螺杆钻具和PDC钻头组合在鄂尔多斯工区定向井中的应用_图文

1  6

探 矿工程 ( 土钻 掘工程 ) 岩  

20 0 8年第 1 0期 

螺杆钻具和 P C钻头组合在鄂尔 多斯工 区  D 定 向井中的应用 
徐 波 
( 华北 石 油 局 第 五普 查 勘 探 大 队 , 南 新 乡 4 30 ) 河 5 70  



要: 在分析 了 P C钻头特性 及破岩机 理的基础 上 , D 结合 螺杆 钻具 和 P C钻头 在鄂尔 多斯 工区定 向井 中的应  D

用, 总结 了螺杆钻具使用时 的注意事项 , 并介绍 了螺杆钻具和 P C钻头组合在鄂尔多斯工区定向井中的应 用效果。 D   关键词 : 鄂尔多斯工 区; 螺杆钻具 ;D P C钻头 ; 机械钻速 
中 图分 类 号 :E 4  T 23 文 献标 识码 :  B 文 章 编 号 :6 2— 4 8 2 0 )0— 0 6— 2 17 7 2 ( 0 8 1 0 1 0 

近 年来 , 鄂尔 多斯 工 区施 工 的定 向井 , 在 多采 用 

有 鱼尾 形 、 锥 形 、 抛 物 线 形 和 抛 物 线 形 4种 形  浅 短 式 。 由于 聚晶金 刚石 片与碳 化钨基 片之 间 的有机 结  合 , 得 P C齿具 有金 刚石 的 硬度 、 磨性 、 冲击  使 D 耐 抗

的是螺 杆钻具 +三 牙 轮 钻头 钻井 , 用 该 钻具 组 合  使 不 但机 械钻 速 低 , 井 周 期 长 , 钻 而且 钻 头 使 用 寿 命 
短, 严重 制约 着钻 井 效 率 。针 对 螺杆 钻 具 井底 转 速 

以及 热稳 定 性 ( 耐 温 上 限 为 7 0c 右 ) D   其 0 C左 。P C 钻 头 主要 以剪切 方式破 岩 , 机械钻 速高 , 屑产 出量  岩
大 , 必须依 靠 水 力 能量 进 行 强 制冷 却 和清 屑 。切  但 削齿前 面 的岩石 在挤 压 下 产 生 弹性 和屈 服 变 形 , 并 

高的 特 点 , 上 P C钻 头 很 适 应 高 转 速 的 工 作 环  加 D
境, 将两 者结 合 在 一 起 , 械钻 速 有 了 大 幅 度 的提  机

高, 钻头 使用 寿命 长 , 大 的缩 短 了定 向井 的施 工周  大 期 。此 外 , 井下 动力钻 具钻 定 向井时 , 用 能够有 效地 
控制井 眼轨迹 。至今 , 下 动力 加 P C钻 头钻井 技  井 D

形成 初始 滑移破 坏面 。 当初始滑 移破 坏 面极 限点处 
岩石 的剪 切应 力 J   岩 石 的屈 服剪 切 应 力 ) , r>r ( 时  切削 齿齿 面 以下岩石 开始 沿极 限破坏 面滑 动 。随着  滑移 破坏 面 的移动 , 破 碎 的 岩 屑将 沿 切 削齿 前 面  被 ( 或终 止破 坏 面 ) 出 , 后 完 成切 削 。 即切 削 层从  流 最 产 生弹 性变形 到滑 移 破 坏 , 破 碎 的岩 屑在 高 射流  被 冲击 作 用下迅 速离 开井底 而 流 向环 空 的过程 。其实  质 是岩 石在挤 压 下 以滑 移 变 形方 式 切 削 , 钻 压作  在 用 下能 够 自锐地 吃入 地 层 , 扭 矩 作用 下 向前 移 动  在
剪切岩 石 

