,t)=0uθ=-A1d s i nφ4πρβ3r g'(t-rβ)uφ(r,φ,t)=0㊂(1)式中:r为径向位移;A1为比例因子;d为钻头直径;ρ为地层层密度;φ为z轴与径向波场辐射矢量的夹角;θ为x y平面辐射方位角;β为地层横波速度;uθ为S H 波分量;u r为P波径向分量;uφ为S V波分量;g'为函数时间导数㊂在P D C钻头单纯的横向旋转剪切震动所产生的波场辐射中只存在S H分量,P波径向分量和S V波分量为0㊂P D C钻头的转速是影响其频谱特征的主要因素,横波(S H)是P D C钻头破岩产生主要波型,在压力负荷稳定㊁转速恒定不变的情况下,所产生的横波波场也是稳定的,但事实上,由于井底状态㊁地层强度不均匀㊁泥浆压力以及钻头磨损等因素在一定范围内是随机变化的,这给钻头旋转产生了随机的阻力变化,从而导致P D C钻头的转速是变化的,因此其产生的横波频带较宽㊂2胜利油田某井区P D C钻头随钻地震三分量数据采集方法本次研究的胜利油田某井区随钻地震,采用P D C 钻头钻进㊁斜井中靶,目的层深度3300m左右㊂根据井场周边实际情况及钻头震源波场传播特性,设计相351Copyright©博看网. All Rights Reserved.中 国 海 洋 大 学 学 报2023年应的立体采集观测系统(见图2)开展钻头随钻地震资料立体采集㊂图2 P D C 钻头随钻地震立体采集F i g .2 S t e r e o a c q u i s i t i o n w h i l e d r i l l i n g wi t h P D C b i t 在井场区域布置接收传感器,主要用于记录井场及附近的复杂噪音,由井口位置向西布置w a l k -a w a y 测线,因为本井为斜井(向西)钻探,随着钻井深度的推进,钻头震源位置的纵向投影沿着测线方向延伸,自生产井口向西450m (距离钻头激发点位置水平距离约350m )处开始布设A l l s e i s -3C H -V 1三分量节点(见图3),采集三分量㊁宽频带㊁高信噪比的随钻地震数据㊂为获得有效的参考信号,本次施工采集在顶驱上安装了三分量加速度传感器用于采集参考信号,参考信号的数据能够实时传输至远程终端,可实时监控其数据采集质量㊂图3 地面三分量采集F i g .3G r o u n d t h r e e c o m p o n e n t a cqu i s i t i o n 3 P D C 钻头随钻地震资料精细处理3.1联合反褶积消除随钻地震参考信号钻柱传输效应钻头破岩震动信号是连续的,为了使地面连续接收的信号近似转换为脉冲震源信号,需要其与钻头信号进行互相关㊂由于P D C 钻头参考信号是钻头破岩震动信号经钻柱传输系统褶积后被改造的钻头信号,因此消除钻柱传输效应的最好方法是脉冲反褶积[28]㊂图4为信号经过钻柱传输的参考信号及自身自相关的记录,由自相关结果可以看出,参考信号中有强烈的钻柱传输形成的复杂多次波影响,若不消除钻柱传输效应产生的各种多次波的影响,势必会影响后续的互相关结果㊂图4 钻头参考信号及自相关记录F i g .4 B i t r e f e r e n c e s i gn a l a n d a u t o c o r r e l a t i o n r e c o r d 451Copyright ©博看网. All Rights Reserved.11期童思友,等:P D C 钻头随钻地震技术在胜利油田某井区的应用探索为消除钻柱传输效应产生的影响,本文采用联合反褶积方法,更加合理地消除钻柱传输系统的各种改造因素,以逼近真实的钻头信号㊂图5(a )是只使用脉冲反褶积后的自相关结果,从图中可以看到,虽然消除了不同类型多次波的传输效应影响,但依然可见其还存在较强的信息残留;图5(b )为在图5(a )的基础上继续统计分析其剩余影响,进一步进行反褶积处理后的自相关结果,钻柱传输效应的剩余主能量得到有效压制,在此基础上继续针对剩余传输效应的特征进行针对性反褶积,通过这种联合反褶积最终实现了对于参考信号钻柱传输效应的合理消除㊂图5(c )为优化联合反褶积方案后的自相关结果,从图中可以看到各种钻柱传输影响得到了有效的消除,其结果基本接近钻头信号特征㊂图5 联合反褶积消除随钻地震参考信号钻柱传输效应效果F i g .5 E f f e c t o f J o i n t d e c o n v o l u t i o n o n e l i m i n a t i n gt h e d r i l l s t r i n g t r a n s m i s s i o n e f f e c t o f S W D r e f e r e n c e s i gn a l 从有效压制钻柱传输效应前后的参考信号数据上看,经过优化联合反褶积消除钻柱传输效应后,参考信号中周期性的多次波(见图6(a))等得到了有效的消除,如图6(b )所示,消除参考信号钻柱传输效应的参考信号更加接近钻头信号㊂同样的,参考信号的频谱上由于多次波的影响出现了复杂的陷波效应(见图7(a ));而通过优化联合反褶积后,各种陷波效应得到了明显的恢复,优化联合反褶积后(见图7(b ))的频谱相较于之前(见图7(a ))的陷波效应得到了明显改善,参考信号有效频带变宽㊁主频更高,这与钻头信号特征吻合㊂551Copyright ©博看网. All Rights Reserved.