PDC钻头+史密斯高速涡轮钻具
休斯·克里斯坦森公司的新型PDC钻头及牙轮钻头
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休斯克里斯坦森公司的新型PDC钻头及牙轮钻头
卢芬芳;徐昉;申守庆
【期刊名称】《石油钻探技术》
【年(卷),期】2004(32)6
【摘要】美国休斯·克里斯坦森公司新近推出一种称为Genesis XT的新型PDC钻头,能够用于钻进硬度和研磨性更大的地层。
Genesis XT型PDC钻头采用了该公司的新一代切削齿和已获专利的切削深度控制技术,以便能在恶劣的钻井环境中提高钻头的稳定性和耐用性。
其新一代切削齿称之为OdysseyTM系列齿,
【总页数】1页(P31)
【作者】卢芬芳;徐昉;申守庆
【作者单位】江汉钻头股份有限公司产品开发所,湖北,潜江,433124;江汉钻头股份有限公司产品开发所,湖北,潜江,433124;江汉钻头股份有限公司产品开发所,湖北,潜江,433124
【正文语种】中文
【中图分类】TE921.1
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pdc取芯钻头的结构
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pdc取芯钻头的结构PDC取芯钻头是一种常用于钻探岩石、石油、天然气等地下资源的工具,其独特的结构使其具有高效、耐用和精确的钻孔能力。
下面将通过介绍PDC取芯钻头的结构及其主要组成部分来详细了解这一工具。
首先,让我们来了解PDC取芯钻头的结构。
PDC是Polycrystalline Diamond Compact(多晶金刚石)的简称,取芯钻头的结构就是以该种材料作为切削刃的主要部件。
这种材料具有优异的硬度和抗磨性,能够在钻探过程中有效切削岩石。
PDC取芯钻头通常由钻杆接头、连接体、切削刃和支撑体四个主要组成部分构成。
钻杆接头是PDC取芯钻头连接到钻杆上的部分,通常采用螺纹连接或者直接焊接。
其设计合理的连接方式能够保证钻头的稳定与可靠性,在高强度、高扭矩的作业环境中发挥重要作用。
连接体位于钻头和切削刃之间,起到连接和传递扭矩的作用。
合适的连接体设计能够使得钻头能够承受较大的压力,并将扭矩传递给切削刃,以实现钻探的目的。
切削刃是PDC取芯钻头最重要的部分。
它是由多晶金刚石层和钎焊层组成。
多晶金刚石层具有超高硬度和出色的切削性能,可用来切削各种类型的岩石。
钎焊层是将多晶金刚石层连接到连接体上的部分,起到固定和加固刃体的作用。
切削刃的设计和制造工艺直接影响着钻头的钻探单位功和使用寿命。
在切削刃的下方,支撑体起到支撑和稳定切削刃的作用。
支撑体通常由钢或者硬质合金制成,具有较高的强度和韧性,能够在高负荷工况下保证钻头的稳定性和持久性。
PDC取芯钻头的结构设计不仅需要考虑各个部件的功能和性能,还需要根据具体的钻井条件和需求来进行优化。
例如,在不同的岩石类型和井深下,可以选择不同尺寸、形状和密度的切削刃;钎焊层的材料和焊接工艺也需要根据钻井条件进行合理选择,以提高钻头的使用寿命和效率。
总之,PDC取芯钻头是一种结构复杂、功能多样的工具。
合理的结构设计和优质的材料选择能够使其具有高效、耐用和精确的钻孔能力。
钻井工程人员在选购和使用PDC取芯钻头时应根据具体需求和工况选择合适的规格和型号,并严格按照使用说明操作,以保证钻探工作的顺利进行。
PDC钻头的特点和破岩机理
![PDC钻头的特点和破岩机理](https://img.taocdn.com/s3/m/d3a501687e21af45b307a8e7.png)
前言自PDC钻头问世以来,以其优良的性能及随之而带来的经济效益,越来越多的受道现场作业队的青睐。
然而美中稍有不足的是,在现场的应用中,PDC只是PDC 而以,也就是说,作业人员对其了解还不是很深刻。
鉴于此,本人欲从其特点,包括PDC钻头的设计特点和它的结构特点,还有其破岩机理上给予归纳、总结和分析、推理,以期望能为现场作业提供一点技术上的借鉴和参考.PDC钻头的特点和破岩机理摘要:本文在简要介绍了PDC钻头的物质成份,两大类别(胎体钻头和刚体钻头)及其不同物质在钻井作业过程中所起的作用的基础上,归纳、总结了PDC钻头特点,包括其设计特点和结构特点;同时较详细地分析了在打定向井时,PDC钻头的结构特征因素对造斜率的影响;另外也在分析、归纳、总结国内外专家、学者的独特见解的基础上,对PDC钻头的破岩机理,也在一定程度上给予阐述.并在此基础上,最后也提出了一些PDC钻头的选型依据.关键词: PDC钻头; 特点; 机理分析Abstract:This themsis briefly introduces which materials PDC bit is made from,how it is manufactured,and the different types of PDC bits,also shows you the principal functionsof the different materials of PDC bit in drilling----on the basis of these,summaries the characteristics of PDC bit,including its designing characteristics and structural characteristics,and specificly analyses the effect of its structural characteristics on the leaning ration in the controlled directional drilling.At the same time ,after studying the specific ideas of the different experts at home and abroad,to some extent,analyses and summaries the rock breaking mechanism of PDC bit.In the end ,on this basis,gives you some facters that can help you how to choose PDC bit effiently.Key words: PDC bit; characteristics; Mechanism analysis正文:近年内,随着PDC钻头的广泛应用,PDC钻头在型号和质量上都进行了较大的改进,已经在软到硬的地层中逐步使用,并且取得了较好的经济效益,为更好地使用PDC 钻头,使其最大限度地发挥优势,以便更好地服务于钻井作业,特从其特点和破岩机理方面撰写此文.PDC钻头者,就是聚晶金刚石复合片钻头,即Polycrystalline Diamond Compact Bit.其结构见图1-1所示,它示以金刚石为原料加入粘结剂在高温下烧结而成.复合片为圆片状,金刚石层厚度一般小于1mm,切削岩石时作为工作层,碳化钨基体对聚晶金刚石薄层起支撑作用.两者地有机结合,使PDC既具有金刚石地硬度和耐磨性,又具有碳化钨地结构强度和抗冲击能力.由于聚晶金刚石内晶体间地取向不规则,不存在单晶金刚石固有地解理面,所以PDC的抗磨性及强度高于天然金刚石的,且不易破碎.PDC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.PDC钻头的特点1973年美国开发了聚晶金刚石复合片钻头,国外广泛应用于软-中硬地层.在中东和北海的深井及海洋钻井中首先获得了高井尺、高钻速,大大缩短了建井周期,降低了钻井成本,受到了钻境界的广泛重视,成为钻井工具的一项重大成就.国内对PDC钻头也引起了极大的关注和兴趣,随着钻井技术人员对PDC钻头的认识和实践,它正在逐步取得较好的使用效果.按钻头材料及切削齿结构划分,PDC钻头有钢体和胎体两大类别(间上图1-2) 胎体钻头用碳化钨粉末烧结而成,用人造聚晶金刚石复合片钎焊在碳化钨胎体上,用天然金刚石保径.碳化钨胎体耐冲蚀、耐磨、强度高、保径效果好.钻头水眼水道面积可以根据钻井工艺需要的水力参数来设计,有较大的灵活性.胎体外形可以根据地层特点设计,变化胎体形状只要改变模具而不需要增加设备.钢体PDC钻头,是用镍、铬、钼合金机械加工成形.经过热处理后在钻头体上钻孔,强人造聚晶金刚石复合片压入(紧配合)钻头体内,用柱状碳化钨保径.它比胎体钻头成本低20%左右,但不耐磨且易被冲蚀.PDC钻头的设计特点1.PDC钻头采用爪型设计PDC钻头的性能在很大程度上取决于切削齿的质量,PDC钻头都采用了高质量爪型齿和环形齿,经过与其它类型复合片对比试验分析,证明它具有抗剪强度高、耐冲击、寿命长、热稳定性能好的特点,与同尺寸普通PDC齿相比,爪型齿的金刚石含量提高了2.7倍,抗冲击破坏能力提高2倍.2.大刀翼设计全部PDC钻头系列的刀翼进行加高加大,采用超大排屑流道设计,可以更加有效的运移钻屑,清洗钻头,防止钻头泥包,提高机械钻速.3.抗回旋设计采用力学平衡设计,对PDC钻头进行螺旋保径设计、轨道布齿设计、缓冲块设计以保证钻头抗回旋性能.4.防泥包涂层设计和制造技术QP系列钻头可根据地层情况进行防泥包涂层设计,它采用了独特的对钻头表面负离子处理技术,使钻头表面带有负电荷,在钻头周围形成一个阳板,形成电流,钻头与钻井液之间形成一个水的集区,其作用就如同润滑剂或象隔板,在钻进中,泥页岩钻屑中的负离子与钢体表面的负电荷相斥,从而起到防泥包的效果.5.可修复性钢体PDC钻头的本体磨损和切削齿破碎后可进行修复和更换,使得钻头的使用成本大大降低.PDC钻头结构特征及此因素对造斜率的影响钻头的费用在一口井中的总费用中所占的比例不是很大,但选好和用好一只钻头对提高机械钻速、提高造斜率和降低全井费用却是关系重大.为了高速、优质、低成本地钻好定向井,应从定向钻井的独特性出发优选钻头.定向造斜段钻井的特点使使用井下马达,钻头转速高,钻头切削齿和钻头外径磨损快钻头寿命缩短.在定向段钻进过程中,需要钻头能保持住所要求的工具面角度,如果所选的钻头布能提供合适的导向能力,就会获取布到所设计的造斜率或偏离所定的方位.这样,就会增多纠斜和扭方位的次数或增多更换下部钻具组合的次数.由于PDC钻头具有无活动件、适应高转速低钻压钻进工况之特点和钻头使用寿命长的优点,因此更适合与动力钻具配合使用,多次现场施工结果表明,动力钻具+PDC钻头钻进方式有利于提高钻井速度,减少起下钻次数、保证钻具安全,取得了动力钻具+牙轮钻头钻进方式无法比拟的技术经济效益.常规定向井施工主要时通过选择合适的造斜工具(弯接头+动力钻具、单弯动力钻具、双弯动力钻具等)调整侧向力的大小,从而控制造斜率的高低,而同样的侧向力与不同结构的PDC 钻头配合对造斜率时有极大的影响的。
浅谈PDC钻头的使用资料课件
![浅谈PDC钻头的使用资料课件](https://img.taocdn.com/s3/m/3eb69a1276232f60ddccda38376baf1ffd4fe373.png)
推动PDC钻头技术的创新发展,研究新的制备方 法和加工技术,提高生产效率和质量。
3
人才培养
加强专业人才的培养和引进,建立完善的人才激 励机制,为PDC钻头技术的持续发展提供人才保 障。
THANKS
感谢观看
详细描述
PDC钻头的安装步骤包括检查钻头、选择合适的钻头、涂抹润滑剂、逐渐紧固 等步骤。在拆卸时,需要使用合适的拆卸工具,并按照正确的拆卸顺序进行。
PDC钻头的操作规程
总结词
PDC钻头的操作规程是确保使用安全和提高使用效果的关键,需要遵循一定的步 骤和注意事项。
详细描述
PDC钻头的操作规程包括选择合适的转速和进给速度、检查冷却液是否充足、避 免过度负载等步骤。在使用过程中,需要密切关注钻头的运行状态,及时调整参 数或采取必要的措施。
钻头跳动的问题及解决方案
总结词
PDC钻头在工作中如果出现跳动,会导 致钻进不平稳,影响工作效率和钻头寿 命。
VS
详细描述
PDC钻头跳动的原因可能是由于钻头与岩 石的摩擦力不平衡,或者由于钻进参数选 择不当。为了解决这个问题,可以采取以 下措施:1)调整钻进参数,如降低转速 或增加压力;2)检查钻头的安装是否正 确,如刀片是否安装平整、紧固件是否拧 紧等;3)选用具有优良稳定性的PDC钻 头材料和结构设计。
热效应
PDC钻头的刀头在旋转过 程中,产生高温,通过热 效应影响岩石或其他硬材 料的破碎。
03
CATALOGUE
PDC钻头的分类与选择
PDC钻头的分类方法
根据用途分类 石油钻井用PDC钻头
地质勘探用PDC钻头
PDC钻头的分类方法
水井用PDC钻头 工程用PDC钻头
根据结构分类
PDC钻头发展简介
![PDC钻头发展简介](https://img.taocdn.com/s3/m/2ed0cd833c1ec5da51e270b5.png)
17 1/2″MD9541 国内最大尺寸的胎体PDC钻头。在伊 拉克AD2-231H井中,钻头两次入井 累计进尺694.4米,纯钻时间98.5小 时,平均机械钻速7.01米/小时。
17″TM102 国内首只自主研发并试验成功 的套管钻鞋,创立国内套管钻 鞋行业标准。在埕海1号平台Z H4-9、ZH4-H2及ZH4-H3三口 井中使用,平均机械钻速达到 60米/时以上。
目前中石油除了装备板块的渤海中成外,大庆油田、 长城钻探等多家单位也都建立了自己的钻头制造厂。
PDC钻头发展简介
中石油PDC钻头发展
渤海装备钻头产品系列: • MD、SD、KM、FM系列—适用于常规钻井全面钻进作业 • MX、KX、FX系列—适用于定向井、水平井及旋转导向钻井作业 • FQ、RQ、JQ、TQ、DQ系列—适用于取心钻井作业 • FB、RB、JB系列—适用于扩眼钻井作业 • TM系列—适用于套管钻井作业 尺寸区间:3“~26” PDC钻头和17“可钻式套管钻鞋等两百多个型号。 执行标准:ISO9001、API Q1(质量体系)
SY/T5217-2000、API SPEC 7-1(行业标准) 2008年实现销售收入破亿元,产品在国内各田市场占有 率稳步提升,并远销美、非、中东和东南亚等国家及地区。
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使用业绩 Application Record
26″SD9541 国内最大尺寸钢体PDC钻头。在大港 油田新港1井单次下井进尺1502米,纯 钻110小时,机械钻速13.65米/时!
