高效钻头优选及设计-2
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剖面形状设计 布齿设计 刀翼数量及结构设计 钻头磨损情况、工作
水力结构设计
流道结构设计 水眼分布设计
切削齿空间结构设计
保径结构设计
状态、水力学状态、钻夹层 等仿真分析验证
9
西部钻探工程有限公司
二、深井高效钻头优选及个性化设计
钻头磨损分析
钻 头 磨 损 情 况 仿 真 分 析
钻头布齿分析
10
西部钻探工程有限公司
其它
DBS
其它
克深2井区（含砾）
24
大北井区（砾石层）
克深1、3井区（砾石层）
西部钻探工程有限公司
三、钻头方案及应用效果
塔里木山前构造（康村组下部、吉迪克组、苏维依组） 13-1/8” MM65H3
5只 6只
4只 3只
6只
9只
22只 17只
DBS
其它
DBS
其它
DBS
其它
DBS
其它
大北井区
克深2井区
防泥包设计
16
二、深井高效钻头优选及个性化设计
MM系列胎体PDC钻头
H3 PDC齿
长时间保持齿的锋利
ROP更快，钻进尺更多 优化的硬质合金配方 降低冲蚀和磨损 保证齿孔的完整性 优化布齿 增强钻头工作稳定性
改进的胎体材料
多级力平衡设计
提高切削效率
优化钻头表面的流场设计 优化水眼设计 有效控制流场方向 适用定向钻井设计的钻头长度 减少钻头造斜距离 工作扭矩更加稳定
深井超深井钻完井技术研讨会
高效钻头优选及设计
西部钻探工程有限公司 二○一四年九月
汇报提纲
技术优势与技术基础
深井高效钻头优选及个性化设计
钻头方案及应用效果
2
西部钻探工程有限公司
一、技术优势与技术基础
西部钻探服务区域覆盖西部各大油田，针对服务区块塔里木盆地、准噶尔盆 地等区域的难钻复杂深井、超深井纵向上岩性复杂交错、钻头匹配选型难、单只 钻头进尺少等问题，长期开展高效钻头优选与设计、应用研究，且成效显著。 下 属 专 业 钻 头 公司 （新疆帝陛艾斯），采用国 际最新钻头设计技术及制造
1.4
1.1 0.7 0.6 0.3 0.4 1.6 0.7
大北104 大北202 大北301 大北6 吐北4 克拉5
0
3975 0 0 961 0 0 1630
3377
4085 2000 1930 1694 3220 1371 1817 2600
3377 119 28.38
110 2000 1930 733 10 44 63 53 11 45.45 30.63 13.83
西部钻探工程有限公司
8000-28000
巴什基奇 地层极硬且砂质含量高， 克组-巴 16000-28000 研磨性极强，可钻性极差 西改组
23
三、钻头方案及应用效果
（三）DBS钻头应用效果情况
塔里木山前构造（库车组、康村组上部）
5只 6只
13-1/8” SF55H3
3只
5只
5只 4只
DBS
其它
DBS
ft/sec
5
西部钻探工程有限公司
一、技术优势与技术基础
（三）持续的PDC齿研发技术优势
始终坚持开展高效钻头技术研究，通过改进基础材料选型、优化材料配方 及制造设备/工艺，持续研发高抗研磨、抗冲击和高热稳定性的PDC齿。
平面齿 Flat 8年
爪形齿 Claw 4年
环爪齿 RC 3年
加厚齿 DRC
ERC 超级齿 1.3年
0.6
1.0 0.4 0.8 康村2
0
2600 125
2870
2620
750
31Fra Baidu bibliotek
24.19
1.0
平均
1498-3487m
21.95 0.9
西部钻探工程有限公司
三、钻头方案及应用效果
（一）山前区块相关钻井提速的难点问题简介
盐下白垩系致密砂泥岩地层极硬，砂质含量高，研磨性极强，可钻性
极差，钻头寿命短、机械钻速低
长时间保持齿的锋利 ROP更快 钻进尺更多 增强清洁效果 防止钻头泥包 提高ROP
流线型大刀翼 大排屑槽和大过 流面积设计 优化水眼布局
流体更平稳地流过排屑槽
提高钻头体抗冲蚀能力 提高钻头寿命 防止钻头泥包 提高钻头进尺 提高ROP
西部钻探工程有限公司
新型表面硬化材料
克深201井产层岩心-致密泥岩
克深201井产层岩心-致密石英砂岩
四开井：白垩系巴2段以下8 1/2″最优指标钻头单只进尺不到30m；
五开井：白垩系巴2段以下6 5/8″最优指标钻头单只进尺不到60m。
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西部钻探工程有限公司
三、钻头方案及应用效果
（二）山前区块地层可钻性及钻头优选原则