术在实 际钻 井 中得 到 了广 泛 应 用 , 并取 得 了显 著 的 
经济效 益 。   1 P C钻 头的特 性和 分类    D

P C钻 头是 依 靠 金 刚 石 的颗 粒 破 碎 岩 石 的 钻  D
头, 它在 低钻压 下 即可获得 较 高的钻 速和钻 井进 尺 ,  

是石 油钻 井 中广泛使 用 的一种 高效钻 头 。其 结构 主  要 包括金 刚石 、 体 、 和 水槽等 部分 。按镶嵌 特  胎 钢体 点可分 为表镶 式 和孕 镶 式 ; 据 地层 的软 硬 程度 可  根
分为软 、 中和 硬 3种类 型 ; 按其 材质 可分 为天然 金 刚  石钻 头和人 造金 刚石 钻 头 。不 同 的金 刚 石 钻头 , 钻 

3 P C钻 头与螺 杆钻具 组 合的应 用    D 3 1 钻具 组合 形式  .

井速 度也 不相 同 , 于 金 刚石 切 削 齿 数 目相 等 的 钻  对
头, 金刚石 颗粒 最小 的钻 头钻井 速度 最快 ; 于金 刚  对

在 鄂尔 多斯工 区 , 开基本 都 是 8 i( 259 二   n 0 1.  a 的井 眼 , 具 组 合 形 式 为 :  i P C钻 头 + rm) 钻 8 n D    
015m 6  m单 弯螺 杆 ( . 5 )+0 6  m钻 铤 +0 2   12 。 1 5m 17

石尺 寸相 同 的钻 头 , 刚 石切 削齿 最 小 的钻 头 钻 井  金
速度 最快 ; 于克拉 质量 相 同的钻头 ; 刚石最 大 的  对 金 钻 头钻井 速度 最快 。  
2 P C钻 头 的破岩 机理    D

ml i钻杆 , l 该组合形式能够有效 的控制井 眼轨迹 , 使 
井 眼轨 迹平 滑 , 小 了井壁 的摩擦 阻力 。 减   3 2 钻 进参 数  .

由于 P C钻头 适应 于高转 速 、 钻压 的 工作 环  D 低
境 , 杆 的转 速 可 以保 持 在 2 0~2 0 rr n之 间 , 螺 0 6  / i a  

P C钻 头 是 一 种 高 效 破 岩 钻 头 。其 基 体 主要  D
收 稿 日期 :0 8—0 20 9—1  2

作者简介 : 徐波( 9 1一) 男( 18 , 汉族 ) 湖北荆州人, , 华北石油局第五普查勘探 大队副井 队长 、 助理 工程师 , 机械制造 及其 自动化 专业 , 从事石  油钻井技术工作 , 河南省新乡市洪门 ,b 18 8 6 .O   x5 6 8 @13 Cr n

20 0 8年第 1 0期 

探 矿工 程 ( 岩土钻 掘 工程 )  
够 看见钻 头 转动 即可 。  

1  7

排 量要 求 2 3   / , 压控 制 在 3 5   N, 压  6~ 0L s钻 0~ 0 k 泵 7~8MP 。P C钻 头 在 这样 的 工作 状 态下 能 保 持    a D 很 高 的破岩 效率 , 械钻 速高 , 机 而且 二开 后可 以一 趟 
钻就 能完钻 。  

() 2 下钻 至距 井底 10  3 右 , 泵并 记 录 此  .01 左 1 _ 开
时 的泵 压 。  

() 3 在定 向井 下 入 钻 具 测 斜 定 向后 , 上 提 下  应

3 3 使 用 要求  .

放 活动 几次 钻具 , 次活 动钻具 后 间隔少 许 时间 , 每 以  消 除定 向时 由于钻具 转 动引起 的扭 力 。  
4 2 2 钻 进 过程  .. 下 钻完 , 距井 底 1m 左右 启动 泥浆 泵 , 记 录立    并

螺杆钻具使用前必须认真检查 , 旁通阀是否可  靠 , 正器 是否 规范 , 扶 人井 前必 须试 运转 。  
4 螺 杆钻 具使 用 时的注 意事 项  4 1 操作 时 的注意 事项  .  4 1 1 螺 杆钻具 的选 择  .. 在选 择 使 用 螺杆 钻 具 时 , 结 合 所 钻井 的实 际  要 情况 , 照各 类 型钻 具 的 性 能 规 范 , 择 合 适 的 钻  按 选 具 , 免钻 具超 负荷 工作 。 避  
4 1 2 采 用适 当的排 量  ..