PDC钻头发展简介
中石油PDC钻头发展
1977年5月4日,华北石油勘探指挥部在任丘召开筹建钻头车间会议,参加会 议的有人事处,矿机所,大港机修厂。焦力人副部长指示:“成立钻头研究所, 统一组织,把研究工作和加工生产合并起来。 马永林指挥要求:钻头研究所设在 第一机厂(大港机修厂),对外是所、对内是车间。 工作任务: (1)、制造各种刮刀钻头。 (2)、研制金刚石取芯钻头、金刚石刮刀钻头。 (3)、井下特殊工具研制,研究所提高钻头水平、引进国外先进技术、钻头材料。
看世界PDC钻头的最新进展(一)
![看世界PDC钻头的最新进展(一)](https://img.taocdn.com/s3/m/593eb2f29e31433239689351.png)
钻井过程中的技术创新,看世界PDC钻头的最新进展(一)研磨性页岩地层驱使着新钻头的设计,以应对坚硬岩石及高温井的钻探。
在金刚石切削齿与碳化物基岩面相互作用期间,贝克休斯的休斯克里斯滕森Quantec Force强力PDC钻头获得了最佳效果,表现出更高的耐用性和热稳定性,通过获得的有限的切削齿分析,切削刃上的残余应力被迁移。
随着北美油气井页岩层的不断出现,钻头公司迫切地公关,以应对这些地层钻探的挑战并不让人惊讶,对于具体的应用,随之而来的是新钻头的设计,或是改进现有钻头的设计。
一些近期的设计,包括一些应对研磨性地层或高温地层钻井的新切削材料,也有一些8刀翼钻头的外形设计,这些设计都吸收了新切削齿技术和新材料技术,还有一些更新的钻头体材料技术,这些技术都是为了增强钻头的耐用性和提高钻头的性能表现,唯一的目的就是为了降低作业者的钻井成本。
一位服务于Varel国际公司西半球的现场工程经理卡尔罗斯(Karl Rose)说:“在开发钻头切削齿方面,许多钻头技术基本上都是材料技术,使钻头能够承受钻极硬的研磨性地层,切削齿能够在钻硬地层、软地层和夹层地层的变化中不会损坏”。
在钻头本身的材料特性方面也有了新的进展,为了使钻头更加结实和耐用,促使设计者设计出应对更硬地层类型的PDC钻头,罗斯先生说:“随着更坚硬材料的出现,切削齿材料的密度也会增加,使钻头从根本上更加坚韧耐用,这会让作业者在钻硬地层和研磨性地层时,用一只钻头打更多的进尺”。
一位史密斯国际公司的技术支持经理弗莱明克雷格同意说:“切削齿越好,钻头在井里滞留的时间就越长,就能打更多的硬地层和研磨性地层,作业者花费的成本就会越少”。
弗莱明先生说:“我们首先要能让一个切削齿应对更硬和更高研磨性地层,以便能使整个PDC钻头切削齿吃入这些地层,另一方面,钻头的刀翼越多,触到井底的金刚石体就越多”。
然而,弗莱明先生接着又说:“当钻头处于动态稳定的状态时,我们将会停止增加刀翼的数量,史密斯钻头目前就是这样做的,接下来把精力集中在切削齿技术上,不一定要增加更多的刀翼数量”。
PDC钻头使用方法
![PDC钻头使用方法](https://img.taocdn.com/s3/m/5f26dc94185f312b3169a45177232f60ddcce72d.png)
PDC钻头使用方法PDC(Polycrystalline Diamond Compact)钻头是一种高效、高精度的钻井工具,广泛应用于石油、天然气勘探和采集过程中。
本文将介绍PDC钻头的使用方法,包括选型、安装和维护等方面的内容。
1. PDC钻头的选型在选择PDC钻头之前,需要考虑以下几个因素:1.1 钻井环境PDC钻头的性能受到钻井环境的影响。
根据钻井地层的硬度、饱和度、温度等因素,选择合适的PDC钻头,以确保钻井工作的效率和质量。
1.2 钻井目标不同的钻井目标对PDC钻头的要求不同。
例如,对于探测天然气储层的钻井,需要选择具有较高冲击强度和耐磨性能的PDC钻头。
1.3 钻井参数钻井参数包括钻速、切削速度、进给速度等。
根据钻井参数的要求,选择具有相应性能指标的PDC钻头。
2. PDC钻头的安装对于PDC钻头的安装,需要依次进行以下步骤:2.1 准备PDC钻头在安装PDC钻头之前,需要检查钻头的质量和完整性。
确保PDC钻头没有损坏或磨损。
2.2 加固钻头连接部分将PDC钻头安装在钻杆的连接部分。
使用正确的扳手和力量,将钻头牢固地固定在钻杆上。
2.3 进行预检安装好PDC钻头后,进行预检。
确保钻头连接部分牢固可靠,并进行必要的检查和调整。
3. PDC钻头的使用注意事项在使用PDC钻头时,需要注意以下几点:3.1 控制钻速在钻井过程中,要根据地层的硬度和井眼的尺寸,适当控制钻头的转速。
过高的钻速可能导致钻头过度磨损或损坏。
3.2 保持稳定保持钻井过程的稳定性是使用PDC钻头的关键。
通过控制进给速度和注浆质量,保持钻头的稳定工作。
3.3 注意钻头冷却PDC钻头因为切削过程中会产生高温,所以需要进行有效的冷却。
采用合适的冷却液体,保持钻头的正常工作温度。
4. PDC钻头的维护定期进行PDC钻头的维护,可以延长其使用寿命。
以下是几个常见的维护方法:4.1 清洗和磨削定期清洗和磨削PDC钻头,去除切削面上的积土和残留物。
PDC钻头工作原理及相关特点剖析
![PDC钻头工作原理及相关特点剖析](https://img.taocdn.com/s3/m/67e3e2504531b90d6c85ec3a87c24028905f856a.png)
PDC钻头工作原理及相关特点剖析1.工作原理PDC钻头主要由钻头主体、切削结构和钻头连接装置组成。
其中,切削结构是PDC钻头的核心部分。
切削结构通常由若干个聚晶金刚石片组成,这些片通过硬质合金基体和钻头主体连接在一起。
当钻具旋转时,切削结构上的聚晶金刚石片与钻井地层接触,通过摩擦和冲击力来实现岩石的切削和破碎,从而实现钻井作业的目的。
PDC钻头之所以能够高效地进行切削,主要得益于聚晶金刚石的特殊结构和性质。
聚晶金刚石是通过高温高压合成的人工合成金刚石材料,其硬度远远高于地层中的普通岩石。
同时,聚晶金刚石具有非常好的热稳定性,能够在高温环境下保持其切削能力。
因此,PDC钻头在钻井过程中能够快速、高效地切削地层,提高钻孔速度和钻井效果。
2.相关特点(1)高硬度:PDC钻头主体采用硬质合金材料,而切削结构上的聚晶金刚石片具有非常高的硬度。
这使得PDC钻头能够抵御地层中较硬岩石的切削和破碎,提高钻井效率。
(2)良好的耐磨性:聚晶金刚石具有很高的耐磨性能,即使处在高速旋转和高压力下,也能保持较长时间的使用寿命。
这使得PDC钻头在长时间连续作业中具有更好的性能稳定性。
(3)良好的热稳定性:PDC钻头的聚晶金刚石片在高温环境下依然能够保持较好的切削能力,不易产生塑性变形和热损伤。
这使得PDC钻头在高温油气田勘探钻井中得到广泛应用。
(4)低扭矩:由于PDC钻头的切削面积较大,钻进过程中产生的扭矩相对较小,可以减少钻井设备的负荷和能耗,提高钻井作业的效率。
(5)钻速快、钻屑排除好:PDC钻头具有较大的切削面积和切削速度,可以快速破碎地层岩石,提高钻井速度。
同时,切削结构上的切削槽和孔水精心设计,有利于钻屑的排除,减少钻井堵塞的风险。
(6)适应性广:PDC钻头适用于钻探各种地层,如软岩、硬岩、砂岩、页岩等。
可以用于直钻、倾斜钻和水平钻井,满足不同场地和作业需求。
综上所述,PDC钻头以其高硬度、高抗磨损性和高热稳定性等特点,在石油和天然气勘探钻井领域得到广泛应用。
pdc钻头分类
![pdc钻头分类](https://img.taocdn.com/s3/m/450f3198b04e852458fb770bf78a6529657d3578.png)
pdc钻头分类PDC钻头分类PDC钻头,即多晶金刚石复合钻头,是一种高效率、高性能的钻井工具,广泛应用于石油、天然气勘探开发、地热能利用、水井、地质勘探等领域。
根据其结构和功能特点的不同,可以将PDC钻头分为几种主要类型。
1. 直齿PDC钻头直齿PDC钻头是最常见的一种类型,其主要特点是在钻头表面直接安装了一层PDC切削牙。
这种设计能够提高钻头钻进速度和穿透率,适用于软岩、煤层等较软地层的钻井作业。
2. 扩孔PDC钻头扩孔PDC钻头在直齿PDC钻头的基础上进行了改进,通过增加扩孔结构,使得钻头在钻进过程中能够扩大孔径,提高钻井效率。
这种钻头适用于需要扩孔的地层,如石灰岩、砾石等。
3. 钻进导向PDC钻头钻进导向PDC钻头是一种具有导向功能的钻头,通过在钻头上安装导向翼片或弯曲导向装置,可以实现井眼的导向控制,使钻井方向更加准确。
这种钻头适用于需要进行水平井、定向井等作业的情况。
4. 钻进动力PDC钻头钻进动力PDC钻头是一种具有自驱动功能的钻头,通过在钻头内部安装动力装置,可以提供钻井过程中所需的动力,减轻钻机的负荷,提高钻井效率。
这种钻头适用于需要大功率、高效率的钻井作业。
5. 钻头组合PDC钻头钻头组合PDC钻头是一种将不同类型PDC钻头组合在一起的复合钻头,通过不同结构和功能的PDC切削牙相互配合,实现钻井过程中的多种功能,提高钻头的适应性和效率。
这种钻头适用于复杂地层条件下的钻井作业。
总的来说,PDC钻头具有高效率、高性能的特点,能够满足不同地层条件下的钻井需求。
不同类型的PDC钻头在结构和功能上有所差异,用户可以根据具体的钻井需求选择适合的钻头类型,以提高钻井效率,降低成本,实现更好的钻井效果。
PDC钻头工作原理及相关特点剖析
![PDC钻头工作原理及相关特点剖析](https://img.taocdn.com/s3/m/e3172867302b3169a45177232f60ddccda38e6a8.png)
第二章 PDC 钻头工作原理及相关特点PDC 钻头是依靠安装在钻头体上的切削齿切削地层的,这些切削齿有复合片切削齿和齿柱式两种结构,它们的结构以及在钻头上的安装方式如图1-2所示。
复合片式切削齿是将复合片直接焊接在钻头体上预留的凹槽内而形成的。
它普通用于胎体钻头;齿柱式切削齿是将复合片焊接在碳化钨齿柱上而形成的,安装时将其齿柱镶嵌或者焊接在钻头体上的齿空内,它普通用于钢体钻头,也实用于胎体钻头的。
复合片(即聚晶金刚石复合片)是切削齿的核心。
复合片普通为圆片状,其结构如图1-3所示,它是由人造聚晶金刚石薄层及碳化钨底层组成,具有高强度、高硬度及高耐磨性,可耐温度750℃。
人们早就从实验中发现,岩石的诸力学强度中,抗拉强度最低,剪切强度次之,而抗压强度最高,抗压强度往往比剪切强度高数倍至十多倍。
显然采用剪切方式破碎岩石比用压碎方式要容易而有效的多。
PDC 钻头的复合片切削结构正是利用了岩石这一力学特性,采用高效的剪切方式来破碎岩石,从而达到了快速钻井的(a) 复合片式切削齿 (b)齿柱式切削齿图1-2 切削齿在钻头上的安装方式图1-3 复合片的结构图1-4 PDC 钻头的切削方式目的。