中 国 海 洋 大 学 学 报2023年图6 消除参考信号钻柱传输效应前后效果对比F i g .6 C o m p a r i s o n o f e f f e c t s b e f o r e a n d a f t e r e l i m i n a t i n gt h e d r i l l s t r i n g t r a n s m i s s i o n e f f e c t o f r e f e r e n c e s i gn al 图7 消除参考信号钻柱传输效应前后频谱对比F i g .7 S p e c t r u m c o m p a r i s o n b e f o r e a n d a f t e r e l i m i n a t i n gt h e d r i l l s t r i n g t r a n s m i s s i o n e f f e c t o f r e f er e n c e s i gn a l 3.2随钻地震数据高质量互相关随钻地震地面记录与消除钻柱传输效应的参考信号高质量互相关的关键是互相关的策略,本文研究的互相关策略是基于钻遇地层结合钻井工况的变步长互相关㊂由于随钻地震数据是连续采集的,钻头信号受到钻压㊁钻速及钻遇地层等因素的影响,其钻进相同进尺的耗时是不相同的,所以为达到最佳的互相关,互相关时长不能固定不变,需要根据钻进进尺的变化而变化㊂钻井队现场记录了不同钻达深度的时间,结合先期地质分层㊁岩屑等特征综合判别不通钻达深度的岩性是否相近,据此划分并确定钻穿不同地层不同时间段的互相关时长,以达到理想的互相关结果,得到近似脉冲震源的炮记录㊂进行互相关之前(见图8(a)),因为接收的是钻头连续震动经地层传播的记录,无法像脉冲震源那样看到反射波信息,且信噪比很低㊂因此,本文基于钻遇地图8 地面传感器采集的随钻地震信号与消除钻柱传输效应的参考信号互相关前后对比F i g .8 C o m pa r i s o nb e f o r e a n d a f t e rc r o s s -c o r r e l a t i o n b e t w e e n S W D s i g n a l a c q u i r ed b y g r o u n d se n s o r a n d r ef e r e n c e s i gn a l e l i m i n a t i n g d r i l l s t r i n gt r a n s m i s s i o n e f f e c t 651Copyright ©博看网. All Rights Reserved.11期童思友,等:P D C 钻头随钻地震技术在胜利油田某井区的应用探索层结合钻井工况的变步长互相关技术获得高质量互相关结果(见图8(b )),构建近似脉冲震源的随钻R V S P 记录㊂从图8(b)可以看到,相关后记录的初至特征和反射波特征清晰,但是由于背景噪音很强,导致有效信号相对较弱,因此需要在后续的处理中进行强噪音衰减与弱信号增强,进一步提高资料的信噪比㊂图9是弱有效信号增强前后的对比图,从图中可以看到,经过强噪音压制与弱信号增强之后,在1780~1860m s 的范围之间的横波初至(见图9(b)的黄色虚线所示)得以显现,并且在横波初至下,有明显的㊁能量较强的㊁与横波初至视速度方向相反的反射横波信息(见图9(b)的红色虚线所示)㊂图9 互相关后强噪音压制及弱信号增强改善横波质量F i g .9 I m p r o v e m e n t o f s h e a r w a v e q u a l i t y b y s t r o n g no i s e s u p p r e s s i o n a n d w e a k s i gn a l e n h a n c e m e n t a f t e r c r o s s -c o r r e l a t i o n 为了验证本次随钻地震采集获得横波资料的可靠性,基于随钻地震资料反演获得的地层横波速度与通过声波测井资料计算的横波速度进行了对比㊂图10(a)所示是基于随钻地震资料反演的垂直深度范围3074~3306m 的地层横波速度(1m 