地层 库车-康 村组 吉迪克组 苏维依组 库姆格列 木群 9000-25000 7000-12000 抗压强 度 psi 特点 可钻性相对较好，研磨性 ，发育砾石层 含砾砂岩，多套砾石层发 育，软硬交错，研磨性 中硬地层，研磨性 地层较软，可钻性好；部 分发育盐间白云岩，极硬 且研磨性极强 优选原则 大刀翼、强攻击力钻头 SF56H3,SF55H3,MM65H3 强研磨性高效胎体钻头 MM65H3 大刀翼、强攻击力钢体钻头 SF55H3 SF55H3,FX55DI（盐下段） 布齿密度高、多刀翼、小尺寸 (13mm)复合片，具有高抗研磨 性和强攻击性 MM84H3
克深8003
克深806
0.00
塔里木山前构造（克深806井二开，库车组中下部砾石层） 17-1/2” MM65H3 单只钻头进尺554m，是邻井平均指标的2.63倍； 节约钻头3只，减少3趟钻； 每米成本4349.12元，克深8003同井段每米成本5873.28元。
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机械钻速m/h
1.2
0.5 1.9 1.3 0.6 1.3 1.8 0.7 0.9
3220 105 30.67 1371 187 31 11 44.23 17 20.8
4830
0 大北3 2700 3700 21
5072
1600 3450 3900
242
1600 750 200
17
67 75 10
14.24
23.88 10.00 20.00
Change Percent Torque Plot 8-1/2" FM3663
3.0
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
Cutter #
钻头旋转圈数
13
西部钻探工程有限公司
35
1
3
5
7
9
%
）
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
二、深井高效钻头优选及个性化设计
钻速斜坡仿真分析
PDC齿钻速斜坡仿真分析，验证钻头在特定地层钻进过程中PDC
ft/sec
12
西部钻探工程有限公司
二、深井高效钻头优选及个性化设计
钻头钻硬夹层能量分布仿真分析
通过钻头穿夹层仿真，分析钻头齿能量分布情况，通过调整布齿 参数、钻头结构参数等，减少易损齿承担的钻压及扭矩，防止钻头齿 先期破坏。
单 个 齿 承 担 的 钻 压 （
Change in Percent Torque
西部钻探工程有限公司
水力结构优化
接头长度优化
17
三、钻头方案及应用效果
（一）山前区块相关钻井提速的难点问题简介
在山前的克深、大北、博孜、神木等区块，以白垩系为目的层的大都超 6000m，部分井在7000m以上，最深为克深7井（8023m）。
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三、钻头方案及应用效果
克深1、3井区
克深8井区
地层中多段砾石层发育，软硬交错。
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三、钻头方案及应用效果
T1955SSCR SJT537GK T1965SSCR T1665SSCR
3600
MM65H3
3.50
3.00
3800 2.50 2.00 4000 1.50 1.00 0.50 4400
4200
塔河油田 克拉玛依油田 吐哈油田 玉门油田
工艺、原材料技术及制造设
塔里木油田
长庆油田 青海油田 西南油气田
备 ， 具 备 PDC 复 合 片 研 发 能力，可提供定型或专项研 究 的 PDC 钻 头 设 计 开 发 及 提速方案。
3
西部钻探工程有限公司
一、技术优势与技术基础
（一）地层特性分析与钻头选型分析软件与手段
超优质SP CT82（H3）切削齿抗研磨性显著增强
PDC 齿 磨 损 量 （ 立 方 英 尺 ） RC齿 Z3齿(CT66) H3齿(SP CT82) 花岗岩石磨损量（立方英寸）
SP CT70
15
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SP CT82
二、深井高效钻头优选及个性化设计
SF系列钢体PDC钻头
H3 PDC齿 改进水力设计
齿切削工作状态，消除碳化钨齿座部分对切削的干扰作用，用于验证
优化设计或钻头使用效果评价。
碳化钨齿座 干扰切削
仅金刚石层 参与切削
14
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二、深井高效钻头优选及个性化设计
（三）高效PDC钻头材料技术
针对塔里木等地区硬地层、含砾地层及软硬夹层、强研磨性地层钻头适应 性差、钻头寿命短、钻井速度低等等问题，研发具有高抗研磨、抗冲击和高热 稳定性的PDC齿，为高效PDC钻头研发打下基础。
邻井实钻情况 测井数据-岩石特性参数分析
地层岩石力学实验数据
地层岩石物理性 能及抗钻特性 综合评价分析
钻头材料及个性化钻头设计