当PDC钻头在软到中等级硬度地层进时,复合片切削齿在钻压和扭矩作用下克服地层应力吃入地层并向前滑动,岩石在切削齿作用下沿其剪切方向破碎并产生塑性流动,切削所产生的岩削呈大块片状,这一切削过程与刀具切削金属材料非常相似(见图1-4)。
被剪切下来的岩屑,再由喷嘴射出泥浆带走至钻头与井壁间的环空运至井外。
PDC钻头因使用了聚晶金刚石复合片作切削元件而使得切削齿有很高的硬度和耐磨性。
PDC齿的缺点是热稳定性差,当温度超过700℃时,金刚石层内的粘结金属将失效而导致切削齿破坏,因此PDC齿不能直接烧结在胎体上而只能采用低温钎焊方式将其固定在钻头体上。
在工作中,切削齿底部磨损面在压力作用下向来与岩石表面滑动磨擦要产生大量的磨擦热,当切削齿清洗冷却条件不好,局部温度较高时,就有可能导致切削齿的热摩损(350-700℃时,切削齿的磨损速度很快,这一现象称为切削齿的热磨损)而影响钻头正常工作,所以钻头要避免热磨损浮现就必须有很好的水力清洗冷却,润滑作用配合工作,这就是要求泥浆从喷嘴流出后水力分布要合理,能有效地保护切削齿,这即是对钻头水力计的基本要求之一。
国内外PDC_钻头新进展与发展趋势展望
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◀钻井技术与装备▶国内外PDC钻头新进展与发展趋势展望∗呼怀刚1ꎬ2㊀黄洪春1ꎬ2㊀汪海阁1ꎬ2㊀李忠明3㊀席传明4㊀武强1ꎬ2㊀刘力1ꎬ2(1 中国石油集团工程技术研究院有限公司㊀2 油气钻完井技术国家工程研究中心3 中国石油集团川庆钻探工程有限公司新疆分公司㊀4 新疆油田公司工程技术研究院)呼怀刚ꎬ黄洪春ꎬ汪海阁ꎬ等.国内外PDC钻头新进展与发展趋势展望[J].石油机械ꎬ2024ꎬ52(2):1-10.HuHuaigangꎬHuangHongchunꎬWangHaigeꎬetal.NewprogressanddevelopmenttrendsofPDCbitsinChinaandabroad[J].ChinaPetroleumMachineryꎬ2024ꎬ52(2):1-10.摘要:PDC钻头近年来发展迅速ꎮ为了能够及时掌握PDC钻头的最新进展ꎬ系统梳理了国内外油气井用PDC钻头新进展ꎬ介绍了中国石油在新型钻头研发与应用方面的工作ꎬ进一步阐述了国内PDC钻头研发面临的形势与挑战ꎬ展望了油气井用PDC钻头发展新趋势ꎮ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ꎬ仍然面临地层可钻性差导致钻头破岩效率低㊁砾石层引起钻头振动先期损坏㊁大尺寸井眼钻井周期长等严峻挑战ꎬ技术与材料革新型高效钻头㊁混合式钻头㊁自适应钻头等能够明显提高钻进效率延长钻头寿命ꎻ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㊁岩石物性的认知ꎬ对于进一步优化钻头结构㊁识别可能存在的油气储层等具有重要的意义ꎮ应积极借鉴和移植这些成果ꎬ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ꎮ研究结果可为高端PDC钻头国产化㊁系列化工作和相关从业人员提供借鉴ꎮ关键词:PDC钻头ꎻPDC复合片ꎻ混合式钻头ꎻ自适应钻头ꎻ智能钻头ꎻ国产化中图分类号:TE921㊀文献标识码:A㊀DOI:10 16082/j cnki issn 1001-4578 2024 02 001NewProgressandDevelopmentTrendsofPDCBitsinChinaandAbroadHuHuaigang1ꎬ2㊀HuangHongchun1ꎬ2㊀WangHaige1ꎬ2㊀LiZhongming3XiChuanming4㊀WuQiang1ꎬ2㊀LiuLi1ꎬ2(1 CNPCEngineeringTechnologyR&DCompanyLimitedꎻ2 NationalEngineeringResearchCenterofOil&GasDrillingandCompletionTechnologyꎻ3 CCDCXinjiangBranchCompanyꎻ4 ResearchInstituteofEngineeringTechnologyꎬPetroChinaXinjiangOilfieldCompany)Abstract:PDCbitshavedevelopedrapidlyinrecentyears.ThenewprogressofPDCbitsusedinoilandgaswellsinChinaandabroadwasreviewedꎬandCNPC seffortsintheresearchandapplicationofnewbitswereintro ̄duced.FurthermoreꎬthesituationandchallengesforPDCbitresearchanddevelopmentinChinawereelaboratedꎬandthenewtrendsinthedevelopmentofPDCbitswereforecasted.Theresultsshowthatunderthebackgroundofoilandgasresourceexplorationadvancingtowardsadepthoftensofthousandsofmetersꎬtherearestillseriouschallengessuchaslowrock ̄breakingefficiencyofbitsduetopoorformationdrillabilityꎬearlydamageofbitscauseditsshakingbygravellayersandlongdrillingcyclesoflarge ̄sizedwellbores.Technologyandmaterialinno ̄1 ㊀2024年㊀第52卷㊀第2期石㊀油㊀机㊀械CHINAPETROLEUMMACHINERY㊀㊀㊀∗基金项目:中国石油天然气集团有限公司前瞻性基础性技术攻关项目 深井超深井优快钻井技术研究 (2021DJ4101)ꎻ中国石油天然气集团有限公司关键核心技术攻关项目 万米超深层油气资源钻完井关键技术与装备研究 (2022ZG06)ꎻ油气钻完井技术国家工程研究中心基金项目 基于破岩过程扭矩自适应控制的井下减振提速机理研究 ꎻ中国石油集团直属院所项目 高温高压下PDC钻头切削齿破岩系统研制 (CPET2022-10S)ꎮvationtypeefficientbitsꎬhybridbitsandadaptivebitscansignificantlyimprovedrillingefficiencyandbitlife.Theabundantdownholedataprovidedbysmartbitscanenhanceunderstandingofdeeprock ̄breakingmechanismsandrockpropertiesꎬandisofgreatsignificanceforfurtheroptimizingbitstructuresandidentifyingpotentialoilandgasreservoirs.Theresultsofhybridꎬadaptiveandintelligentbitsshouldbeactivelyusedforreferenceandtransplan ̄tedꎬsoastosuccessfullydevelophigh ̄enddurablebitssuitablefordeepoilandgasexplorationordeepgeologicalscientificdrillingassoonaspossible.Theresearchfindingsprovidereferenceforthelocalizationandserializationofhigh ̄endPDCbitsaswellasrelatedresearchers.Keywords:PDCbitꎻPDCcompactꎻhybridbitꎻadaptivebitꎻintelligentbitꎻhomemade0㊀引㊀言油气钻井自PDC钻头成功应用以来发生了 天翻地覆 的变化ꎬ尤其是经过诸如能显著提高抗研磨性和抗冲击性的聚晶金刚石复合层㊁增强金刚石层与硬质基底黏结强度的非平面界面技术ꎬ减轻扭转冲击的抗回旋技术ꎬ提高复合片热稳定性的滤钴工艺㊁基于计算流体力学的水力学优化㊁计算机辅助建模㊁基于大数据的钻头选型和个性化设计㊁智能制造技术等的创新技术[1-4]ꎮ近年来PDC钻头发展极其迅速ꎬ其钻进性能和类型品种等已基本满足油气钻井的需求ꎬ且已占近80%的世界油气市场份额ꎬ世界钻井总进尺数占比更是超过了90%ꎬ但其仍有进一步改进提高的空间[5]ꎮ为了满足现代油气大位移井㊁长水平段水平井以及超深井的需求ꎬ各石油公司与科研院所都积极在诸如PDC切削齿的材质㊁形状㊁加工工艺及其在钻头上的配置ꎬ钻头结构㊁水力学㊁切削原理和制造工艺等方面深入探索ꎮPDC钻头因在材料和切削原理上的局限性ꎬ对于深井中坚硬地层㊁强研磨性地层㊁软硬互层及砾石层㊁地热井钻进终归不能完全胜任ꎮ对上述难钻地层ꎬ除应用金刚石钻头外ꎬ近年来诞生的技术和材料革新型钻头㊁混合式钻头以及智能化钻头等都是重要的选择和开拓[6-8]ꎮ笔者从国内国外两方面梳理了近年来出现的新型钻头ꎬ介绍了新型钻头的结构特征㊁工作原理和应用状况等ꎬ分析了国内油气井用PDC钻头研发所面临的挑战ꎬ进而对油气井用PDC钻头的研发趋势进行了展望ꎬ以期为高端PDC钻头的国产化㊁系列化工作和相关从业人员提供借鉴ꎮ1㊀国外油气井用PDC钻头发展概况1 1㊀技术㊁材料革新型高效钻头近年来ꎬNOV公司推出了HeliosImpact(见图1a)与ION+Alpha切削齿技术(见图1b)ꎬ将上述切削齿配置于不同的钻头并且针对不同区域进行相应的技术升级ꎬ形成了诸如用于地热钻井Phoenix钻头系列(见图2a)㊁与水力剪切喷嘴配合用于强化岩石剪切损伤的Tektonic钻头系列(见图2b)㊁用于美国市场的Pursuit钻头系列(见图2c)等ꎮ上述钻头在钻进硬岩与研磨性地层时热稳定性㊁抗研磨性㊁抗冲击性及导向性等方面有明显提升ꎬ成功应用于美国㊁拉丁美洲㊁印度尼西亚等地区的油气田ꎮSchlumberger公司通过本身的技术积淀及收购SmithBit公司积累了大量的切削齿㊁新材料和钻头的专利技术ꎬ例如ONYX360Rolling㊁AxeBladeElement㊁StingerElement㊁HyperBlade切削齿专利(见图1c~图1f)㊁增强切削齿强度及攻击性的Ae ̄gis超级涂层技术(见图1g)ꎮ采用上述先进切削齿技术的FireStorm/SHARC/Aegis/Spear系列钻头(见图1㊁图2d~图2f)㊁扩孔钻头和空气锤等特殊用途钻头ꎬ在油气钻井中得到了广泛的应用ꎬ能够以较高的钻进效率和工作寿命钻进某些硬岩和研磨性地层等[9-13]ꎮHalliburton在2017年推出了2款新型切削齿ꎬCruzer旋转吃深控制单元用于常规固定齿钻头ꎬ降低破岩扭矩和钻头摩阻㊁减少钻进过程中热量的产生㊁强化钻进性能ꎬ在长水平段S形井眼轨迹中展现了较好的效果[14](见图2g)ꎻGeometrix4DCut ̄ters通过对切削齿结构进行优化设计ꎬ使其在降低摩阻㊁促进岩屑排出㊁降低切削齿热降解方面具有较大的优势(见图1h)ꎮ应用在墨西哥湾花岗岩-页岩地层中ꎬ机械钻速翻倍ꎬ同时最大化降低了金刚石材料的热降解ꎮBakerHughes基于所研发的能够适用于砾石层㊁夹层中的StayTure切削元件和抗磨损且保持自锐的StayCool切削齿(见图1i㊁图1j)ꎬ推出了Dynamus抗涡动钻头系列(见图2h)ꎬ能够明显缩短定向井滑动钻进时间ꎬ提高整体机械钻速和井身质量ꎬ实现较少的起下钻次数ꎬ提高钻头机械能量2 ㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械2024年㊀第52卷㊀第2期利用率ꎮ为了满足特殊工艺井㊁特殊区域㊁特殊层位的要求ꎬ特别在大位移井㊁水平井㊁非常规油气井㊁地热井等发挥钻头的最大效能ꎬ减少钻头失效情况的发生ꎬ延长钻头寿命并降低钻井成本ꎬ各石油公司推出了诸多个性化定制的新型钻头ꎬ并形成了各自的产品系列ꎮ如能提高水力能量利用率的Split ̄Blade钻头(见图2i)㊁减轻横向振动的Counter ̄Force钻头(见图2j)㊁用于定向井造斜的EVOSPDC钻头(见图2k)㊁适用于旋转导向钻井的LyngPDC钻头㊁SeekerPDC钻头(见图2l)等ꎬ均取得了良好的效果[15-18]ꎮ图1㊀新型切削齿技术Fig 1㊀Newcutterstechnology图2㊀基于技术&材料革新的新型钻头Fig 2㊀Newbitsbasedontechnologyandmaterialinnovation3 2024年㊀第52卷㊀第2期呼怀刚ꎬ等:国内外PDC钻头新进展与发展趋势展望㊀㊀㊀1 2㊀混合式钻头针对ø311mm及更大直径井段增多致使全井钻井周期和钻井成本增加这一问题ꎬ胜利钻井工艺研究院曾进行了双级PDC钻头的相关理论与试验研究(见图3a)ꎬ但限于切削齿材料㊁加工工艺㊁钻头寿命等限制并未大规模推广ꎮ2011年BakerHughes推出了PDC钻头与牙轮钻头组合的KymeraMach和KymeraXtreme混合式钻头(见图3b)ꎬ主要针对深井硬地层㊁砾石层和软硬互层等可能产生严重黏滑振动的地层ꎬ借助于牙轮钻头侵入能力和PDC钻头高效剪切作用ꎬ提高钻头破岩效率㊁降低可能出现的PDC复合片的冲击损伤㊁提高定向井中钻头的定向能力等ꎬ在中国㊁美国㊁加拿大等地的油田应用ꎬ均取得了良好的效果[19-20]ꎮ2012年NOV公司针对坚硬火成岩地层井段研发了SpeedDrill同心双径PDC钻头(见图3c)ꎬ与低速高扭动力钻具配合使用ꎬ钻进包含火成岩地层在内的整个井段ꎬ能够明显提高钻进效率ꎬ定向钻进过程中轨迹控制较为理想ꎬ达到了预期效果[21]ꎮ2013年NOV公司推出FuseTek混合式钻头(见图3d)ꎬ针对中硬-坚硬和强研磨性地层ꎬ结合PDC切削齿的高剪切性能与孕镶块的强抗研磨性ꎬ在中国㊁非洲㊁北美等地进行了大量应用ꎬ与常规PDC钻头或牙轮钻头相比ꎬ能够明显提高钻进效率ꎬ钻头进尺也增加了1~3倍[22]ꎮ2014年ShearBits公司推出Pexus混合式钻头(见图3e)ꎬ将硬质合金齿与PDC复合片有机结合ꎬ当钻遇井段上部砾石层时利用可转动硬质合金齿侵入地层形成破碎坑ꎬ降低后排PDC切削齿剪切破岩的难度ꎻ在钻遇下部较软的砂岩和页岩时ꎬ则主要依靠PDC复合片进行大体积剪切破碎ꎮ在加拿大冰川冰碛物中应用ꎬPexus混合式钻头完整钻穿冰碛物地层[23-24]ꎮ2019年Halliburton公司推出了Crush&Shear混合式钻头(见图3f)ꎬ将传统PDC钻头高效破岩的能力与滚动元件降低破岩扭矩的特点有机结合ꎬ2种切削结构显著增强了钻头在软硬互层或过渡性地层中的破岩稳定性ꎬ钻进效率大幅提升ꎮ钻头在白俄罗斯某定向井中成功钻穿塑性页岩地层ꎬ一趟钻实现进尺1841mꎬ平均机械钻速23 7m/h[25]ꎮ图3㊀新型混合式钻头Fig 3㊀Newhybridbits1 3㊀智能化钻头2017年BHGE油气公司发布的TerrAdapt智能钻头可根据持续变化的地层特征自动调节钻头的切削深度(DOC)ꎬ在提高机械钻速的同时减缓黏滑现象ꎬ克服了常规PDC钻头切削深度控制的局限性(见图4a)ꎮ可调节的DOC控制单元收缩特性避免了切削齿对地层的过度切削ꎬ从而防止黏滑现象导致的钻头过早失效ꎮø215 9mmTerrAdapt智能钻头的现场试验结果证实该钻头可以有效抑制黏滑振动ꎬ拓宽了钻头稳定钻进的使用参数范围ꎬ提高了钻进效率[26-27]ꎮ2018年Halliburton公司推出了概念产品Cere ̄broForce自动感知钻头(见图4b)ꎬ通过在钻头内部设置多种传感器实现钻头工况数据的实时采集ꎬ以减少地面数据测量的不确定性ꎮ该钻头井下所能获取的数据包括:振动㊁钻压㊁扭矩及液体压力4 ㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械2024年㊀第52卷㊀第2期等ꎬ使得地面操作人员可以对钻头在井下的实际工况进行充分的掌握ꎬ从而对钻进参数等进行实时调节ꎬ最大化钻进效率[28]ꎮ2020年NOV提出了通过水力参数来实现钻头切削结构或者吃入深度控制单元对地层特征的 智能适应 ꎬ并初步研发出Smart ̄adaptive钻头(见图4c)ꎮ该钻头的设想是在钻进上下不同地层时可以实现刀翼数量的自动或人为控制ꎬ从而减少不必要的起下钻次数ꎬ为此NOV公司设计出了工业样品ꎬ其实际效果有待进一步现场验证[28]ꎮ2021年NOV公司推出了一款BitIQ钻头传感器ꎬ通过将传感器安装在PDC钻头接头处(见图4d)ꎬ可以实现对钻头振动(包括轴向㊁横向和切向振动ꎬ量程为ʃ120G)㊁井底温度(0~125ħ)及钻头转速(ʃ666r/min)在内的信息进行高频率(采样频率128Hz)测量㊁存储和数据统计ꎬ安装与操作较为简单ꎬ无需再经常安排额外操作人员ꎮ起钻后ꎬ使用专用手机应用对传感器存储数据进行下载并上传至云端系统进行数据处理ꎬ通过自动生成的分析报告ꎬ可以获得钻头磨损情况与井下振动之间的相关性ꎬ为后续钻头优化设计㊁提高钻头性能提供数据支撑ꎮ图4㊀智能化钻头Fig 4㊀Intelligentbits2㊀国内油气井用PDC钻头发展概况国内新型钻头的研发路线如下ꎮ①基于改变钻头井底的射流形式进而提高辅助破岩效果ꎬ有自激共振式钻头㊁空化射流钻头㊁脉冲空化多孔射流钻头㊁自旋式喷嘴射流钻头等ꎮ②通过设计并改变常规PDC钻头的切削结构ꎬ使钻头在井底的破岩方式发生变化ꎻ或者通过钻进过程中改变井底应力状况ꎬ降低岩石的抗钻特性ꎬ进而达到提高破岩效率的目的ꎮ有差压步进式钻头㊁微心钻头㊁旋切模块式钻头和环脊式PDC钻头等ꎮ③集井下数据采集和钻头动态行为监测为一体的智能钻头ꎬ将 黑匣子 (传感器)布置在钻头本体上ꎬ用于实时监测钻头的钻压㊁扭矩㊁转速㊁加速度㊁冲击载荷以及井底温度等信息ꎬ国内中石油工程院㊁胜利钻井工艺研究院等单位均开展了相关研究ꎬ开发的样机已初步进行了现场试验ꎬ达到了预期的目的ꎮ2 1㊀新型射流式PDC钻头国内部分研究团队在自激振荡(水力脉冲空化射流)理论与应用方面做了大量的工作[29-30]ꎬ空化射流的产生是基于在钻头上部(内部)添加自激振荡工具或结构ꎬ使用空化射流喷嘴或者脉冲空化射流耦合发生器ꎬ利用瞬态流和水声学原理调制射流流场ꎬ使射流剪切涡脱落㊁演化ꎬ发展成为大尺度涡环结构ꎬ诱导空化的发生ꎮ现阶段所研发的空化射流PDC钻头㊁脉冲空化多孔射流钻头也是基于上述原理ꎬ当流场中的空化气泡发生溃灭时会释放高温高压冲击波ꎬ进而提高空化射流的冲蚀性能ꎬ现场应用机械钻速平均提高30%~40%ꎮ2 2㊀结构创新型PDC钻头近年来ꎬ国内石油高校㊁企业加大了对于新型结构钻头的创新力度ꎬ从破岩方法㊁破岩机理[31-33]上做了诸多有益的探索ꎮ中国石油大学(华东)与中石油工程院在深井大尺寸井眼段长度增加㊁可钻性变差㊁常规PDC钻头钻速低㊁提速难的背景下ꎬ从降低深井岩石抗钻强度㊁增强钻头攻击能量2个角度出发ꎬ共同研发了一种自适应同心双径的PDC钻头(命名为差压步进式钻头)[34](见图5a)ꎮ室内试验与理论计算结果均表明ꎬ该钻头能够明显提高机械钻速(提速幅度为68%~330%)ꎬ在较小的破岩扭矩增加(增加69%)的情况下实现钻速的大幅度提升(提高280%)ꎮ同时弹性元件的存在使得钻压在领扩眼钻头之间可以自适应分配ꎬ提高了破岩能量利用率ꎬ进而最大化钻头的破岩效率[35]ꎮ为了使常规PDC钻头在深部难钻地层中的机械钻速有进一步的提升ꎬ中石油工程院研发了一种5 2024年㊀第52卷㊀第2期呼怀刚ꎬ等:国内外PDC钻头新进展与发展趋势展望㊀㊀㊀含亥姆霍兹共振腔的自激共振式钻头(见图5b)ꎬ该钻头水力激振腔引发的超高频振动能够使钻头与所钻地层之间发生共振ꎬ进而降低岩石强度㊁提高破岩效率ꎮ室内试验中平均机械钻速较常规PDC钻头提高80%以上ꎮ为解决普通PDC钻头形成的岩屑细碎㊁无法满足岩屑录井要求ꎬ胜利钻井工艺研究院㊁西南石油大学分别研发了一款微心PDC钻头[36-37]ꎮ此类微取心PDC钻头取消了常规PDC钻头心部的主切削齿ꎬ设置特殊的水力结构ꎬ使钻头心部在钻进过程中形成一定直径的竖直岩心并适时折断ꎬ通过负压抽吸作用将断的微岩心从钻头体内部流道带离井底ꎮ室内及现场试验结果表明ꎬ该钻头采集的岩心以柱状为主ꎬ岩性的完整性和采集率较高ꎬ可以代替牙轮钻头在岩屑录井井段使用ꎮ中国石油大学㊁西南石油大学等相关学者从破岩方式上对常规PDC钻头做了有益的探索与改进ꎬ研发了刮刀轮式[38]㊁旋转模块式[39]㊁旋切式[40]㊁环脊式[41]PDC钻头ꎮ此类钻头在常规PDC钻头的基础上加装了旋转切削模块(见图5c)ꎬ与固定式PDC切削齿 交叉刮切 