一个速度值),与图10(b)所示的采用声波测井资料计算获得纵波速度推算得到的横波速度(0.125m 一个速度值)对比,可以看出两者具有较好的一致性,充分说明了,基于P D C 钻头随钻地震资料求取横波速度具有较高的准确性㊂图10 随钻地震资料反演的横波层速度与基于声波测井计算纵波速度推算的横波层速度对比F i g .10 c o m p a r i s o n b e t w e e n S -w a v e i n t e r v a l v e l o c i t yi n v e r s i o n f r o m S W D d a t a a n d S -w a v e i n t e r v a l v e l o c i t y ca l c u l a t e db a s e d o n P -w a v e v e l oc i t y o b t a i n ed f r o m a c o u s t i c l o g g i n g在图10所示的地层横波速度中,横波速度在垂深3150m 的深度位置开始急剧增大,由2600m /s 左右增大至3800m /s 左右,在3220m 的深度位置又开始急剧减小,由3800m /s 左右减小至1700m /s 左右,这个结果说明随钻地震资料对特殊地层有很好的反751Copyright ©博看网. All Rights Reserved.中 国 海 洋 大 学 学 报2023年应,该技术可以在钻井工程中推广应用,基于P D C 钻头随钻地震资料能够准确计算地层横波速度,结合钻头前方反射波的进一步处理,可以提取钻头前方一定深度范围的地层速度,有利于提高钻前压力预测的准确性㊂4 P D C 钻头随钻地震横波数据叠前深度偏移成像4.1基于S h e a r l e t 变换的随钻地震数据横波波场分离经上述处理后的记录中虽然可以看到明显的反射横波信息,但是还存在着其他波场信息的干扰,只有将记录中的反射横波信息准确的分离出来,才能确保后续偏移成像的准确性㊂本文基于S h e a r l e t 变换实现横波波场的有效分离㊂为获得更好的分离效果,在进行S h e a r l e t 变换波场分离前,需要先进行R V S P 动校正,将一次反射横波动校正拉平,从而使得反射横波与其他反射波在S h e a r l e t 域的(j ,θ,k )空间存在着更加明显的差异,动校正拉平后的反射横波在S h e a r l e t 域基本分布于小角度的分量,而其他反射波则分布于较大角度分量,这样就可以将一次反射横波从复杂波场中较好的分离出来(见图11)㊂图11 随钻地震横波数据动校正前后效果对比F i g .11 C o m pa r i s o n o f S W D S -w a v e d a t ab e fo r e a n d a f t e r N M O 图12(a )为随钻R V S P 动校正后S h e a r l e t 变换分离出反射横波经过反动校正后记录,反射横波波场特征清晰,信噪比和分辨率较高㊂图12(b)为动校正后S h e a r l e t 变换波场分离后的剩余波场反动校正结果,可见分离掉的波场中存在着较多与横波初至平行的多次波同相轴,以及呈波浪状同相轴的噪音波场㊂经过S h e a r l e t 变换波场分离后,进一步地提高了数据的信噪比,为反射横波偏移成像提供了可靠的数据基础㊂图12 随钻R V S P 动校正后S h e a r l e t 变换分离出的反射横波与分离掉的波场反动校正显示F i g .12 R e v e r s e N M O o f r e f l e c t e d s h e a r w a v e s e p a r a t e d b ys h e a r l e t t r a n s f o r m a n d r e s i d u a l w a v e f i e l d r e a c t i o nc o r r e c t i o n s e p a r a t ed a f te r R V S P N M O w h i l e d r i l l i n g4.2随钻地震横波数据叠前深度偏移成像本文基于K i r c h h o f f 积分法,采用标量成像,实现基于横波数据的叠前深度偏移成像,用横波信息建立的速度模型完成了偏移,获得了反射横波R V S P 叠前深度偏移剖面㊂如图13所示,成像剖面信噪比较高,不仅能对钻进垂直深度范围3080~3306m 的地层进行了有效成像,同时也能对钻前直至3600m 深度地层实现了准确成像,有效刻画了地下层位特征㊂851Copyright ©博看网. All Rights Reserved.11期童思友,等:P D C钻头随钻地震技术在胜利油田某井区的应用探索图13 随钻数据反射横波深度偏移成像结果F