高研磨地层提速推荐方案—涡轮钻具+孕镶金刚石钻头

C
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
W
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ4.26
4
1.90 1.90 1.50 1.00 0.80 0.90 0.40
Пробуренный интервал (м) ROP
1.34 0.90 0.60
0
0.90

12
January 2010
el lK 70
5 3 2 1
M K
EB
January 2010
高效长寿钻头——长保径优势
川

30
January 2010
高效长寿钻头
孕镶金刚石钻头由井下动力钻具（涡轮）驱
动，可有效地避免金刚石过热失效问题。
井下动力钻具钻井液驱动，如果钻井液排量
不足，井下动力钻具的钻速就降低，钻头所产生
的热量就减小。 钻头寿命会更长。
另外：
能确保钻压的顺畅传递 降低扭矩，减小阻力 有助于大大降低钻柱的卡钻事故 容易下入测井工具 提供较好的测井质量数据（使用贴井壁工具时） 容易下入套管/衬管/取芯筒 容易下入完井设备
基本上在全过程钻井中提供了较高的效率
16 January 2010


MK1是恒压降型,不管驱动轴的转速有多快,叶片产生的压降不变,这是三种 叶片中效率最高的,主要应用在直井钻井中 MK2是压降变化型,地面压力随着驱动轴转速的降低而减小,它的工作效率 比MK1稍低,但是给司钻的提供了更多的钻头运转状况的反馈信息,主要应 用在定向井钻井中 MK3和MK2同属于压降变化型,但是比MK2结构性能加强了,从而可以用 在高压、大排量的环境中
螺旋井眼中井底钻具机械状态图
结果：在井底钻具旋转时，就会出现大扭矩、阻力大现象，并可能损坏井底钻具；或者进行划眼时会出 现持续的“钻柱悬空”现象

18
January 2010
内容
1
高研磨地层钻进难点 高速涡轮钻具 高效长寿钻头 使用效果分析 推荐方案及预期使用效果 结论
14
January 2010
涡轮钻具耐高温高压性能
不受高温限制 叶片类型和数量适应泥浆比重和压力限制 适应地面低转速要求 使用潜铸式金刚石钻头不需要“压力平衡” 过去的10年中，在高温高压下钻尺超过300,000米

15
January 2010
井眼质量
7
January 2010
涡轮钻具轴承座圈图

PDC止推轴承具有较高的耐研磨能力，可以在超高温下进行操作，并能够承受较大的轴向载荷


PDC材质具有较小的摩擦系数，不受钻井中存在的天然的或者泥浆里的化学物质的影响
轴承的承载能力和低摩擦系数从而使其高效、结构紧凑，因此也大大缩短了钻具长度
January 2010
• 俄罗斯涡轮钻具 • 史密斯涡轮钻具
• Turbodrills: High RPM High power High ROP • Low WOB Extended bit life.
(3TSSH1-195) - 3 section = 470 RPM with 550 gpm (35 lps) and fastest option turbine
19 January 2010
2
3 4
5
6

高效长寿钻头——选型
井下工作时间长，对钻头的要求： •无活动件
•高抗研磨性
•地层适应性强 长保径孕镶天然金刚石钻头

20
January 2010
高效长寿钻头——选型
地层岩性资料 孕镶天然金刚石钻头

4
January 2010
涡轮钻具和容积式液动马达 对比
涡轮钻具的主要技术特点：
本身的机械性能提供了较高的动力潜能 极高的可靠性 几乎完美的轴向平衡 动力系统不再依赖于弹性材质 采用了液力联轴节效应（不再由于失速而损 坏） 对于三牙轮钻头（需要常规涡轮）来讲，速 度太高 强动力输出（损耗液体排量）

13
January 2010
稳定性
在旋转状态下，不同的可调式“中间”稳 定器的尺寸大小用于控制精确定向
可调弯筒 下轴承稳定器 （一般为比钻头小1/16″-1/8″）
注意： 涡轮钻具顶部钻柱稳定器的尺寸大 小也可对整个钻具的稳定性实现“ 微调”
长保径母扣型钻头

高研磨地层提速推荐方案
——涡轮钻具+孕镶金刚石钻头

June 20082008年4月3日
1
钻井施工难点
高研磨地层井段钻井的目标
高研磨性、高寿命钻头+井下动力钻具
寿命300-500小时的涡轮
寿命300-500小时的钻头
机械钻速大幅度提高
整体钻井效率大幅度提高
They help increase the diamond density around the brazed vertical inserts 有助于增加垂直齿周围的金 刚石密度

26
January 2010
高效长寿钻头——优势
GHI’s are brazed into bit body to minimize diamond degradation 钻头胎体焊入GHI齿，减少金刚石的钝化。 GHI’s overlap and provide a complete bottom hole coverage GHI齿重叠布齿，完全覆盖井底 Brazed Elements Infiltrated Ribs Multiple Coverage
(7.8 RPS) (24 RPS)
• Turbodrill is 307% faster.
(TSXL + FBS Mk1) - 1 section = 1444 RPM with 555 gpm (35 lps) with standard Turbodrill
Сравнительный анализ производительности долот 8.5" в скажинах Алибекмола 'A' и 'C'
5 January 2010
涡轮钻具的基本特征
流动空气
举升力（比如功率）是通过压差产生的，机翼下面的压力较高，机翼上 部的压力较低
6 January 2010
液体动力流态图
（如 流量×压力）
轴 向 推 力
旋转