破碎岩石ꎬ期望旋转切削模块中切削单元轮流工作方式能够提高钻头的整体破岩效率ꎮ环脊式PDC钻头(见图5d)则是在钻头的布齿区域内ꎬ至少有一个不设置主切削齿的环形空白带(简称 环带 )ꎬ且在刀翼的环带相应位置处开设周向贯通的凹槽ꎬ在凹槽底面或侧面可设置二级切削齿ꎮ目前ꎬ该类钻头多处于概念设计㊁室内测试阶段ꎬ距现场应用尚有较大距离ꎮ图5㊀结构创新型PDC钻头Fig 5㊀StructuralinnovativePDCbits2 3㊀中石油新型PDC钻头的应用情况依托中石油工程院休斯顿研发中心ꎬ在宝石机械㊁渤海中成㊁川庆钻探㊁长城钻探等生产单位的大力协作下ꎬ通过 十三五 持续攻关ꎬ中石油形成了从复合片材料及加工工艺㊁PDC钻头设计加工及应用一体化的专有技术[42]ꎮ为解决砂砾岩㊁火山岩㊁灰岩㊁云岩㊁燧石等难钻地层提速瓶颈问题ꎬ中石油休斯顿研究中心突破金刚石复合片选粉处理工艺㊁粉料封装工艺以及深度脱钴工艺ꎬ形成了硬质合金基体(见图6a㊁图6b)设计与试验评价方法ꎬ并首创三维凸脊形非平面齿(见图6c)ꎬ抗冲击性由300J提升至400J以上ꎬ较常规平面PDC切削齿抗冲击性能提高9倍以上㊁断裂韧性提高40%ꎻ脱钴深度由400~600μm提升至800~1200μmꎬ通过全角度脱钴ꎬ切削齿的抗研磨性和热稳定性得到了全面提升ꎬ延长钻头使用寿命ꎮ基于性能优异的非平面切削齿研发了3个系列11种尺寸22个型号的PDC钻头产品(见图6d)ꎬ在新疆㊁塔里木㊁西南㊁大庆等油田复杂难钻地层现场应用1000余井次ꎬ平均进尺和机械钻速提高29%和57%以上ꎬ屡创国内五大盆地多项新的钻井纪录ꎮ图6㊀中石油研发的高效异形PDC切削齿及Tridon系列PDC钻头Fig 6㊀Highefficiencyspecial ̄shapedPDCcuttersandTridonPDCbitsofCNPC 6 ㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械2024年㊀第52卷㊀第2期㊀㊀中国石油针对不同区块㊁不同井型㊁不同地层㊁不同井段实施 一井一策ꎬ一层一策 的个性化钻头设计与应用方案ꎮ中石油工程院与渤海装备联合研制的川渝页岩气㊁玛湖致密油水平段专用PDC钻头(见图7a㊁图7b)ꎬ通过复合片深度脱钴与优选㊁刀翼和布齿优化等设计ꎬ显著提高了钻头的攻击和导向性能ꎮ现场应用30余井次ꎬ在川渝页岩气井钻进ꎬ平均单趟进尺1000m以上ꎻ在玛湖区块玛XXX井乌尔禾组地层钻进ꎬ单趟进尺325mꎬ平均机械钻速5m/hꎬ与进口PDC钻头相当ꎮ川庆钻探公司针对川渝页岩气三开可钻性差的难题ꎬ研发了混合布齿㊁常规螺杆专用和旋转导向专用的系列个性化PDC钻头(见图7c㊁图7d)ꎬ其中常规螺杆专用钻头的平均机械钻速和单趟进尺分别为7 7m/h和510mꎬ同比提高11 4%和18 5%ꎬ单只钻头的最高进尺达1288mꎻ旋转导向专用钻头的平均机械钻速和单趟进尺分别为11 6m/h和1093mꎬ同比提高43%和48%ꎬ单只钻头的最高进尺1586mꎮ宝鸡石油机械有限责任公司研制的PDC-牙轮复合钻头ꎬ规格在ø149 2~ø444 5mm(ø5 ~ø17⅟ in)之间ꎬ在川渝㊁松辽盆地等难钻地层累计应用286只ꎬ与PDC钻头相比ꎬ钻头进尺和平均机械钻速分别提高20%~108%和10%~75%ꎮ图7㊀中石油部分专打PDC钻头Fig 7㊀PDCbitsforspecializeddrillingofCNPC3㊀国内PDC钻头研发面临挑战3 1㊀油气勘探所面临的形势随着塔里木盆地大北㊁博孜㊁克深㊁顺北超深层ꎬ准噶尔盆地南缘深层超深层㊁玛湖吉木萨尔页岩油气ꎬ四川盆地川东㊁川西北㊁川中古隆起北斜坡ꎬ大庆古龙页岩油气等一大批大油田的发现ꎬ 十四五 及今后若干年增储上产的重点仍然是深层超深层ꎮ而在上述地层中钻进依然面临地层可钻性差导致的破岩效率低㊁砾石层及软硬交互地层引起钻头振动造成先期损坏㊁深井大尺寸井眼钻井周期长㊁钻头用量大等严峻挑战ꎮ例如川西地区的须家河组㊁二叠系等地层可钻性差8~10级㊁研磨性强8~10级ꎬ金宝石组石英含量高达90%以上ꎬ钻头破岩效率较低ꎬ吴家坪组-栖霞组机械钻速仅1 29m/hꎬ钻头进尺小于60mꎻ大庆深部地层的流纹岩㊁花岗岩㊁砾岩等难钻地层ꎬ可钻性达8~10级ꎬ钻头钻进过程振动剧烈且频繁ꎬ平均进尺56mꎬ机械钻速1 30m/hꎬ单井钻头用量大(水平井平均用量36只ꎬ直井10只)ꎻ库车山前地区的砾石层平均段长超5200mꎬ砾石含量高㊁粒径大ꎬ机械钻速平均仅为2m/hꎬ巴什基奇克组等复杂地层厚度占全井4%~21%ꎬ钻时占全井25%~51%ꎬ钻头用量占全井40%~62%ꎮ3 2㊀高端钻头研发所面临的瓶颈问题首先是基础学科领域有待进一步突破ꎬ其中新型钻头基体的材料研发㊁金刚石材料与基底的黏结工艺㊁深部高温高压复杂地层钻头与岩石相互作用机理亟需科研攻关ꎮ其次是PDC钻头设计㊁模拟㊁加工㊁后评价一体化的智能设计制造技术有待进一步集成升级ꎬ具有特殊工况㊁地层适应性的个性化钻头模块化设计软件㊁性能模拟与磨损预测软件㊁五轴数控加工与自动化检测平台等方面亟待优化升级和功能开发ꎮ再次是钻头创新研发与应用进度尚不匹配ꎬ国内石油高校在新型结构钻头创新㊁理论计算与数值模拟上具有先天性优势ꎬ而国内相关企业则在PDC钻头加工生产㊁科学试验㊁产业化应用方面具有得天独厚的有利条件ꎬ两者之间的联通渠道有待进一步加速拓宽ꎬ以发挥各自的比较优势ꎮ最后是国内钻头研发尚需一条或多条明确的开发线路ꎬ多为单点创新性研发ꎬ系统性㊁系列性㊁特殊地层适用性较国外知名钻头公司还有一定的差距ꎮ7 2024年㊀第52卷㊀第2期呼怀刚ꎬ等:国内外PDC钻头新进展与发展趋势展望㊀㊀㊀4㊀结论与展望(1)将PDC切削齿与其他类型切削元件进行有机结合㊁在结构参数和材料等方面进行不同组合的混合式钻头已成为国际上油气井钻头发展的重要趋势之一ꎮ(2)以BHGE油气公司TerrAdapt智能钻头为代表ꎬ通过对切削结构或吃深控制单元进行自动控制ꎬ在抑制黏滑振动和减小钻头冲击损坏方面表现出色ꎬ也逐渐成为油气井用钻头的研发方向之一ꎮ(3)以Halliburton公司的CerebroForce自动感知钻头为代表ꎬ将信息采集传感器集成于钻头内ꎬ实现井下工况的实时监测与反馈ꎮ随着科技与材料科学的进一步发展ꎬ智能感知钻头终将普遍用于油气行业ꎬ实现基于测量信息的钻进过程实时优化㊁信息存储用于钻后分析ꎮ钻头供应商需要与钻井承包商深度合作ꎬ甄别井底所获取的信息哪些具有较大的价值ꎬ并将上述数据以最快的速度发挥其最大的价值ꎮ(4)钻头的个性化设计始终是深部复杂地层提高破岩效率㊁长水平段水平井实现 一趟钻 目标的必然选择与要求ꎮ针对细化的区块㊁工况㊁地层等大力实施 一井一策ꎬ一层一策 的个性化钻头设计与应用方案ꎻ同时ꎬPDC钻头研发也应与配套钻井工艺㊁钻井工具㊁导向工具集成化服务相结合ꎬ以最大化钻头与底部钻具的组合潜能ꎬ尽可能实现不同复杂地层中的一趟钻完钻ꎮ参㊀考㊀文㊀献[1]㊀左汝强.国际油气井钻头进展概述(一):Kymera组合式(Hybrid)钻头系列[J].探矿工程(岩土钻掘工程)ꎬ2016ꎬ43(1):4-6.ZUORQ.Internationaladvancementofdrillingbitsforoilandgaswell(1)-kymerahybridbit[J].Explo ̄rationEngineering(Rock&SoilDrillingandTunne ̄ling)ꎬ2016ꎬ43(1):4-6[2]㊀左汝强.国际油气井钻头进展概述(三):PDC钻头发展进程及当今态势(上)[J].探矿工程(岩土钻掘工程)ꎬ2016ꎬ43(3):1-8.ZUORQ.Internationaladvancementofdrillingbitsforoilandgaswell(3)-PDCbitsprogressandpresenttrend(Ⅰ)[J].ExplorationEngineering(Rock&SoilDrillingandTunneling)ꎬ2016ꎬ43(3):1-8 [3]㊀左汝强.国际油气井钻头进展概述(四):PDC钻头发展进程及当今态势(下)[J].探矿工程(岩土钻掘工程)ꎬ2016ꎬ43(4):40-48.ZUORQ.Internationaladvancementofdrillingbitsforoilandgaswell(4)-PDCbitsprogressandpresenttrend(Ⅱ)[J].ExplorationEngineering(Rock&SoilDrillingandTunneling)ꎬ2016ꎬ43(4):40-48 [4]㊀万夫磊ꎬ韩烈祥ꎬ姚建林.个性化钻头技术研究与展望[J].钻采工艺ꎬ2020ꎬ43(4):16-19.WANFLꎬHANLXꎬYAOJL.Researchandpros ̄pectofpersonalizedbittechnology[J].Drilling&Pro ̄ductionTechnologyꎬ2020ꎬ43(4):16-19 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涡轮钻具及PDC钻头联合工作性能试验分析
![涡轮钻具及PDC钻头联合工作性能试验分析](https://img.taocdn.com/s3/m/027c93d826fff705cc170a62.png)
钻进 试验 时 ,位移 传感 器与 钻杆一 起 在垂直 方 向联动 ,测量 钻头 的钻进 深度 。测 量接 头是 一 只 自制
的压 力 和扭矩 传感 器 。钻头 旋转 钻进 岩石 ,测量 接头 输 出电压信 号 ,传输 到应 变仪 和计算 机 。计算机 对 所 有 的信号 高速 采集 ,并计 算 出与信 号对 应 的钻 压 、扭矩 、进 尺和 时间 ,由进 尺与钻 进 时间计 算得 到机
械 钻速 。
பைடு நூலகம்
2 结果 与 分析
2 1 涡轮 钻具 工作 转速 与钻 压的 关 系 .
涡轮 钻具将 钻井 液 的能量 转化 为钻具 主轴旋转 的机 械能 ,驱 动井底 钻头 破碎 岩石 ,其工 作行 为涉 及
2方面 的 内容 :① 钻 头及岩 石相 互作 用规 律 ,主要涉 及 到钻头 和 岩石 的种 类 、钻 压 、转速 、扭 矩 、机 械
长 江 大 学 学 报 ( 然 科 学 版 ) 理 工 21 年 1 第 9 第 1 自 02 月 卷 期 Jun l f a gz nvri ( a c E i Si n J n2 1 ,Vo. o 1 o ra o n te i s y N t i dt c&E g a. 0 2 Y U e t S ) 19N .