i g .13 R e s u l t s o f r e f l e c t e d s h e a r w a v e d e pt h m i gr a t i o n o f S W D d a t a 由图13所示反射横波深度偏移成像结果可以看到,在成像剖面的3150和3250m 深度范围,有能量特别强的反射层特征,对应着该井特殊地层,充分说明了基于P D C 钻头随钻地震有效分离横波并进行准确成像是可行的,且基于P D C 钻头随钻地震反射横波偏移成像能够实现对地下特殊地层的准确刻画㊂5 结论通过P D C 钻头随钻地震技术在胜利油田某井区的应用探索,获得的结论与认识主要包括:(1)基于本文设计的立体采集技术,实现了野外现场P D C 钻头随钻地震资料横波信息的高质量获取㊂(2)优化的联合反褶积方法,较好的消除了钻柱传输效应的综合影响,使参考信号更加接近真实的钻头信号㊂(3)基于钻遇地层结合工况进行变步长互相关,实现了随钻R V S P 记录的高质量构建,并利用S h e a r l e t变换的多尺度分解特性,实现了对于随钻数据中反射横波信息的有效分离㊂(4)P D C 钻头随钻地震反演获得的横波层速度精度高,反射横波深度域成像质量高,二者对该井目的层段特殊地层有准确响应,充分证实了基于P D C 钻头随钻地震技术的实用性㊂目前海洋石油钻井也主要采用P D C 钻头,如果将三分量传感器部署于海底,可采集获得高信噪比P D C 钻头随钻地震信号㊂本文技术应用于陆地和海洋石油钻井P D C 钻头随钻地震都将有很好的工程应用前景㊂致谢:感谢胜利油田对本文研究的大力支持㊂感谢东方地球物理公司提供G e o E a s t 处理系统㊂参考文献:[1] W e a t h e r b y B B .M e t h o d o f m a k i n g su b -s u r f a c e d e t e r m i n a t i o n s .U S ,U S 2062151A [P ].1936.[2] H a l d o r s e n J B U ,M i l l e r D E ,W a l s h J J .W a l k -a w a y V S P u s i n gd r i l l n o i se a s a s o u r c e [J ].G e o p h ys i c s ,1995,60(4):978-997.[3] L o r e n z o P e t r o n i o ,F l a v i o P o l e t t o ,F r a n c e s c o M i r a n d a ,e t a l .O pt i -m i z a t i o n o f r e c e i v e r p a t t e r n i n s e i s m i c -w h i l e -d r i l l i n g [J ].S e g Te c h -n i c a l P r o g r a m E x pa n d e d Ab s t r ac t s ,1999,18(1):164-167.[4] F a b i o R o c c a ,M a s s i m i l i a n o V a s s a l l o ,G i a n c a r l o B e r n a s c o n i .T h r e e -d i me n s i o n a l s e i s m i c -w h i l e -d r i l l i n g (S W D )m i g r a t i o n i n t h e a n gu l a r f r e q u e n c y d o m a i n [J ].G e o p h ys i c s ,2005,70(6):111-120.[5] S u n B o n a ,Z h o u K i n g ,D u p u i s P e v z n e r .S e i s m i c w h i l e d r i l l i n g ex -p e r i m e n t w i t h d i a m o n d d r i l l i n g a t B r u k u n ga ,S o u t h A u s t r a l i a [J ].A S E G E x t e n d e d Ab s t r ac t s ,2013,13(1):1-4.[6] Y u L L ,L i Y H ,W a n g A F .Q u a l i t y m o n i t o r i n g s ys t e m f o r s e i s -m i c w h i l e d r i l l i n g [J ].A p pl i e d M e c h a n i c s &M a t e r i a l s ,2013,318(10):572-575.