管 压力 。然 后慢 慢 加 压 钻进 , 到压 力 升 至 计 算 的  直
立 管压 力 。在整 个钻 进期 间 , 要保 证钻 压稳定 , 密  并

切 注意 泵压 的变 化 , 保 证 立 管 总压 降不 大 于 该 型  要 钻 具允 许 的马达 最 大 压 降 , 压 力 突 然上 升 的幅 度  若
较 大 , 立 即停泵 并 上提 钻具 , 应 然后 重新 启动 钻具并  钻 进 。若多 次调 整无 效 , 应立 即起钻 。  
4 2 3 起钻 过程  ..

因排 量一定 , 他参 数也 就 随之确 定 , 须将 排  其 必

() 1 在决 定 起 钻 后 , 不 能 象 涡轮 一 样 压 死循  绝
环, 应立 即起 钻 。  

量控 制在规 定 的范 围 内 , 能 使 工具 发挥 最 大 的 工  才
作效 能 。   4 1 3 泥 浆含砂 量 的要求  .. 泥浆 中的 固体 颗 粒 对工 具 的危 害性 很 大 , 含  若

() 2 在直 井 中可用 转 盘 卸 扣 。在 定 向井 中 由于 
井 壁 的摩擦 , 在裸 眼井 段 严禁转 盘卸 扣 。   () 3 将工 具 提 起 至转 盘 面 时 , 在 井 口检 查钻  应 具 轴承之 间 的 间隙值 。  

砂量 > . % , 效 能将 降低 5 % , 重 时会 使 工  0 5 工具 0 严
具报 废 。因此 , 含砂 量应 控制 在 0 3 以下 。 .%   4 1 4 泥 浆 中的杂物 清理  ..

( 在放 倒 工 具 之 前 , 向旁 通 阀 内灌 注 清水  4) 应 清洗 马 达 , 用转 盘转 动钻 头 , 并 以便将 马 达 内的洗井 
液 清洗 干净 。  

由于泥浆 中的杂 物容 易堵 塞定 向无 线测斜 仪 器  的脉 冲孑 , L 应在 方钻 杆 以下加钻 杆 滤清 器 , 以防止 定 
向仪 器 的脉 冲孔 堵塞 。   4 1 5 井斜 所产 生 的摩擦 阻力 问题  ..

() 5 卸下 钻 头 后 , 清 水 将 工 具 表 面 及 接 头 等  用 处 清洗 干净 。旁通 阀及驱 动短 节联接 螺 纹应涂 上 润 
滑 油 , 好提 升短 节 和护丝 。 上  

在确 定 定 向井 钻 压 时 , 考 虑 由于井 斜 产 生 的  应 摩擦 阻力 。具体 方法 是采 用 实 测 法 , 即在 不 同 的井 
段 反复 上提 下放 钻具 , 指重 表 上 记 录 每 次 的 载荷  从

() 6 螺杆 钻 具 在 下 井 前 , 用 大 钳 将 旁 通 阀 的  应

螺纹 上 紧 , 井 后 再 用 大 钳 将 旁 通 阀 的螺 纹 松 开 。 出   其余 螺纹 无论 在下 井或 出井 , 不能用 大 钳松 紧 。 均  
5 实 际应 用效 果 

变 化 , 算 出摩 阻值 后 , 附加 到 应 施 加 的钻 压 上 , 计 再  
以确定 轴承 载荷 。   4 1 6 泵压计 算  ..