钻头型号与地层匹配分析 基于使用效果的钻头优选及改进
4
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一、技术优势与技术基础
（二）专业的钻头设计软件与手段
专用钻头设计软件（哈里伯顿最新版IBITS）； 水力设计软件（FLUENT）--评价钻头水力设计的合理性、提高钻头 机械钻速、防泥包性能、防止钻头冲蚀等综合性能； 定向井钻头 DXD（Design by Direction）软件--评价分析其定向性 能、对工具面的影响、造斜率、侧钻指标等； 钻头仿真模拟软件（VERICUT）--工作稳定性、钻硬夹层仿真、 PDC齿磨损仿真、钻头矢量载荷、钻头工作状态模拟等。
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三、钻头方案及应用效果
（一）山前区块相关钻井提速的难点问题简介
盐上泥岩致密，机械钻速低；砾石发育，钻头进尺少， 制约钻井速度
博孜1 大北104 大北1 大北6 大北3 克深7 克深1 克深2
砾
石
层
库车山前地区砾石层主要集中在克拉苏构造带的博孜、大北、吐北地 区及背斜南北冀，东南薄西北厚，区域分布广。砾石层厚度1000-3000m不 等，可钻性差。
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二、深井高效钻头优选及个性化设计
（一）地层特性分析及钻头优选
通过对声波、自然伽玛、密度和孔隙度进行分析解释，得出岩性剖面、 单轴/三轴抗压强度、塑性值等参数，指导进行PDC钻头优选与设计。
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二、深井高效钻头优选及个性化设计
（二）高效PDC钻头个性化设计 钻头结构设计 切削结构设计
起
止
0
2614 克深1 3193 3630 3905 4200 0 克深7 4400
1445
3132 3586 3731 4050 4350 906 4750
1445 43
518 393 101 145 150 906 350 20 22 7 24 16 23 22
33.60
25.90 17.86 14.43 6.04 9.38 39.39 15.91
（一）山前区块相关钻井提速的难点问题简介 6000-7000m深井：平均井深6721.91m、钻井周期293.58d、机械钻速2.45m/h
； 7000m 以上深井：平均井深7290.51m、钻井周期411.55d、机械钻速1.96m/h 。
山前区域井深6000-7000m井钻井指标情况
井深超7000m井钻井指标情况
二、深井高效钻头优选及个性化设计
PDC钻头力平衡分析
钻头工作状态仿真
模拟，评价优化钻
头工作稳定性
PDC齿切削地层仿真分析
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二、深井高效钻头优选及个性化设计
钻头水力学设计优化
应用 FLUENT 流体力学分析 软件，验证评价钻头水力设计的 合理性、综合评价钻头机械钻速 、防泥包性能、防止钻头冲蚀等 性能。
CRC齿 0.8年 1.6年
Z3齿
SP CT70
SP CT82 （H3齿）
1.0年
0.8年
持续研发中…
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一、技术优势与技术基础
（四）专业的钻头加工制造装备与技术
两台五轴联动加工中心 1台六轴车铣复合加工中心； 计算机辅助联动加工（精度）； 质量检验程序、仪器； 基于SY/T5217和API Spec7的质量保证体系。
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三、钻头方案及应用效果
砾石层段平均行程钻速 21.95m/d，平均机械钻速0.9m/h ，极大影响全井周期 。
井段 m 井号 起 止 行程 平均 实钻 进尺 钻速 钻速 Day m/day m/h 井段 m 行程 平均 实钻 钻速 钻速 进尺 Day m/day m/h
井号
水力结构设计
流道结构设计 水眼分布设计
切削齿空间结构设计
保径结构设计
状态、水力学状态、钻夹层 等仿真分析验证
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二、深井高效钻头优选及个性化设计
钻头磨损分析
钻 头 磨 损 情 况 仿 真 分 析
钻头布齿分析
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其它
DBS
其它
克深2井区（含砾）
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大北井区（砾石层）