[7] K e p i c ,A n t o n ,B o n a .D r i l l -r i g n o i s e s u p p r e s s i o n u s i n g th e K a r -h u n e n -L o e v e t r a n s f o r m f o r s e i s m i c -w h i l e -d r i l l i n g e x p e r i m e n t a t B r u k u n g a ,S o u t h A u s t r a l i a [J ].E x p l o r a t i o n G e o p h ys i c s ,2016,47(1):14-18.[8] 韩继勇,陈军斌.随钻地震中钻头产生的振动波特征[C ].[s .l .]:1996年中国地球物理学会第十二届学术年会论文集,1996.H a n J Y ,C h e n J B .C h a r a c t e r i s t i c s o f W a v e s G e n e r a t e d b y Bi t S W D [C ].[s .l .]:P r o c e e d i n gs o f t h e 12t h A n n u a l A c a d e m i c C o n -f e r e n c e o f t h e C h i n e s e G e o p h y s i c a l S o c i e t yi n 1996,1996.[9] 韩继勇.随钻地震的钻头震源研究[J ].西安石油学院学报(自然科学版),1998,13(2):5-9.H a n J Y .A s t u d y on s e i s m i c s o u r c e o f a b i t i n s e i s m i c w h i l e d r i l l -i n g[J ].J o u r n a l o f X i 'a n P e t r o l e u m I n s t i t u t e (N a t u r a l S c i e n c e E d i -t i o n ),1998,13(2):5-9.[10] 韩继勇.相关技术在随钻地震中的应用[J ].西南石油学院学报,1998,20(1):57-60.H a n J Y .A p p l i c a t i o n o f c o r r e l a t i o n t e c h n o l o g y in s e i s m i c w h i l e d r i l l i n g[J ].J o u r n a l o f S o u t h w e s t P e t r o l e u m I n s t i t u t e ,1998,20(1):57-60.[11] 张绍槐,韩继勇,朱根法.随钻地震技术的理论及工程应用[J ].石油学报,1999,20(2):75-80.Z h a n g S H ,H a n J Y ,Z h u G F .T h e e n g i n e e r i n g a p pl i c a t i o n a n d t h e o r y o f s e i s m i c w h i l e d r i l l i n g[J ].A c t a P e t r o l e i S i n i c a ,1999,20(2):75-80.[12] 王宁健.随钻地震钻头信号提取方法研究[D ].青岛:中国海洋大学,2008.W a n g N J .R e s e a r c h o n D r i l l -b i t S i g n a l s E x t r a c t i n g Me t h o d s of S e i s m i c W h i l e D r i l l i ng [D ].Q i n g d a o :O c e a n U n i v e r s i t y of C h i n a ,2008.[13] 王鹏.随钻地震波场数值模拟研究[D ].北京:中国地震局地球物理研究所,2009.W a n g P .N u m e r i c a l S i m u l a t i o n o f t h e S e i s m i c W a v e P r o p a ga t i o n f o r S W D [D ].B e i j i n g :I n s t i t u t e o f G e o p h y s i c s C h i n a E a r t h qu a k e A d m i n i s t r a t i o n ,2009.