27
January 2010
高效长寿钻头——使用对比
新钻头

正常磨损（109小时，还可使用）
28 January 2010
高效长寿钻头——使用对比
川
非正常磨损
29
正常磨损（210小时，还可使用）
10 January 2010

FBS涡轮钻具的典型结构图
止推平衡鼓
涡轮
单级马达 可调稳定器 弯筒
下轴承稳定器
钛金属挠性驱动轴 PDC止推轴承 下径向轴承 末端公扣型 驱动轴 带一体式涡轮 套筒的母扣型钻头

11
January 2010
优良的流道水槽设计可以有效清理岩屑和减少钻头泥包，减少
了高温烧齿情况发生

24
January 2010
高效长寿钻头——优势
GHI高温孕植过程
Inserts are manufactured under fast higher pressure sintering process 高温下快速烧结楔入 Reduced thermal cycle (minutes vs. hours) 减少热循环（分钟：小时）
钻井施工难点
钻井存在的问题
改进作业能力：需要有效地将扭矩和转速结合起来，尤其在高抗 挤强度、高硬度、高研磨性地层，高效钻进或者其他作业需要提 供更高的动力，如钻头需要承受较大钻压和能量或更高的转速。 RPM drop-off under load，钻具承压下的憋停 Longer tool life 工具长时间作业
不稳定的容积式马达能够使钻头产生过多的横向运动，从而导致井眼质量非常差，出现螺旋形井眼
稳定的涡轮钻具带有长保径的母扣钻头，这极大地减少了钻头的横向运动，从而获得了高质量的井眼， 同时也极大地降低了出现螺旋形井眼的风险

17
January 2010
超声波／井径仪测井曲线图
热稳定聚晶 金刚石切削柱
+
完整性
21
孕镶 金刚石材料
韧性

January 2010
高效长寿钻头——选型

22
January 2010
高效长寿钻头——优势
PDC 切削齿 GHI (高温孕植)齿
天然金刚石
硬质合金 植入 焊植 孕镶材料


31
January 2010
内容
1
高研磨地层钻进难点 高速涡轮钻具 高效长寿钻头 使用效果分析 推荐方案及预期使用效果 结论
32 January 2010
2
3 4
5
6

新场8井
高速涡轮钻具+孕镶金刚石钻头 实施效果分析

Improved density vs. hand packing
改进密度

25
January 2010
高效长寿钻头——优势
Horizontal GHI’s are cast into the bit body when it is manufactured 制造时楔入水平GHI齿
X S X 16
X S 16
X S 16
X S 16
(R
X S 16
X S 16
X S 17
X S 20
X S 20
S 56
X S 20
W el l
W el l
W el l
W el l
W el l
W el l
W el l
W el l
W el l
W el l
W el l
2200 2250 2300 2350 2400 2450 2500 2550 2600 2650 2700 2750 2800 2850 2900 2950 3000 3050 3100 3150 3200
EB
EB
EB
EB
EB
EB
5B C
TP X X
R )
目前FBS型涡轮钻具的尺寸
钻具尺寸
2-7/8″ 3-3/8″ 4-3/4″ 5″ 6-5/8″ 7-1/4″ 9-1/2″
井眼尺寸
3.25-4.0 ″ 3.75-5.375 ″ 5.625-6.75 ″ 6.0-6.75 ″ 7.625-9.875 ″ 8.375-9.875 ″ 12.0-17.5 ″
23
January 2010
高效长寿钻头——优势
刀翼底面为凸棱状，与PDC钻头刀翼底部形状相似
取代以往的纯粹研磨机理，有凸棱的金刚石切削块引入了PDC钻 头的剪切机理，提高了切削效率，切削块可全部覆盖井底 热稳定金刚石镶齿比整体胎体孕镶金刚石的钻头更加耐磨，能 够延长寿命，具有自锐功能

8
金属径向轴承图
激光碳化表面 （套筒）
碳化壁衬里 （轴衬）
下径向轴承
注意： 已经成功地在超过260℃的高温环境中操作过
9 January 2010
涡轮钻具叶片的设计原理
定子(上)和转子(下) 尾流状态图
等同于飞机机翼的原理, 利用涡流在叶片两面产 生的压差来使转子发生 转动,压差的大小和叶 片的形状和进入涡轮叶 片的角度相关
实际上这是可行的
2 January 2010
钻井施工难点
为了提高高硬度、高研磨性地层井段的钻井 效率，尝试了多种钻井技术
在提高钻速方面起到了显著的作用
螺杆+PDC钻头是一种有效方式
性能？PDC适用性
寿命？80-100小时
3 January 2010
33
January 2010
基本概况
钻井性质：预探井 井 型：直井 设计井深：5310m 预计涡轮钻井施工井段：4825m(实钻)-5030m，进尺205m 钻进地层：须二段 岩性：灰、浅灰色细、中粒岩屑砂岩，长石岩屑石英砂岩；中粒 长石岩屑砂岩，岩屑石英砂岩、岩屑长石砂岩、粗粒石英砂岩夹 黑色页岩、炭质页岩。 地压梯度(MPa/m) ：0.0145~0.0160