克深1、3井区（砾石层）
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三、钻头方案及应用效果
塔里木山前构造（康村组下部、吉迪克组、苏维依组） 13-1/8” MM65H3
5只 6只
4只 3只
6只
9只
22只 17只
DBS
其它
DBS
其它
DBS
其它
DBS
其它
大北井区
克深2井区
防泥包设计
16
二、深井高效钻头优选及个性化设计
MM系列胎体PDC钻头
H3 PDC齿
长时间保持齿的锋利
ROP更快，钻进尺更多 优化的硬质合金配方 降低冲蚀和磨损 保证齿孔的完整性 优化布齿 增强钻头工作稳定性
改进的胎体材料
多级力平衡设计
提高切削效率
优化钻头表面的流场设计 优化水眼设计 有效控制流场方向 适用定向钻井设计的钻头长度 减少钻头造斜距离 工作扭矩更加稳定
深井超深井钻完井技术研讨会
高效钻头优选及设计
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汇报提纲
技术优势与技术基础
深井高效钻头优选及个性化设计
钻头方案及应用效果
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一、技术优势与技术基础
西部钻探服务区域覆盖西部各大油田，针对服务区块塔里木盆地、准噶尔盆 地等区域的难钻复杂深井、超深井纵向上岩性复杂交错、钻头匹配选型难、单只 钻头进尺少等问题，长期开展高效钻头优选与设计、应用研究，且成效显著。 下 属 专 业 钻 头 公司 （新疆帝陛艾斯），采用国 际最新钻头设计技术及制造
1.4
1.1 0.7 0.6 0.3 0.4 1.6 0.7
大北104 大北202 大北301 大北6 吐北4 克拉5
0
3975 0 0 961 0 0 1630
3377
4085 2000 1930 1694 3220 1371 1817 2600
3377 119 28.38
110 2000 1930 733 10 44 63 53 11 45.45 30.63 13.83
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8000-28000
巴什基奇 地层极硬且砂质含量高， 克组-巴 16000-28000 研磨性极强，可钻性极差 西改组
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三、钻头方案及应用效果
（三）DBS钻头应用效果情况
塔里木山前构造（库车组、康村组上部）
5只 6只
13-1/8” SF55H3
3只
5只
5只 4只
DBS
其它
DBS
ft/sec
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一、技术优势与技术基础
（三）持续的PDC齿研发技术优势
始终坚持开展高效钻头技术研究，通过改进基础材料选型、优化材料配方 及制造设备/工艺，持续研发高抗研磨、抗冲击和高热稳定性的PDC齿。
平面齿 Flat 8年
爪形齿 Claw 4年
环爪齿 RC 3年
加厚齿 DRC
ERC 超级齿 1.3年
0.6
1.0 0.4 0.8 康村2
0
2600 125
2870
2620
750
31Fra Baidu bibliotek
24.19
1.0
平均
1498-3487m
21.95 0.9
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三、钻头方案及应用效果
（一）山前区块相关钻井提速的难点问题简介
盐下白垩系致密砂泥岩地层极硬，砂质含量高，研磨性极强，可钻性
极差，钻头寿命短、机械钻速低
长时间保持齿的锋利 ROP更快 钻进尺更多 增强清洁效果 防止钻头泥包 提高ROP
流线型大刀翼 大排屑槽和大过 流面积设计 优化水眼布局
流体更平稳地流过排屑槽
提高钻头体抗冲蚀能力 提高钻头寿命 防止钻头泥包 提高钻头进尺 提高ROP
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新型表面硬化材料
克深201井产层岩心-致密泥岩
克深201井产层岩心-致密石英砂岩
四开井：白垩系巴2段以下8 1/2″最优指标钻头单只进尺不到30m；
五开井：白垩系巴2段以下6 5/8″最优指标钻头单只进尺不到60m。
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三、钻头方案及应用效果
（二）山前区块地层可钻性及钻头优选原则