砂岩 ( 中硬地 层 )进行 钻进 ,通 过 2 规格 的钻 头在 2种典 型岩 石上 的钻进 规律进 行 对 比试 验 ,以了解 种
涡 轮钻具 及 P DC钻 头联合 工作 性能 。
1 试 验 部 分
1 1 试 验 装 置 .
试 验装 置 为 3 t 头 实 验 架 ,其 相 关 参 数 为 :钻 压 范 围 2 3 t 0钻 ~ 0 ;转 速 范 围 0 0 rmi;无 级 调 ~2 0 / n 速 ;钻 头钻 进 的最大 行程 10 mm。实 验架在 垂 直钻进 的工况 下所 测量 的参 数有 钻 头钻 压 、扭 矩 、机 械 20 钻 速 、钻头 转 速等 。
PDC钻头使用类型
![PDC钻头使用类型](https://img.taocdn.com/s3/m/23bfb24e77c66137ee06eff9aef8941ea76e4bdc.png)
PDC钻头使用类型PDC(聚晶钻头)钻头是近年来石油钻探领域中广泛使用的一种钻井工具。
它以高硬度、高韧性和抗磨损性能而著称,具有很高的钻进速度和良好的钻井性能,被广泛用于各类岩石的钻井作业。
根据不同的使用场景和岩石性质,PDC钻头可以分为几种不同的类型。
1.全面固结PDC钻头(Matrix PDC Bits):这种钻头主要由聚晶齿和基体(又称为矩阵)组成,聚晶齿通过高温高压的工艺固结在基体上。
聚晶齿具有异常高的硬度和韧性,可以很好地抵抗地层的磨损和破碎,而基体则提供了一定的强度和稳定性。
全面固结PDC钻头适用于一般的钻井环境和弱-中硬度的岩石。
2.增韧型PDC钻头(Toughened PDC Bits):增韧型PDC钻头采用类似金属的材料作为基体,可提供更高的强度和韧性。
增韧型PDC钻头的聚晶齿比全面固结型更细小,能在基体上形成更强的支撑结构,从而提高了钻头的抗磨损和抗冲击性能。
增韧型PDC钻头适用于中硬-高硬度的岩石,如石英岩、玄武岩等。
3.钢体PDC钻头(Steel Body PDC Bits):钢体PDC钻头采用整体钢体结构,包括钢体本身和装配在其上的聚晶齿。
与前两种钻头相比,钢体PDC钻头更适用于特殊的钻井环境,如高温高压的深层井口、酸性环境等。
钢体PDC钻头的钻具设计更为复杂,需要更高的技术难度和成本,但由于其良好的耐压性和抗腐蚀性能,使其成为一些特殊作业的首选。
4.侧喷PDC钻头(Jet Deflection PDC Bits):侧喷PDC钻头在钻井过程中注入高速射流,把钻井液喷出来,通过液体的冲刷和冲击来清除井底碎屑,防止碎屑卡钻。
这种钻头适用于易卡钻的地层,如软-中硬的沉积岩。
5.方形PDC钻头(Square PDC Bits):方形PDC钻头的切削齿排列为方形,相比于传统的圆形排列,能够提供更多的侧切削面积,有利于提高钻井效率和采取更大的传动力。
方形PDC钻头适用于中-高硬度的岩石。
PDC钻头
![PDC钻头](https://img.taocdn.com/s3/m/a330677b168884868762d629.png)
PDC 钻头英文:Polycrys talline Diamond Compact聚晶金刚石复合片钻头的简称。
是石油钻井行业常用的一种钻井工具。
PDC 产品性能不断改进。
在过去的几年间,PDC 切削齿的质量和类型都发生了巨大的变化。
如果将20世纪80年代的齿与当今的齿进行比较的话,差异是相当大的。
由于混合工艺与制造工艺的变化,当今的切削齿的质量性能要好得多,使钻头的抗冲蚀以及抗冲击能力都大为提高。
工程师们还对碳化钨基片与人造金刚石之间的界面进行了优化,以提高切削齿的韧性。
层状金刚石工艺方面的革新也被用于提高产品的抗磨蚀性和热稳定性。
除了材料和制造工艺方面的发展以外,PDC 产品在齿的设计技术和布齿方面也实现了重大的突破。
现在,PDC 产品已可被用于以前所不能应用的地区,如更硬、磨蚀性更强和多变的地层。
这种向新领域中的扩展,对金刚石(固定切削齿)钻头和牙轮钻头之间的平衡发生了很大的影响。
最初,PDC 钻头只能被用于软页岩地层中,原因是硬的夹层会损坏钻头。
但由于新技术的出现以及结构的变化,目前P DC 钻头已能够用于钻硬夹层和长段的硬岩地层了。
PDC 钻头正越来越多地为人们所选用,特别是随着PDC 齿质量的不断提高,这种情况越发凸显。
由于钻头设计和齿的改进,PDC 钻头的可定向性也随之提高,这进一步削弱了过去在马达钻井中牙轮钻头的优势。
目前,PDC 钻头每天都在许多地层的钻井应用中排挤掉牙轮钻头的市场。
8-1/2T D164A 4刀翼PDC 钻头 2TD194B 4刀翼PDC 钻头 8-1/2T D165A 5刀翼PDC 钻头8-1/2T D196A 6刀翼PDC 钻头 9TD195A5刀翼PDC 钻头 9-1/2T D166A 6刀翼PDC 钻头6TD136A 6刀翼PDC 钻头12-1/4TD166A 6刀翼PDC 钻头 8-1/2T D13APDC钻头厚层砾岩钻进技术探索与实践:为了降低海上钻井作业成本、提高作业效率,开发了PDC钻头厚层砾岩钻进技术.在保持普通PDC钻头快速切削性能的基础上,通过优选新型高强度PDC切削齿、改进钻头切削结构提高钻头的整体强度,通过采用后倾角渐变、力平衡设计、加强切削齿保护等方法提高钻头的稳定性,并且在使用中通过优化钻具组合、采用合理的钻井参数和"中低排量-中低转速-中高钻压"的平稳钻进模式预防PDC钻头在砾岩段的先期破坏,有效延长了钻头在砾岩钻进中的寿命.应用该技术实现了用PDC钻头在辽东湾一次性钻穿馆陶组和东营组上部疏松地层中垂厚近80 m的砾岩段,有的井钻穿砾岩段后又直接钻下部中硬地层至完钻井深.采用PDC钻头厚层砾岩钻进技术,可以大量节省海上钻井作业时间,显著降低钻井费用.PDC钻头工程技术措施石油钻井装备:1)、首先做好PDC钻头的选型工作,钻头水眼、流道设计应利于排屑;2)、下入PDC钻头之前,应充分循环泥浆,清洗井眼,防止起钻后滞留在井眼内的钻屑继续水化分散;3)、下钻时钻头不断刮削井壁,井壁上的泥饼或滞留于井内的钻屑会在钻头下堆积,到一定程度便会压实在钻头上,那么下钻中途进行循环,将钻头冲洗干净也是有其必要的;4)、下钻过程中还应适当控制速度,防止钻头突然冲入砂桥,钻进一堆烂泥中;另外如果速度恰当,PDC钻头会顺着上一只钻头所钻的螺旋形井眼轨道行进,而不是在井壁上划拉下大量泥饼。
史密斯锥形齿PDC钻头大全
![史密斯锥形齿PDC钻头大全](https://img.taocdn.com/s3/m/70629d10b7360b4c2e3f64a3.png)
11 5/8 in Z516(295.275 mm) ID:66403A0001 ER:26626FEATURESBit design and performance have been certified through the validation process prescribed by IDEAS simulation technology.The Stinger's unique conical geometry delivers high point loading to fracture tough-to-drill formations moreefficiently.Placed on the blade, Stinger conical diamond elements offer improved impact resistance when drilling through inter-bedded formations or when hard inclusions such as chert or conglomerates areencountered.Bit design is available with RockStorm PDC technology. These all-in-one cutters break the paradigm and provide ultimate wear resistance and ultimate impact resistance in the same PDC cutter. As aresult, faster drilling rates are delivered while increasingoverall run length.Placing thermally stable diamond inserts (TSP) on the gauge maximizes gaugeretention and extends bit life.StingBlade bits, with Stinger conical diamond elements across the bit face, are designed to significantly increase footage and ROP in tough-to-drill formations, drill with better steerability in directional applications, mitigate shocks and vibrationsthrough greater bit stability, and create larger cuttings for improved surface formation evaluation.SpecificationsTotal Cutters 40Cutter Size 16mm (5/8 in)Face Cutters (22) 16mm Gauge Cutters (5) 16mm Cone Cutters(13) 16mm Total Stinger Element Count 31Stinger Element Size 9/16 in Blade Count 5Nozzles7 Standard Series 60N, 1 Standard Series 50NBit Connection 6 5/8 Reg Junk Slot Area, in234.07Gauge Length: 3" Protection: Options Available LengthMake-Up: 10.838 in Overall: 15.776 in Fishing NeckDiameter: 7.88 in Length: 3.449 inOperating ParametersBit Speed 140 To 300 RPM Weight-on-Bit7,500 To 50,000 (lbf) 3,409 To 22,725 (daN) 3 To 22 (Tonnes)Flow Rate galUs/min500 To 1200Hydraulic Horsepower, HSI1 To 612 1/4 in Z516(311.15 mm) ID:66475A0001 ER:26691FEATURESBit design and performance have been certified through the validation process prescribed by IDEAS simulation technology.The Stinger's unique conical geometry delivers high point loading to fracture tough-to-drill formations moreefficiently.Placed on the blade, Stinger conical diamond elements offer improved impact resistance when drilling through inter-bedded formations or when hard inclusions such as chert or conglomerates areencountered.The center location of the Stinger conical diamond in the bit enhances its stability to mitigate whirl and other artifacts that waste energy and reduce ROP. The Stinger element also provides an efficientmechanism to drill the verycenter of the borehole.Bit design is available with RockStorm PDC technology. These all-in-one cutters break the paradigm and provide ultimate wear resistance and ultimate impact resistance in the same PDC cutter. As aresult, faster drilling rates are delivered while increasingoverall run length.StingBlade bits, with Stinger conical diamond elements across the bit face, are designed to significantly increase footage and ROP in tough-to-drill formations, drill with better steerability in directional applications, mitigate shocks and vibrationsthrough greater bit stability, and create larger cuttings for improved surface formation evaluation.SpecificationsTotal Cutters 43Cutter Size 16mm (5/8 in)Face Cutters (24) 16mm Gauge Cutters (5) 16mm Cone Cutters(14) 16mm Total Stinger Element Count 34Stinger Element Size 9/16 in Blade Count 5Nozzles7 Standard Series 60N, 1 Standard Series 50NBit Connection 7 5/8 Reg Junk Slot Area, in243.708Gauge Length: 3" Protection: Options Available LengthMake-Up: 11.151 in Overall: 16.089 in Fishing NeckDiameter: 7.88 in Length: 3.448 inOperating ParametersBit Speed 140 To 300 RPM Weight-on-Bit7,500 To 40,000 (lbf) 3,409 To 18,180 (daN) 3 To 18 (Tonnes)Flow Rate galUs/min500 To 1200Hydraulic Horsepower, HSI1 To 612 1/4 in Z519(311.15 mm) ID:66227A0101 ER:26491FEATURESBit design and performance have been certified through the validation process prescribed by IDEAS simulation technology.The Stinger's unique conical geometry delivers high point loading to fracture tough-to-drill formations moreefficiently.Placed on the blade, Stinger conical diamond elements offer improved impact resistance when drilling through inter-bedded formations or when hard inclusions such as chert or conglomerates areencountered.The center location of the Stinger conical diamond in the bit enhances its stability to mitigate whirl and other artifacts that waste energy and reduce ROP. The Stinger element also provides an efficientmechanism to drill the verycenter of the borehole.Bit design is available with RockStorm PDC technology. These all-in-one cutters break the paradigm and provide ultimate wear resistance and ultimate impact resistance in the same PDC cutter. As aresult, faster drilling rates are delivered while increasingoverall run length.StingBlade bits, with Stinger conical diamond elements across the bit face, are designed to significantly increase footage and ROP in tough-to-drill formations, drill with better steerability in directional applications, mitigate shocks and vibrationsthrough greater bit stability, and create larger cuttings for improved surface formation evaluation.SpecificationsTotal Cutters 39Cutter Size 16mm (5/8 in), 19mm (3/4 in)Face Cutters (21) 19mm Gauge Cutters (10) 16mm Cone Cutters(8) 19mm Total Stinger Element Count 31Stinger Element Size 9/16 in Blade Count 5Nozzles7 Standard Series 60N Bit Connection 6 5/8 Reg Junk Slot Area, in234.287Gauge Length: 3" Protection: Options Available LengthMake-Up: 12.047 in Overall: 16.985 in Fishing NeckDiameter: 8 in Length: 3.521 inOperating ParametersBit Speed 140 To 300 RPMWeight-on-Bit15,000 To 45,000 (lbf) 6,818 To 20,452 (daN) 7 To 20 (Tonnes)Flow Rate galUs/min500 To 1000Hydraulic Horsepower, HSI1 To 6Recommended Make-up Torque47300 To 47800 ft/lbs12 1/4 in Z616(311.15 mm) ID:66137A0004 ER:26413FEATURESBit design and performance have been certified through the validation process prescribed by IDEAS simulation technology.The Stinger's unique conical geometry delivers high point loading to fracture tough-to-drill formations moreefficiently.Placed on the blade, Stinger conical diamond elements offer improved impact resistance when drilling through inter-bedded formations or when hard inclusions such as chert or conglomerates areencountered.Bit design is available with RockStorm PDC technology. These all-in-one cutters break the paradigm and provide ultimate wear resistance and ultimate impact resistance in the same PDC cutter. As aresult, faster drilling rates are delivered while increasingoverall run length.Placing thermally stable diamond inserts (TSP) on the gauge maximizes gaugeretention and extends bit life.StingBlade bits, with Stinger conical diamond elements across the bit face, are designed to significantly increase footage and ROP in tough-to-drill formations, drill with better steerability in directional applications, mitigate shocks and vibrationsthrough greater bit stability, and create larger cuttings for improved surface formation evaluation.SpecificationsTotal Cutters 57Cutter Size 16mm (5/8 in)Face Cutters (31) 16mm Gauge Cutters (7) 16mm Cone Cutters (13) 16mm Back-Up Cutters(6) 16mm Total Stinger Element Count 34Stinger Element Size 9/16 in Blade Count 6Nozzles9 Standard Series 60N Bit Connection 6 5/8 Reg Junk Slot Area, in227.172Gauge Length: 4" Protection: Options Available LengthMake-Up: 11.442 in Overall: 16.38 in Fishing NeckDiameter: 8 in Length: 3.141 inOperating ParametersBit Speed 140 To 300 RPM Weight-on-Bit7,500 To 50,000 (lbf) 3,409 To 22,725 (daN) 3 To 22 (Tonnes)Flow Rate galUs/min500 To 1200Hydraulic Horsepower, HSI1 To 612 1/4 in