锥形金刚石元件提高钻井机械钻速dd温控阀

锥形金刚石元件提高钻井机械钻速

中国页岩气网讯：不断努力研发更高效的聚晶金刚石(PDC)钻头，其重点在于钻头牙轮，这是由于两个固有的低效率：由于中心刀具相对低的转速，井筒中心的岩石去除有限;由于刀具中心深度的变化，这时钻头扭矩波动的潜力要求，刀具中心承受钻头最大承载能力。这两个低效率限制了钻井机械钻速，使得钻头更容易破坏横向/扭转冲击和振动的有效性。

钻头的设计师对这些刀具的移动做了理论上的说明，认为它们将提高钻头的整个剪切效率，这是通过应力消除，开发岩柱，然后使用锥形聚晶金刚石(PDC)元件进行破岩。此新元件具有独特的锥形几何结构和一个超厚合成金刚石层，该金刚石层的厚度是常规PDC刀具金刚石层的两倍。它的材料设计为提供优质的耐磨损和冲击荷载的材料。为了实现最大的钻井能力，一个集成的钻头设计平台软件被用于优化刀具结构和切削模型特征。

这个锥形金刚石元件定位在削面结构的中心，其锥形尖垂直向下对准岩石。当钻头旋转时，金刚石元件主要用于岩柱，其是连续的重载点，具有较高的轴压比，可以破岩。这种机理能够确保钻头实现钻井机械钻速更快和减少振动的可能性。岩柱的破裂也形成了更多的岩屑碎片，可用于进一步的岩层分析。

通过实验室测试核实了井底剖面，并研究钻头特征和锥形金刚石钻头。使用完全加压的钻井模拟器，使用常规PDC钻头和配备锥形元件的钻头，钻探各种不同的岩层。仔细研究由不同钻头类型形成的井底模式确定，具有锥形元件的钻头已经在钻孔中心产生了一个小口径的岩柱。在钻井过程中，所收集的岩屑远远大于常规 PDC钻头产生的那些岩屑。

在现场试验开始之前，工程师确定现有的钻头设计达到了预期要求,但认为，希望进一步改进的是提高整体钻井能力。接着这些设计的修改包括锥形元件，并在现场进行了能力评估。对美国西部中进行的30多个单独钻井行程的详细研究表明,采用新钻头，超过50%的钻井行程都被进行了评估，高于平均值的钻井机械钻速，平均钻井机械钻速增加的20%的偏置应在钻头行程内。在德克萨斯州和俄克拉荷马州狭长地带区域中，平均机械钻速提高了25%。

在美国北达科他州的威利斯顿盆地，锥形元件的现场测试表明，具有更好钻井能力的PDC钻头在好的、不锋利钻头条件下，可以运离钻孔，在锥形元件上显示没有磨损。该新钻头在可导向钻具组合中运行，通过混合夹层层序，在类似的垂直孔中应用，包括砂泥岩层、盐和石灰石/白云石/无水石膏，其无侧限抗压强度范围是从2000psi到25000psi。

PDC钻头如果没有锥形元件，其钻探一个1,995m(6,583ft)的地质断面，钻井机械钻速为29.4m/hr)(97ft/hr);相比之下，PDC钻头安装了锥形元件，钻探相同长度的断面，钻井机械钻速为61.5m/hr(203ft/hr)。据了解，总的来说，配有锥形元件的钻头的钻井机械钻速要比其它钻头的平均钻井机械钻速4.8m/hr(115ft/hr)高46%。