地层 库车-康 村组 吉迪克组 苏维依组 库姆格列 木群 9000-25000 7000-12000 抗压强 度 psi 特点 可钻性相对较好，研磨性 ，发育砾石层 含砾砂岩，多套砾石层发 育，软硬交错，研磨性 中硬地层，研磨性 地层较软，可钻性好；部 分发育盐间白云岩，极硬 且研磨性极强 优选原则 大刀翼、强攻击力钻头 SF56H3,SF55H3,MM65H3 强研磨性高效胎体钻头 MM65H3 大刀翼、强攻击力钢体钻头 SF55H3 SF55H3,FX55DI（盐下段） 布齿密度高、多刀翼、小尺寸 (13mm)复合片，具有高抗研磨 性和强攻击性 MM84H3
克深8003
克深806
0.00
塔里木山前构造（克深806井二开，库车组中下部砾石层） 17-1/2” MM65H3 单只钻头进尺554m，是邻井平均指标的2.63倍； 节约钻头3只，减少3趟钻； 每米成本4349.12元，克深8003同井段每米成本5873.28元。
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机械钻速m/h
1.2
0.5 1.9 1.3 0.6 1.3 1.8 0.7 0.9
3220 105 30.67 1371 187 31 11 44.23 17 20.8
4830
0 大北3 2700 3700 21
5072
1600 3450 3900
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Change Percent Torque Plot 8-1/2" FM3663
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钻头旋转圈数
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2.5
2.0
1.5
1.0
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二、深井高效钻头优选及个性化设计
钻速斜坡仿真分析
PDC齿钻速斜坡仿真分析，验证钻头在特定地层钻进过程中PDC
ft/sec
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二、深井高效钻头优选及个性化设计
钻头钻硬夹层能量分布仿真分析
通过钻头穿夹层仿真，分析钻头齿能量分布情况，通过调整布齿 参数、钻头结构参数等，减少易损齿承担的钻压及扭矩，防止钻头齿 先期破坏。
单 个 齿 承 担 的 钻 压 （
Change in Percent Torque
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水力结构优化
接头长度优化
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三、钻头方案及应用效果
（一）山前区块相关钻井提速的难点问题简介
在山前的克深、大北、博孜、神木等区块，以白垩系为目的层的大都超 6000m，部分井在7000m以上，最深为克深7井（8023m）。
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三、钻头方案及应用效果
克深1、3井区
克深8井区
地层中多段砾石层发育，软硬交错。
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三、钻头方案及应用效果
T1955SSCR SJT537GK T1965SSCR T1665SSCR
3600
MM65H3
3.50
3.00
3800 2.50 2.00 4000 1.50 1.00 0.50 4400
4200
塔河油田 克拉玛依油田 吐哈油田 玉门油田
工艺、原材料技术及制造设
塔里木油田
长庆油田 青海油田 西南油气田
备 ， 具 备 PDC 复 合 片 研 发 能力，可提供定型或专项研 究 的 PDC 钻 头 设 计 开 发 及 提速方案。
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一、技术优势与技术基础
（一）地层特性分析与钻头选型分析软件与手段
超优质SP CT82（H3）切削齿抗研磨性显著增强
PDC 齿 磨 损 量 （ 立 方 英 尺 ） RC齿 Z3齿(CT66) H3齿(SP CT82) 花岗岩石磨损量（立方英寸）
SP CT70
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SP CT82
二、深井高效钻头优选及个性化设计
SF系列钢体PDC钻头
H3 PDC齿 改进水力设计
齿切削工作状态，消除碳化钨齿座部分对切削的干扰作用，用于验证
优化设计或钻头使用效果评价。
