PDC钻头优化设计与选型技术.pptxVIP

PDC钻头优化设计与选型技术; 塔里木油田油藏埋普遍埋藏较深，深度4000—6000米不等，地质情况复杂，地层可钻性差，钻井周期长、成本高。经与各钻头厂家10余年的联合攻关，形成了以FM、FS、M、MS、G、STR、BD、DS、DSX等为代表的一系列新型PDC钻头，先后完成了柯克亚、克拉苏、大北、却勒、迪那、塔东等地区一批典型高效井。钻头技术基本满足了探区复杂井的需要，钻井成本得到了有效控制：探井、评价井平均机速由1999年的2.21米/小时提高到2003年的3.89米/小时，四年提高了76%，平均每年提高15%以上。 ;一）PDC钻头结构设计的基本参数;第4页/共123页;1、切削结构设计的基本参数;2、水力结构设计的基本参数;二)钻头设计理论的研究;等切削体积原则： 即以每个切削齿的切削体积相等为原则。 ;等功率原则： 每个切削齿的切削功率相等。 ;等磨损原则: 等磨损原则的目标函数为使钻头每个切削齿的磨损速度一致。 由于影响磨损速度的因素众多，目前还没有合理的函数表达式。;传统PDC钻头设计理论的局限性; ①等切削体积布齿原则可以用于PDC钻头的实际设计。但是实际应用表明，按等切削原则设计时，靠近钻头规径部位布齿密度不够，外缘部分切削齿的磨损比中心区域切削齿大三倍左右。同时等切削体积布齿原则没有考虑齿与地层的相互作用，不能准确反映切削齿受力以及磨损的规律。 ②对于等功率、等磨损原则，由于对钻头齿与地层相互作用的规律的研究不够系统完善，还不能用于实际钻头设计。 ③传统的PDC钻头设计理论用于“满天星”式PDC钻头结构设计精度较高，但刮刀式PDC钻头的结构与“满天星”式PDC钻头结构形式差别巨大，其设计理论在传统理论的基础上发展完善。; 图1PDC钻头的不平衡力;;平衡力设计的方法;;图3 平衡力设计示意;图4 轨道布齿示意图;同轨道部齿;;2）减振齿设计;;;3)具有自主知识产权的设计理论;;问题的提出;;;;原因分析; 由于切削齿与地层相互作用的规律不可能在短时间内认识清楚，上述问题从根本上解决条件还不成熟。对于刮刀式钻头结构，实际应用结果表明刮刀式PDC钻头的宏观结构是理想的PDC钻头结构形式，钻头的设计应当以这种结构形式为基础。那么，如何解决现有钻头切削齿偏磨的问题，进一步提高钻头的质量呢？;局部强化设计理论的构思;;;;局部最大密度布齿;;;;;;局部强化设计的主要内容;4、PDC钻头的优化设计;1）钻头结构的三维设计与仿真;三维仿真;第46页/共123页;图15 三维干涉验证;图21 钢体三维设计;水力结构参数的三维结构设计;刀翼及水道的三维设计;2）水力结构的优化设计;窄刀翼;短保径;;第55页/共123页;第56页/共123页;;第58页/共123页;第59页/共123页;;;二、钻头优化设计;; GT齿是新近开发的超强切削齿，增大了金刚石层与碳化钨基座间的接触面积，提高了切削齿抗冲击能力，是夹层、高研磨性地层的专用切削齿。;;;;?2、针对上部软--中硬地层特点，采用钢体式、大螺旋刀翼、大排屑流道设计。 ;;3、针对地层软硬交错、切削齿吃入地层不均等引起的钻头蹩、跳现象，采用多种抗回旋设计技术。;①、切削齿力平衡设计;③、螺旋刀翼与螺旋保径设计;;4、针对抗压强度高或弹塑性强的地层特点采用的钻头优化设计技术。;①、尖圆混合齿设计 ;②、切削齿负前角的调整 ;5、针对山前上部地层倾角普遍较大的特点，采用短保径优化设计技术 ;6、针对长裸眼段、盐膏层等复杂地层特点，采用倒划眼齿优化设计技术。;7、针对地层易水化膨胀造成钻头泥包的地层特点，采用防泥包优化设计技术。 ;8、调整切削齿出刃高度，提高钻头攻击性;9、低扭矩保径优化设计技术;10、高密度钻井液体系下采用负压喷嘴技术 ;11、采用计算机软件优化金刚石钻头设计 ;②水力分布优化设计软件技术 ;三、PDC钻头综合选型技术; 砂岩 页岩; 2、依靠邻井钻头使用资料、通过对各井段钻头磨损情况、岩性的分析，结合以往积累的钻头使用经验来初步确定钻头选型。最后，利用前述岩石力学分析软件提供的钻头选型结果，结合现场积累的钻头选型和使用经验，针对各井段作出最后相对准确的钻头选型。目前采用这种计算分析数据和积累经验二者相结合的方式被塔里木油田广泛采用，钻头选型的准确性有了大幅的提高。;(二)、PDC钻头选型考虑的主要因素;●岩石的性质;●布齿密度确定原则;●切削齿尺寸的选择;●切削齿负前角的确定;●钻头冠部形状的确定; 不同冠形PDC钻头的攻击性依次为：长抛物线型中等抛物线型短抛物线型；按照岩石硬度分类，推荐的钻头冠型如下：;●钻头保径的确定;四