Z619(311.15 mm) ID:66503A0001 ER:26730FEATURESBit design and performance have been certified through the validation process prescribed by IDEAS simulation technology.The Stinger's unique conical geometry delivers high point loading to fracture tough-to-drill formations moreefficiently.Placed on the blade, Stinger conical diamond elements offer improved impact resistance when drilling through inter-bedded formations or when hard inclusions such as chert or conglomerates areencountered.Bit design is available with RockStorm PDC technology. These all-in-one cutters break the paradigm and provide ultimate wear resistance and ultimate impact resistance in the same PDC cutter. As aresult, faster drilling rates are delivered while increasingoverall run length.Placing thermally stable diamond inserts (TSP) on the gauge maximizes gaugeretention and extends bit life.StingBlade bits, with Stinger conical diamond elements across the bit face, are designed to significantly increase footage and ROP in tough-to-drill formations, drill with better steerability in directional applications, mitigate shocks and vibrationsthrough greater bit stability, and create larger cuttings for improved surface formation evaluation.SpecificationsTotal Cutters 41Cutter Size 19mm (3/4 in)Face Cutters (28) 19mm Gauge Cutters (7) 19mm Cone Cutters(6) 19mm Total Stinger Element Count 33Stinger Element Size 9/16 in Blade Count 6Nozzles6 Standard Series 60N Bit Connection 6 5/8 Reg Junk Slot Area, in239.218Gauge Length: 3" Protection: Options Available LengthMake-Up: 13.257 in Overall: 18.195 in Fishing NeckDiameter: 8 in Length: 5.131 inOperating ParametersBit Speed 140 To 300 RPM Weight-on-Bit15 To 35 (lbf) 7 To 16 (daN) To (Tonnes)Flow Rate galUs/min600 To 900Hydraulic Horsepower, HSI1 To 6Recommended Make-up Torque47,300 To 47,800 ft/lbs12 1/4 in Z716(311.15 mm) ID:66407A0002 ER:26649FEATURESBit design and performance have been certified through the validation process prescribed by IDEAS simulation technology.The Stinger's unique conical geometry delivers high point loading to fracture tough-to-drill formations moreefficiently.Placed on the blade, Stinger conical diamond elements offer improved impact resistance when drilling through inter-bedded formations or when hard inclusions such as chert or conglomerates areencountered.The center location of the Stinger conical diamond in the bit enhances its stability to mitigate whirl and other artifacts that waste energy and reduce ROP. The Stinger element also provides an efficientmechanism to drill the verycenter of the borehole.Bit design is available with RockStorm PDC technology. These all-in-one cutters break the paradigm and provide ultimate wear resistance and ultimate impact resistance in the same PDC cutter. As aresult, faster drilling rates are delivered while increasingoverall run length.StingBlade bits, with Stinger conical diamond elements across the bit face, are designed to significantly increase footage and ROP in tough-to-drill formations, drill with better steerability in directional applications, mitigate shocks and vibrationsthrough greater bit stability, and create larger cuttings for improved surface formation evaluation.SpecificationsTotal Cutters 70Cutter Size 16mm (5/8 in)Face Cutters (36) 16mm Gauge Cutters (10) 16mm Cone Cutters (17) 16mm Back-Up Cutters(7) 16mm Total Stinger Element Count 42Stinger Element Size 9/16 in Blade Count 7Nozzles7 Standard Series 60N Bit Connection 6 5/8 Reg Box Junk Slot Area, in227.257Gauge Length: 3" Protection: Options Available LengthMake-Up: 11.315 in Overall: 16.253 Fishing NeckDiameter: 8 in Length: 3.521 inOperating ParametersBit Speed 140 To 300 RPM Weight-on-Bit6,000 To 45,000 (lbf) 2,727 To 20,452 (daN) 3 To 20 (Tonnes)Flow Rate galUs/min500 To 1200Hydraulic Horsepower, HSI1 To 612 1/4 in Z8(311.15 mm) ID:66364A0001 ER:26601FEATURESBit design and performance have been certified through the validation process prescribed by IDEAS simulation technology.The Stinger's unique conical geometry delivers high point loading to fracture tough-to-drill formations moreefficiently.Placed on the blade, Stinger conical diamond elements offer improved impact resistance when drilling through inter-bedded formations or when hard inclusions such as chert or conglomerates areencountered.The center location of the Stinger conical diamond in the bit enhances its stability to mitigate whirl and other artifacts that waste energy and reduce ROP. The Stinger element also provides an efficientmechanism to drill the verycenter of the borehole.Bit design is available with RockStorm PDC technology. These all-in-one cutters break the paradigm and provide ultimate wear resistance and ultimate impact resistance in the same PDC cutter. As aresult, faster drilling rates are delivered while increasingoverall run length.StingBlade bits, with Stinger conical diamond elements across the bit face, are designed to significantly increase footage and ROP in tough-to-drill formations, drill with better steerability in directional applications, mitigate shocks and vibrationsthrough greater bit stability, and create larger cuttings for improved surface formation evaluation.SpecificationsTotal Cutters 123Cutter Size 13mm (1/2 in)Face Cutters (88) 13mm Gauge Cutters (8) 13mm Cone Cutters (19) 13mm Back-Up Cutters(8) 13mm Total Stinger Element Count 107Stinger Element Size 9/16 in Blade Count 8Nozzles8 Standard Series 60N Bit Connection 6 5/8 Reg Junk Slot Area, in227.615Gauge Length: 5" Protection: Options Available LengthMake-Up: 13.044 in Overall: 17.982 in Fishing NeckDiameter: 8 in Length: 3.571 inOperating ParametersBit Speed 140 To 300 RPM Weight-on-Bit4,000 To 35,000 (lbf) 1,818 To 15,908 (daN) 2 To 16 (Tonnes)Flow Rate galUs/min500 To 1000Hydraulic Horsepower, HSI1 To 612 1/4 in Z813(311.15 mm) ID:66532A0002 ER:26767FEATURESBit design and performance have been certified through the validation process prescribed by IDEAS simulation technology.The Stinger's unique conical geometry delivers high point loading to fracture tough-to-drill formations moreefficiently.Placed on the blade, Stinger conical diamond elements offer improved impact resistance when drilling through inter-bedded formations or when hard inclusions such as chert or conglomerates areencountered.The center location of the Stinger conical diamond in the bit enhances its stability to mitigate whirl and other artifacts that waste energy and reduce ROP. The Stinger element also provides an efficientmechanism to drill the verycenter of the borehole.Bit design is available with RockStorm PDC technology. These all-in-one cutters break the paradigm and provide ultimate wear resistance and ultimate impact resistance in the same PDC cutter. As aresult, faster drilling rates are delivered while increasingoverall run length.StingBlade bits, with Stinger conical diamond elements across the bit face, are designed to significantly increase footage and ROP in tough-to-drill formations, drill with better steerability in directional applications, mitigate shocks and vibrationsthrough greater bit stability, and create larger cuttings for improved surface formation evaluation.SpecificationsTotal Cutters 47Cutter Size 13mm (1/2 in)Face Cutters (30) 13mm Gauge Cutters (8) 13mm Cone Cutters(9) 13mm Total Stinger Element Count 80Stinger Element Size 9/16 in Blade Count 8Nozzles4 Standard Series 60N, 8 Standard Series 50NBit Connection 6 5/8 Reg Junk Slot Area, in223.573Gauge Length: 5" Protection: Options Available LengthMake-Up: 13.004 in Overall: 17.942 in Fishing NeckDiameter: 8 in Length: 3.531 inOperating ParametersBit Speed 140 To 300 RPM Weight-on-Bit6,000 To 60,000 (lbf) 2,727 To 27,270 (daN) 3 To 27 (Tonnes)Flow Rate galUs/min500 To 1200Hydraulic Horsepower, HSI1 To 612 1/4 in Z816(311.15 mm) ID:66511A0001 ER:26732FEATURESBit design and performance have been certified through the validation process prescribed by IDEAS simulation technology.The Stinger's unique conical geometry delivers high point loading to fracture tough-to-drill formations moreefficiently.Placed on the blade, Stinger conical diamond elements offer improved impact resistance when drilling through inter-bedded formations or when hard inclusions such as chert or conglomerates areencountered.The center location of the Stinger conical diamond in the bit enhances its stability to mitigate whirl and other artifacts that waste energy and reduce ROP. The Stinger element also provides an efficientmechanism to drill the verycenter of the borehole.Bit design is available with RockStorm PDC technology. These all-in-one cutters break the paradigm and provide ultimate wear resistance and ultimate impact resistance in the same PDC cutter. As aresult, faster drilling rates are delivered while increasingoverall run length.StingBlade bits, with Stinger conical diamond elements across the bit face, are designed to significantly increase footage and ROP in tough-to-drill formations, drill with better steerability in directional applications, mitigate shocks and vibrationsthrough greater bit stability, and create larger cuttings for improved surface formation evaluation.SpecificationsTotal Cutters 77Cutter Size 16mm (5/8 in)Face Cutters (43) 16mm Gauge Cutters (9) 16mm Cone Cutters (14) 16mm Back-Up Cutters(11) 16mm Total Stinger Element Count 40Stinger Element Size 9/16 in Blade Count 8Nozzles8 Standard Series 60N Bit Connection 6 5/8 Reg Junk Slot Area, in226.269Gauge Length: 3" Protection: Options Available LengthMake-Up: 11.223 in Overall: 16.161 in Fishing NeckDiameter: 8 in Length: 3.521 inOperating ParametersBit Speed 140 To 300 RPM Weight-on-Bit4,000 To 50,000 (lbf) 1,818 To 22,725 (daN) 2 To 22 (Tonnes)Flow Rate galUs/min500 To 1000Hydraulic Horsepower, HSI1 To 616 in Z616(406.4 mm) ID:66213A0002 ER:26475FEATURESBit design and performance have been certified through the validation process prescribed by IDEAS simulation technology.The Stinger's unique conical geometry delivers high point loading to fracture tough-to-drill formations moreefficiently.Placed on the blade, Stinger conical diamond elements offer improved impact resistance when drilling through inter-bedded formations or when hard inclusions such as chert or conglomerates areencountered.Bit design is available with RockStorm PDC technology. These all-in-one cutters break the paradigm and provide ultimate wear resistance and ultimate impact resistance in the same PDC cutter. As aresult, faster