[14] 徐冰.随钻地震数据处理系统软件体系结构研究[D ].青岛:中国海洋大学,2013.X u B .R e s e a r c h o f S W D D a t a P r o c e s s i n g So f t w a r e A r c h i t e c t u r e [D ].Q i n g d a o :O c e a n U n i v e r s i t y of C h i n a ,2013.[15] 陆斌,葛洪魁,吴何珍,等.独立成分分析在随钻地震信号处理中的应用[J ].石油地球物理勘探,2010,45(1):15-22.951Copyright ©博看网. 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PDC钻头使用方法
PDC钻头使用方法PDC钻头使用方法1.引言PDC钻头是一种常用的钻井工具，在石油勘探和开采过程中发挥重要作用。
本文档旨在介绍PDC钻头的使用方法，包括其结构、操作步骤、维护和安全使用等方面的内容。
2.PDC钻头结构2.1 钻头头部- 刀翼：由聚结金刚石（PDC）刀片制成，用于切割地层。
- 钻咀：用于传导钻头旋转力和钻进液。
2.2 钻头身体- 钻头身体是连接钻头头部和钻杆的组件。
- 具有合适的孔径和连接螺纹，以便与其他钻具连接使用。
3.PDC钻头的使用步骤3.1 准备工作- 检查钻头和钻杆的连接螺纹是否完好。
- 确保钻头清洁，并检查刀片是否磨损或损坏。
- 检查钻头钻咀是否畅通，没有堵塞。
- 准备好所需的钻进液和其他配套设备。
3.2 安装钻头- 将钻头与钻杆连接，确保螺纹连接紧密。
- 使用扳手或其他工具适当拧紧连接。
3.3 钻进操作- 推入钻进液，让其通过钻头的钻咀进入井口。
- 开始旋转钻杆，使钻头刀翼与地层接触并切割。
- 应根据钻井情况调整钻进液的流量和压力。
3.4 钻头维护- 定期检查钻头刀片的磨损情况，如有需要及时更换新刀片。
- 清洗和保养钻头，防止积累的泥浆和杂质对工作性能的影响。
- 在使用和停用钻头之前，进行必要的清洗和消毒。
4.PDC钻头的安全使用注意事项- 使用前必须经过相应的培训和授权。
- 操作时要佩戴合适的防护设备，如手套、护目镜和安全鞋等。
- 钻杆连接应保持紧固，以避免松动导致事故。
- 钻进液的流量和压力应根据钻井情况进行合理调整，以防止意外发生。
附件：附件1：PDC钻头结构示意图附件2：PDC钻头维护记录表法律名词及注释：1.PDC钻头：多刃复合聚结金刚石钻头的缩写。
2.钻进液：在钻井过程中用于冷却钻头、提升岩屑和封堵井眼的液体。
PDC钻头的原理和应用
PDC钻头的原理和应用摘要PDC钻头在胜利油田的成功应用,大大地提高了机械钻速。
但由于PDC 钻头在结构与钻进参数上的特殊性,造成其在定向井中井眼轨迹控制方面的不足。
关键词PDC;原理;定向井;问题1对PDC钻头的分析PDC钻头于20世纪70年代投入应用。
在过去的30多年中,大量的技术进步使PDC钻头在钻头市场上占有重要份额,并且成增长趋势。
过去,PDC钻头只限于钻软到中硬地层,不能钻研磨性地层。
今天,大量的发明和技术突破使PDC钻头的钻速更快、钻井质量更好而且钻井深度更深,其应用范围也扩大到硬地层和研磨性地层。
1.1聚晶金刚石复合片(PDC)钻头的材料聚晶金刚石复合片是以金刚石粉为原料加入粘结剂在高温高压下烧结而成。
由于聚晶金刚石内晶体间的取向不规则,不存在单晶金刚石所固有的解理面,所以PDC的抗磨性及强度高于天然金刚石且不易破碎。
但由于多种材料的存在,热稳定性较差,同时脆性较强,不能经受冲击载荷。
后来随着PDC钻头的技术进步使得聚晶金刚石薄片与碳化钨圆片接触面的几何形状有了改进,也使PDC钻头的热稳定极限也由原先的700。
C提高到1150℃。
1.2聚晶金刚石复合片(PDC)钻头的结构与牙轮钻头不同,PDC钻头没有运动部件。
按钻头体材料及切削齿结构把PDC钻头分为胎体及钢体两类。
胎体钻头的钻头体用碳化钨制成,再将复合片直接焊接在本体;钢体钻头的钻头体用整块的合金钢加工而成,再将复合片焊接在碳化钨材料齿柱上制成切削齿,然后将切削齿镶嵌在钻头体上。
1.3PDC钻头的水力结构PDC钻头采用水眼供给钻井液,通过切削齿的排列分配钻井液的方式保证切削齿的清洗、冷却和润滑。
PDC钻头有刮刀式、单齿式和组合式三种排列及分布方式。
1.4PDC钻头的工作原理PDC钻头工作原理和刮刀钻头基本相同。
1)PDC钻头在钻进某些硬地层时,在钻压作用下压入岩石,使与金刚石接触的岩石处于极高的应力状态而使岩石呈现塑性。
在塑性(或岩石在应力作用下呈塑性)地层,金刚石吃入地层并在钻头扭矩的作用下使前方的岩石内部发生破碎或塑性流动,脱离岩石基体,形成岩屑。