螺杆 钻具 与 P C钻 头组 合 在 鄂 尔 多 斯 工 区使  D 用 的效果 显著 。 比牙 轮 钻 头 的效 率 高很 多 , 1是  表 使 用 螺杆 钻 具 +P C钻 头 组 合 与 螺 杆 钻 具 +牙 轮  D
钻 头组 合 的使用 情况 对 比 。  
表 1 鄂 尔 多 斯 工 区 使 用 螺杆 钻 具 和 P C钻 头 组 合前 后 效 果对 比表    D

在 使用 螺 杆 钻具 时 , 过 立 管上 压 力 表 的压 力  通
变化 , 可较 准 确地 判 断钻 头 在 井 底 的 工作 状 况 以及 

钻井 参数 的变 化情 况 。所 以 在螺 杆 钻 具 下 井 前 , 应  对 3种压力 降进 行较 准确 的计算 , , 定排量 下 的  即 在

钻头 压力 降及 在定排 量下 全部 钻柱 和地 面管 汇 的压 
力损 失 。  

4 2 不 同工况下 使用 螺杆 钻具 时 的注 意事项  .
4 2 1 下钻 过程  ..

( ) 螺 杆钻 具 提上 钻 台 后 , 木 棍 向 下 压 旁  1将 用
通 阀活塞 , 检查 能否 正常工 作 。然后 联接 方钻 杆 , 开 

泵观察 钻 具是 否转 动 。开泵 时 间 不 宜太 长 , 要 能  只

( 下转 第 3 5页 )  

20 0 8年 第 1 0期 

探 矿工 程 ( 土钻 掘工 程 ) 岩  

3  5

态 掌握 油温 。   2 3 2 解 决钻 杆两 端处 理硬度 不一 致 的问题  ..

控 制是很 重要 的环节 。在钻 杆热 处理 工序 和钻 杆机  加 工 中建立 了质量 控 制 点 , 严格 按 工 艺 质 量检 验 标 
准 进行 控制 。   原 材料入 厂 时 , 格执行 检 验制 度 , 好质量 的  严 把
第 一关 。  

工 件束上 部用 保温 罩保 温 , 制专 用行 车 , 吊  订 起 设 置快 慢速 , 井 式 炉起 吊热 工 件 和往 油 池 放 人 工  从

件 时用 快速 , 余 时间用 慢速 挡 。 其   通 过上述 方式 将工 件 的上下 两端 热处 理 的硬度 
差 控制 在洛 氏 2度 范 围 内。   2 3 3 解决 淬火 油池 的起火 问题  .. 加 设 防火 盖板 , 并采 用 氮气 隔氧层 。  
3 本 项 目的技术 关键 和创 新点 

对 热处理 工艺 的淬 火 和 回火 工 艺 的硬 度进 行全 
检。  

对 机 加工 的质 量控 制 , 针对 钻 杆 的 每一 个 尺寸 
的公差 都设计 和加 工 了量具 , 个尺 寸都 进行全 检 , 每   从 而保证 了机 加 工 的精 度 。  

3 1 技术关 键  . 

5 J   D直连式 深孔 绳 索取 心钻 杆在 大 冶铁 矿 深孔 找 
矿 中的应用 

() 1 钻杆 螺 纹 参 数 进 行 了 优 化 。如 螺 纹 锥 度 、   牙 型等 , 高螺纹 强度 和 防脱 扣能 力 。 提   () 2 选用 优 质 调 质 钢 , 部 加 厚 , 体 热 处 理 , 端 整  
从 而大 大提 高 了钻杆 的强度 和 刚性 。  
3 2 创新点  .

大 冶铁矿 深部 找矿 属 国家危 机矿 山接 替资 源项 

目, 武汉 中南 冶勘 资 源 环境 工程 有 限 公 司 购置 我 公  司 0 1m J 7  m(D一7 S ) 连 式 深 孔 绳 索 取 心 钻 杆  6S 直
4 0   用 于深孔 钻 进 。采 用 X 一6 0 0m, Y B型全 液 压 钻  机 , W2 0型水 泵 , q 2型 ( 6 5 m) 脚 钻 塔 , B 5 A' 0 1 .  两 成 

() 1 采用 了最 新 国 内外 绳 索 取 心钻 杆 优 化 的技  术 参数 。   ( ) 用 了 薄 壁 的 优 质 调 质 钢 管 作 为 钻 杆 材  2采
料。  