drilling rates are delivered while increasingoverall run length.Placing thermally stable diamond inserts (TSP) on the gauge maximizes gaugeretention and extends bit life.StingBlade bits, with Stinger conical diamond elements across the bit face, are designed to significantly increase footage and ROP in tough-to-drill formations, drill with better steerability in directional applications, mitigate shocks and vibrationsthrough greater bit stability, and create larger cuttings for improved surface formation evaluation.SpecificationsTotal Cutters 78Cutter Size 16mm (5/8 in)Face Cutters (48) 16mm Gauge Cutters (6) 16mm Cone Cutters (18) 16mm Back-Up Cutters(6) 16mm Total Stinger Element Count 60Stinger Element Size 9/16 in Blade Count 6Nozzles12 Standard Series 60N Bit Connection 7 5/8 Reg Junk Slot Area, in251.891Gauge Length: 18 7/16 in Protection: Options AvailableLengthMake-Up: 13.228 in Overall: 18.416 in Fishing NeckDiameter: 9.38 in Length: 3.372 inOperating ParametersBit Speed 140 To 300 RPM Weight-on-Bit8,000 To 50,000 (lbf) 3,636 To 22,725 (daN) 4 To 22 (Tonnes)Flow Rate galUs/min700 To 145017 1/2 in Z616(444.5 mm) ID:66272B0001 ER:26522FEATURESBit design and performance have been certified through the validation process prescribed by IDEAS simulation technology.The Stinger's unique conical geometry delivers high point loading to fracture tough-to-drill formations moreefficiently.Placed on the blade, Stinger conical diamond elements offer improved impact resistance when drilling through inter-bedded formations or when hard inclusions such as chert or conglomerates areencountered.The center location of the Stinger conical diamond in the bit enhances its stability to mitigate whirl and other artifacts that waste energy and reduce ROP. The Stinger element also provides an efficientmechanism to drill the verycenter of the borehole.Bit design is available with RockStorm PDC technology. These all-in-one cutters break the paradigm and provide ultimate wear resistance and ultimate impact resistance in the same PDC cutter. As aresult, faster drilling rates are delivered while increasingoverall run length.StingBlade bits, with Stinger conical diamond elements across the bit face, are designed to significantly increase footage and ROP in tough-to-drill formations, drill with better steerability in directional applications, mitigate shocks and vibrationsthrough greater bit stability, and create larger cuttings for improved surface formation evaluation.SpecificationsTotal Cutters 78Cutter Size 16mm (5/8 in)Face Cutters (46) 16mm Gauge Cutters (6) 16mm Cone Cutters (20) 16mm Back-Up Cutters(6) 16mm Total Stinger Element Count 55Stinger Element Size 9/16 in Blade Count 6Nozzles9 Standard Series 60N Bit Connection 7 5/8 Reg Junk Slot Area, in270.352Gauge Length: 3" Protection: Options Available LengthMake-Up: 13.306 in Overall: 18.494 in Fishing NeckDiameter: 9.38 in Length: 3.461 inOperating ParametersBit Speed 140 To 300 RPMWeight-on-Bit15,000 To 60,000 (lbf) 6,818 To 27,270 (daN) 7 To 27 (Tonnes)Flow Rate galUs/min700 To 1450Hydraulic Horsepower, HSI1 To 6Recommended Make-up Torque61,850 To 79,800 ft/lbsOperating parameters are typical ranges. Please contact your Smith Bits representative for recommendations for your individual well.* Mark of SchlumbergerCopyright © 2015 Schlumberger. All Rights Reserved.Date: 12/08/2014 Datasheet ID: 1810817 1/2 in Z813(444.5 mm) ID:66551A0001 ER:26755FEATURESBit design and performance have been certified through the validation process prescribed by IDEAS simulation technology.The Stinger's unique conical geometry delivers high point loading to fracture tough-to-drill formations moreefficiently.Placed on the blade, Stinger conical diamond elements offer improved impact resistance when drilling through inter-bedded formations or when hard inclusions such as chert or conglomerates areencountered.Bit design is available with RockStorm PDC technology. These all-in-one cutters break the paradigm and provide ultimate wear resistance and ultimate impact resistance in the same PDC cutter. As aresult, faster drilling rates are delivered while increasingoverall run length.Placing thermally stable diamond inserts (TSP) on the gauge maximizes gaugeretention and extends bit life.StingBlade bits, with Stinger conical diamond elements across the bit face, are designed to significantly increase footage and ROP in tough-to-drill formations, drill with better steerability in directional applications, mitigate shocks and vibrationsthrough greater bit stability, and create larger cuttings for improved surface formation evaluation.SpecificationsTotal Cutters 109Cutter Size 13mm (1/2 in)Face Cutters (65) 13mm Gauge Cutters (16) 13mm Cone Cutters(28) 13mm Total Stinger Element Count 73Stinger Element Size 9/16 in Blade Count n/aNozzles12 Standard Series 60N Bit Connection 7 5/8 Reg Junk Slot Area, in265.348Gauge Length: 6" Protection: Options Available LengthMake-Up: 15.91 in Overall: 21.098 in Fishing NeckDiameter: 9.38 in Length: 3.249 inOperating ParametersBit Speed 140 To 300 RPM Weight-on-Bit8,000 To 60,000 (lbf) 3,636 To 27,270 (daN) 4 To 27 (Tonnes)Flow Rate galUs/min700 To 1450Hydraulic Horsepower, HSI1 To 6Recommended Make-up Torque62,000 To 80,000 ft/lbsOperating parameters are typical ranges. Please contact your Smith Bits representative for recommendations for your individual well. * Mark of SchlumbergerCopyright © 2015 Schlumberger. All Rights Reserved.Date: 02/02/2015 Datasheet ID: 185685 7/8 in Z513(149.225 mm) ID:66463A0001 ER:36694FEATURESBit design and performance have been certified through the validation process prescribed by IDEAS simulation technology.The Stinger's unique conical geometry delivers high point loading to fracture tough-to-drill formations moreefficiently.Placed on the blade, Stinger conical diamond elements offer improved impact resistance when drilling through inter-bedded formations or when hard inclusions such as chert or conglomerates areencountered.The center location of the Stinger conical diamond in the bit enhances its stability to mitigate whirl and other artifacts that waste energy and reduce ROP. The Stinger element also provides an efficientmechanism to drill the verycenter of the borehole.Bit design is available with RockStorm PDC technology. These all-in-one cutters break the paradigm and provide ultimate wear resistance and ultimate impact resistance in the same PDC cutter. As aresult, faster drilling rates are delivered while increasingoverall run length.StingBlade bits, with Stinger conical diamond elements across the bit face, are designed to significantly increase footage and ROP in tough-to-drill formations, drill with better steerability in directional applications, mitigate shocks and vibrationsthrough greater bit stability, and create larger cuttings for improved surface formation evaluation.SpecificationsTotal Cutters 30Cutter Size 13mm (1/2 in)Face Cutters (14) 13mm Gauge Cutters (7) 13mm Cone Cutters (3) 13mm Back-Up Cutters(6) 13mm Total Stinger Element Count 15Stinger Element Size 9/16 in Blade Count 5Nozzles3 Standard Series 40N, 2 Standard Series 50NBit Connection 3 1/2 Reg Junk Slot Area, in2 4.784Gauge Length: 2" Protection: Options Available LengthMake-Up: 8.003 in Overall: 11.69 in Fishing NeckDiameter: 4.5 in Length: 3.164 inOperating ParametersBit Speed 140 To 300 RPM Weight-on-Bit3,000 To 25,000 (lbf) 1,364 To 11,362 (daN) 1 To 11 (Tonnes)Flow Rate galUs/min150 To 300Hydraulic Horsepower, HSI1 To 6Recommended Make-up Torque6600 To 9850 ft/lbsOperating parameters are typical ranges. Please contact your Smith Bits representative for recommendations for your individual well.* Mark of SchlumbergerCopyright © 2015 Schlumberger. All Rights Reserved.Date: 12/08/2014 Datasheet ID: 182005 7/8 in Z613(149.225 mm) ID:66541A0001 ER:26753FEATURESBit design and performance have been certified through the validation process prescribed by IDEAS simulation technology.The Stinger's unique conical geometry delivers high point loading to fracture tough-to-drill formations moreefficiently.Placed on the blade, Stinger conical diamond elements offer improved impact resistance when drilling through inter-bedded formations or when hard inclusions such as chert or conglomerates areencountered.Bit design is available with RockStorm PDC technology. These all-in-one cutters break the paradigm and provide ultimate wear resistance and ultimate impact resistance in the same PDC cutter. As aresult, faster drilling rates are delivered while increasingoverall run length.Placing thermally stable diamond inserts (TSP) on the gauge maximizes gaugeretention and extends bit life.StingBlade bits, with Stinger conical diamond elements across the bit face, are designed to significantly increase footage and ROP in tough-to-drill formations, drill with better steerability in directional applications, mitigate shocks and vibrationsthrough greater bit stability, and create larger cuttings for improved surface formation evaluation.SpecificationsTotal Cutters 30Cutter Size 13mm (1/2 in)Face Cutters (18) 13mm Gauge Cutters (6) 13mm Cone Cutters(6) 13mm Total Stinger Element Count 12Stinger Element Size 9/16 in Blade Count 6Nozzles2 Standard Series 60N, 1 Standard 22 Fixed Port,3 Standard 18 Fixed Port Bit Connection 3 1/2 Reg Junk Slot Area, in2 4.375Gauge Length: 4" Protection: Options Available LengthMake-Up: 9.247 Overall: 12.934 Fishing NeckDiameter: 4.5 in Length: 2.754 inOperating ParametersBit Speed 140 To 300 RPM Weight-on-Bit5,000 To 30,000 (lbf) 2,272 To 13,635 (daN) 2 To 14 (Tonnes)Flow Rate galUs/min125 To 250Hydraulic Horsepower, HSI1 To 6Recommended Make-up Torque6,600 To 9,850 ft/lbsOperating parameters are typical ranges. Please contact your Smith Bits representative for recommendations for your individual well. * Mark of SchlumbergerCopyright © 2015 Schlumberger. All Rights Reserved.Date: 03/09/2015 Datasheet ID: 18675。
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高速涡轮+PDC 钻头
—均质、可钻性好、中~低研磨地层提速方案
November 2, 2010
2008-5-27
November 2, 2010
10
11/2/2010
PDC 钻头
n 切削深度n
RPM
2008-5-27
14
11/2/2010
井斜控制
——加拿大直井钻井
n普通钻具旋转造斜
n Vertitrack –垂直钻井系统失效
n用9-1/2”FBS-T1 Mk2涡轮钻调整弯度至0.5度,控制
井斜在0-0.5度范围内,并减
小了狗腿度
n在491小时内进尺1050m
2008-5-27
v 最大狗腿角15.37°/100 ft ,仅仅出现在12.4°井眼处,轨迹质量超过预期
v 钻头水眼堵塞严重导致机械钻速偏低
§改进钻头水力参数设计或更多其他方面设计将会更加改善PDC+涡轮钻
井的性能
v 因测斜
作业而提前起
钻11/2/2010
22
(1-1-WT-S-X-I-NO-TD)
业绩
²
30K
2008-5-27
•双层金刚石结构
•高金刚石密度技术保证耐磨性能•减少压力等级,增加抗冲击性•下金刚石层增加金刚石含量和寿命。