碳化钨齿座 干扰切削
仅金刚石层 参与切削
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二、深井高效钻头优选及个性化设计
（三）高效PDC钻头材料技术
针对塔里木等地区硬地层、含砾地层及软硬夹层、强研磨性地层钻头适应 性差、钻头寿命短、钻井速度低等等问题，研发具有高抗研磨、抗冲击和高热 稳定性的PDC齿，为高效PDC钻头研发打下基础。
邻井实钻情况 测井数据-岩石特性参数分析
地层岩石力学实验数据
地层岩石物理性 能及抗钻特性 综合评价分析
钻头材料及个性化钻头设计
钻头型号与地层匹配分析 基于使用效果的钻头优选及改进
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一、技术优势与技术基础
（二）专业的钻头设计软件与手段
专用钻头设计软件（哈里伯顿最新版IBITS）； 水力设计软件（FLUENT）--评价钻头水力设计的合理性、提高钻头 机械钻速、防泥包性能、防止钻头冲蚀等综合性能； 定向井钻头 DXD（Design by Direction）软件--评价分析其定向性 能、对工具面的影响、造斜率、侧钻指标等； 钻头仿真模拟软件（VERICUT）--工作稳定性、钻硬夹层仿真、 PDC齿磨损仿真、钻头矢量载荷、钻头工作状态模拟等。
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三、钻头方案及应用效果
（一）山前区块相关钻井提速的难点问题简介
盐上泥岩致密，机械钻速低；砾石发育，钻头进尺少， 制约钻井速度
博孜1 大北104 大北1 大北6 大北3 克深7 克深1 克深2
砾
石
层
库车山前地区砾石层主要集中在克拉苏构造带的博孜、大北、吐北地 区及背斜南北冀，东南薄西北厚，区域分布广。砾石层厚度1000-3000m不 等，可钻性差。
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二、深井高效钻头优选及个性化设计
（一）地层特性分析及钻头优选
通过对声波、自然伽玛、密度和孔隙度进行分析解释，得出岩性剖面、 单轴/三轴抗压强度、塑性值等参数，指导进行PDC钻头优选与设计。
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二、深井高效钻头优选及个性化设计
（二）高效PDC钻头个性化设计 钻头结构设计 切削结构设计
起
止
0
2614 克深1 3193 3630 3905 4200 0 克深7 4400
1445
3132 3586 3731 4050 4350 906 4750
1445 43
518 393 101 145 150 906 350 20 22 7 24 16 23 22
33.60
25.90 17.86 14.43 6.04 9.38 39.39 15.91
（一）山前区块相关钻井提速的难点问题简介 6000-7000m深井：平均井深6721.91m、钻井周期293.58d、机械钻速2.45m/h
； 7000m 以上深井：平均井深7290.51m、钻井周期411.55d、机械钻速1.96m/h 。
山前区域井深6000-7000m井钻井指标情况
井深超7000m井钻井指标情况
二、深井高效钻头优选及个性化设计
PDC钻头力平衡分析
钻头工作状态仿真
模拟，评价优化钻
头工作稳定性
PDC齿切削地层仿真分析
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二、深井高效钻头优选及个性化设计
钻头水力学设计优化
应用 FLUENT 流体力学分析 软件，验证评价钻头水力设计的 合理性、综合评价钻头机械钻速 、防泥包性能、防止钻头冲蚀等 性能。
CRC齿 0.8年 1.6年
Z3齿
SP CT70
SP CT82 （H3齿）
1.0年
0.8年
持续研发中…
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一、技术优势与技术基础
（四）专业的钻头加工制造装备与技术
两台五轴联动加工中心 1台六轴车铣复合加工中心； 计算机辅助联动加工（精度）； 质量检验程序、仪器； 基于SY/T5217和API Spec7的质量保证体系。
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三、钻头方案及应用效果
砾石层段平均行程钻速 21.95m/d，平均机械钻速0.9m/h ，极大影响全井周期 。
井段 m 井号 起 止 行程 平均 实钻 进尺 钻速 钻速 Day m/day m/h 井段 m 行程 平均 实钻 钻速 钻速 进尺 Day m/day m/h
井号