PDC钻头在胜利油田深井钻井中的应用
PDC钻头在胜利油田深井钻井中的应用
常领;陈华忠
【期刊名称】《石油钻探技术》
【年(卷),期】2007(035)004
【摘要】胜利油田为提高深井钻井速度,试验应用了PDC钻头,结果表明,深井钻井应用PDC钻头可大幅度提高机械钻速,缩短建井周期,降低钻井成本, 经济效益明显.通过大量的现场试验,扩大了PDC钻头在胜利油田的使用范围,并取得很好的效果,初步形成了PDC钻头推广应用区域模式.详细介绍了胜利油田不适用PDC钻头钻进的地层岩性,给出了钻头选型及钻井参数选择原则,并对应用效果进行了分析.【总页数】2页(P92-93)
【作者】常领;陈华忠
【作者单位】胜利石油管理局,渤海钻井总公司,山东,东营,257220;胜利石油管理局,渤海钻井总公司,山东,东营,257220
【正文语种】中文
【中图分类】TE921+.1
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特殊井PDC钻头的研制与应用
特殊井PDC钻头的研制与应用一、引言近年来国内外各油田钻井提速工作取得了很大进展，随着PDC钻头的推广，钻井工艺的日益完善，常规井的钻井周期不断被刷新，为了取得更大的经济效益，各油田开始针对定向井，水平井开发新的钻井工艺。
在此契机下，特殊井使用的PDC钻头，如定向井钻头，水平井钻头也开始了研发起步。
定向井是使井身沿着预先设计的井斜和方位钻达目的层的钻井方法。
其剖面主要有分三类：垂直段、造斜段、稳斜段。
水平井是定向井的一种，一般的油井是垂直或倾斜贯穿油层，通过油层的井段比较短。
而水平井是在垂直或倾斜地钻达油层后，井筒转达接近于水平，以与油层保持平行，得以长井段的在油层中钻进直到完井。
由于PDC钻头的切削方式，导致其在定向时产生的反扭矩过大，工具面不稳定，造斜率不一致，定向钻头针对以上特点，改进了钻头造型并增加特殊设计来改善钻头产品造斜效果和机械钻速。
二、钻头设计1.结构设计1.1 短保径设计改进钻头定向钻进性能的途径是以减少钻头扭矩为基础的[1]。
由于PDC钻头的切削方式决定了其扭矩的大部分来自钻头表面对岩石的切削，但也有一部分由于规径块与井壁的接触摩擦造成的。
理论上通过缩短钻头规径，会使井壁的摩擦扭矩减少，也可以优化钻头的侧切力。
我们将定向钻头规径尺寸缩短到正常规径的一般以上。
减小钻头的总长度，使钻头的切削表面和规径块离井底马达扶正器的距离更近。
在定向钻井理论中[2]，钻头钻出的井眼轨迹圆弧取决于井底钻具与井壁的三个接触点。
缩短第一接触点（钻头规径块）到井底马达扶正器的距离，钻井系统的潜在造斜能力将会增加。
我们通过缩短规径长度，实地调研改变接头结构使用短接头，在保障扣型不变的前提下，缩短接头钳口尺寸，从而达到减小钻头总长度的目的。
1.2 加强保径设计短于正常长度的规径可能导致钻头稳定性的下降，并使其耐磨性有所降低。
为此我们采用增加近工作面保径齿和规径面规径齿密度，通过这两种方式保证定向钻头保径的抗磨损性不会因为缩减尺寸而减弱。
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齿的切削功率如图3所示，不平衡力优化控制如图4所 示。计算结果表明：钻头切削功率在内锥和鼻部过度 圆滑，切削齿受力情况良好较为均匀，能有效避免因受 力不均等造成的崩齿现象。
2019年第4期
西部探矿工程
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异形齿PDC钻头在大港油田的现场应用
郭 * 亮 ，冯雪诚，陶瑞东，马强，王维良，金统
(渤海钻探第三钻井公司，天津300280)
摘要：为了提高钻井速度，降低钻井作业成本，减少换钻头起下钻次数，急需解决常规PDC钻头在 馆陶组地层钻井适用性差的难题。大港油田馆陶组的埋藏深度一般在1 ()()()〜2()()()m之间，层厚为 l()()~4()()m之间，其中，纯砾石层厚度达几米甚至几十米 馆陶组上、中部一般为泥岩、砂岩、含砾砂 岩互层，下部为杂色砾岩，馆陶组底砾岩可钻性差，往往限制了 P1DC钻头的使用，PDC钻头钻遇颗粒 较粗的砂砾或底砾岩就会造成复合片崩损而导致钻头报废，通常采用牙轮钻头钻穿馆陶组地层后，
布齿设计包括齿形选择、切削角度设计、布齿密度 设计及布置类型设计等。布齿设计是PDC钻头设计 的关键.直接影响钻头各方面的性能' 根据馆陶底砾 岩发育特点，采用抗冲击异型切削齿，四刀翼双排齿结 构，主切削齿为16mm,前排切削齿为20颗，特别优化 了切削齿的侧倾角为2。〜10。之间变化，后倾角为15。〜 25。之间变化.后排切削齿为锥型齿结构，合理安排齿高 度差。切削齿布置类型选用顺时针设计，对比逆时针 布置钻头的进攻性更强，切削效率更高，异形齿 MD6432型PDC钻头接头如图2所示 2.4力平衡优化