功地 完 成 了深 度 为 13 .  的钻孔施 工 , 55 8m 取得 了良 
好 的效 果 。  
6 结论 

() 3 采用 了直 连 式 无 钻 杆 接 头 的连 接 形 式 , 整  体热处 理 。   () 4 在镦 粗时 , 心模 进行 水 冷却 , 制 心模 的  对 控 最 佳温 度 。  

( ) 现 场使 用 ,D直 连 式 深孔 绳 索 取 心钻 杆  1经 J 及钻 具 可满足 深孔 钻进 的要 求 。   ( ) 寸和 螺纹设 计 是先进 合 理 的。 2尺   () 3 国产 的管材 经过 调 质后 完 全 可 以满 足 深 孔 
钻探 的要 求 。  

() 5 在整 体 热 处 理 时 , 氮 气 气 幕 防 止油 池 起  用 火, 使热 处理安 全有保 障 。  
4 关键 工序 的质量保 证 及检测   

() 4 同类 产 品 比进 口产 品价 格低 4 % 。 2  
( ) 以与进 口及 国 产 的 全 液 压 钻 机 、 轴 式  5可 立 深孔钻 杆性 能 的好坏 、 钻杆 强度 和刚性 高低 、 产 

岩心钻 机配 套使 用 。  
舢 —   址 . 止  善 屯. . , . 屯. 止  . 屯  址 址   S S 址 S

品质 量是否 能稳 定保 持 一 致 性 , 产 过 程 中的质 量  生
( 上接 第 l 7页 )  

该 组合 的最 大效率 。  

由表 1可 以看 出 , 使用 螺杆 钻具 和 P C钻 头 组  D 合后 , 机械 钻 速 有 了大 幅度 的 提 高 , 且 P C钻 头  而 D
使 用时 间 比牙 轮钻 头 要 长得 多 , 约 了更 换 钻 头 的  节

() 3 采用螺杆钻具配合 P C钻头钻进方式 , D 应 
严格 遵守 螺杆 钻具 的使 用规程 , 则会 损伤 其寿命 。 否  
() 4 由于 P C钻 头 所需 钻 压 小 , 削 出来 的岩  D 切

时 问 , 井周期 明显 缩短 , 钻 同时也避 免 了牙轮钻 头 牙 

轮脱落的事故发生。  
6 结 语 

屑很细 , 因此钻井液中的固相含量很高 , 所以要及时  清 除钻井液 中的 固相 含 量 和 岩 屑 , 保持 泥 浆 的洁 净 
度 , 则也 会影 响机 械钻 速 。若密 度过 高 , 可能 压  否 还
漏地层。  

() 1 螺杆 钻 具 配合 P C钻头 钻 井 , 以大大 地  D 可

提高机械钻速 , 降低钻井成本 , 缩短钻井周期。  
( ) 用螺 杆 钻具 配合 P C钻 头 钻进 方 式 , 2采 D 首 

参考 文献 :  
[ ] 祝效华 , 1 吴爱 民, 于万龙 , 螺杆钻具结构改进 [ ] 石 油钻探  等. J. 技术,0 8 ( ) 5 2 0 ,2 :1—5 . 3 

先选择配合较好的螺杆钻具和 P C钻头 , D 才能发挥 


相关文档

螺杆钻具配合PDC钻头在深直井中的应用
螺杆钻具配合PDC钻头优快钻井技术在埕北区块深井中的应用
PDC钻头在鄂尔多斯盆地大牛地气田的应用
鄂尔多斯盆地气井优选PDC钻头技术
鄂尔多斯盆地北部工区测井优选钻头技术与应用
鄂尔多斯北部工区钻头型号及钻井参数的优化
北方风雷公司成功试制钻具新产品——PDC钻头
涡轮钻具及PDC钻头联合工作性能试验分析
中石油螺杆钻具和钻头授权(长城钻探)集采:民主协商下的集采杰作
PDC钻头+等壁厚螺杆技术在塔河AT20创纪录运用
电脑版