起钻再下入PDC钻头进行馆陶组下部井段施工，严重制约了钻井速度针对这种情况，通过反复设 计和改进，异形齿PDC钻头克服了以往PDC钻头钻馆陶组地层先期损坏现象，能一次性钻穿馆陶 组地层，通过现场试验6 口井，富含砾石的馆陶组地层钻穿率达到了 1()()%,取得了良好的经济效益和 社会效益. 关键词:大港油田；砾岩；钻井技术;异形齿PDC钻头 中图分类号:P634文献标识码：B文章编号:1004-5716(2019)04-0109-03
异形齿0215.9mmMD6432型PDC钻头先后在大港 油田板879-15井、官15—47L井、板101x1井等6 口井进 行了钻穿馆陶组砾岩地层的现场试验，全部采用PDC+导
大港油田各区块的特殊岩性地层埋藏深度和层厚 有所不同，含砾岩的馆陶组地层的埋藏深度一般在 1000〜2000m之间,层厚为100〜400m之间，其中，纯砾 石层厚度达几米甚至几十米。馆陶组上、中部一般为 泥岩、砂岩、含砾砂岩互层，下部为杂色砾岩，成分以石 英为主，次为长石.次棱角一次圆状.分选较差。砾径 1〜5mm,少胶结物，松散呈散粒状、质脆、硬.可钻性 差.钻遇该层位时,部分区块有漏失，并伴有憋钻.甚至 上提遇卡的现象。 2异形齿MD6432型PDC钻头特点 2.1头型特点
异形齿MD6432型PDC钻头冠部头型设计依据兼
*收稿日期:2018-12-03修回日期:2018-12-03 第一作者简介:郭亮(1982-).男(汉族).四川资阳人.工程师.现从事钻井技术工作
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西部探矿工程
顾了钻头的攻击性和长寿命考量。为了保障钻头在可 钻行良好地层的快速钻进,并在钻遇砾石等时尽量减小 钻头的冲击面积,因此在等磨损设计原则的基础上,采用 新型冠部轮廓为浅内锥一双圆弧的特征.如图1所示，
因此.探寻一种能钻穿馆陶组含砾地层的PDC钻 头，对钻井提速、有效降低钻井成本有着非常重要的意 义。 1大港油田馆陶组地层特点
馆陶组从馆DI到馆I，平面上显示出辫状河支流
沉积特征,河床冲积发育，沉积物以粗碎屑为主，砂泥 比高，剖面上为典型“砂包泥”在底部砾状粗砂岩段. 具有块状层理，沉积厚度大，属河床底部滞留沉积，向 上渐变为不含砾砂岩，具有槽状交错层理.再向上为断 续波状交错层理，少有些块状及水平层理.属河床砂坝 沉积：向构造低部位，由于水流能量锐减,最终河道被 废弃转为泛滥平原沉积。
大港油区上部地层使用的PDC钻头叫在钻馆陶 组底部的纯杂色砾岩时，通常采用在钻遇特殊岩性地 层(纯砾岩层)前50m左右，提前起钻更换三牙轮钻头 (如HAT127或H517G),钻穿馆陶组地层后，再次起钻 换PDC钻头进行下部地层的施工。偶尔也会采用 PDC钻头直接钻穿馆陶.由于PDC钻头抗冲击性差, 钻头的选型十分重要I］尽管采用小钻压，并适当地降 低了排量往往地层还未钻穿.机械钻速就大幅度下降, 这是钻头已经损坏的信号，此时的钻头起出后，一般都 损坏非常严重,而通常采取的措施就是更换牙轮钻头， 钻完余下的砾岩.并确认已经进入东营组或其它地层 (见到泥岩)后，方可起钻.再下入另外的PDC钻头继 续钻下部地层。增加的起下钻的时间和牙轮钻头费 用，将直接影响钻完井周期和单井成本，
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图2 MD6432型PDC钻头结构
浅内锥一双圆弧冠部头型不仅提升了钻头心部齿 的切削效率.而且可降低肩部切削齿的应力载荷集中. 最大程度实现所有切削齿的均匀切削和磨损的原则. 提升钻头的攻击性和使用寿命2"。 2.2刀翼选择
刀翼结构直接影响钻头的力平衡和稳定性。在超 长井段钻进过程中，提高钻头穿越砾石层能力、且保持 快速钻进的攻击性，从钻头寿命和定向稳定性等多方 考虑，采用非对称四刀翼结构.增加减震锥齿等特殊稳 定性结构元件.使钻头工作更加平稳.降低钻头涡动的 概率叫使钻头的攻击性、稳定性及寿命得到可靠保障。 2.3布齿优点
5000 4500 4000 3500
吊 3000
注 2500 绘 2000
1500 1000 500
0 齿数
图3 PDC钻头切削功率图
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西部探矿丁程
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根据大港油田馆陶组地层特点分析，结合MD6432 型PDC钻头的4个特点,得出异形齿MD6432型PDC 钻头能解决攻击性和稳定性，具备钻穿大港油田馆陶 组砾岩地层的能力，能达到提速目的，并将进行现场试 验。 3异形齿PDC钻头应用统计分析