用于定向钻井的可转向PDC钻头发展史

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1、维普资讯http://www.cqvip.com国外钻井技术第14卷19年第5期T．S．Robertsp6e．，丁S吴彬译朱德一校改变钻具表面方位，因为扭矩随钻压增加而引言增加但是，不稳定的钻头就会产生震动，在定向钻井中，通常采用泥浆马达以旋造成高扭矩波动率，从而使用调节钻压来进转与措动相结台的方式获得所需的井身结构。行定向控制几乎变得不可能。在钻直井主要采用旋转方式下，无论是钻柱此外，由不稳定钻头带来的不均匀性钻还是马达都是旋转的。定向(或滑动)钻进井将会产生带有台阶与沟槽的不规则井眼，时，钻柱是固定而马达弯头则

2、对着所需的方妨碍钻具滑动。这就使得滑动过程中给钻头向。钻头开始钻井时，产生一种反扭矩使钻传压变得更难以控制，因为井底钻具总成柱发生扭曲。钻柱实际上是一根长长的扭转(BHA)必须克服的静摩擦增加了。一旦克缆索，因此钻头反扭矩的波动就会引起钻具服了这种摩擦，钻柱运动则从静态转为动态，表面方位发生变化。如果钻头反扭矩高过马产生太的瞬时井下钻压。如果要控制钻具表达最大转矩，马达就会减速停机。这时钻头面方位，钻压的稳定传递是必不可少的。因就会脱离井底面，整个定向过程就不得不重而控制一个平滑的井眼是极为重要的。复进行。这不仅降

3、低了马达使用寿命，而且生产可转向钻头的原始方法使定向控制变得特别困难而叉耗费时间。所以，与钻头切削作用有关的机械因素正如上文所述，稳定的钻头产生的扭矩会影响需用钻头的选择。牙轮钻头有时受到波动率较低，因而更具可转向性。侧向震动，青睐．因为其低吃人在规定钻压下产生的扭有时指钻头回旋，是在井下动力造成钻头瞬矩较低，然而，牙轮钻头是通过牺性机械钻时旋转中心偏离其几何中心时所产生的一种速才做到这一点的。PDC钻头的切削作用则特殊现象。对钻头动力学的大量研究使“抗是吃人性的，产生的机械钻速远远高于牙轮回旋”钻头设计得以推广。

4、这种钻头切削部钻头，因而其产生的反扭矩也更高。分的特征是侧向力直接对着非吃入性载荷承对于一只稽定钻头来说，可以通过计算受块。虽然这些设计是稳定的但井未对定向其反扭矩造成的钻柱扭曲使钻具表面方位在钻井应用产生任何帮助。实际上，Pastusek一定程度上得以控制。因而可以调节钻压来等人得出的结论是：“可转向系统上的抗回旋维普资讯http://www.cqvip.com钻头造斜率低于常规PDC钻头”。相当地平稳，但是随着转速的增加侧向震动长规径钻头一般比短规径钻头更稳定。也明显地增加了。在转速为每分钟200转下尽管长规径

5、钻头的转向是可行的，但是在井标准钻头达到130m／s2的侧向加速度。全径眼中却先天地不能倾斜因此这种钻头所能接触保径圈钻头试验在同样的操作条件下进获得的最大造斜率也是很有限的，所以定向行。转速从每分钟砷转提高到每分钟200钻井人员一般都不使用此类钻头。转，但几乎没有增加侧向震动。所达到的最另一途径是增加钻头圆周接触面。这已大侧向加速度也只有10m／s2，处在系统的噪经通过采用螺旋保径块而得以实现。但是要音范围之内。在对每个试验的井眼进行检测达到整圆周保径接触，所要求的螺旋角度很时获得了震动的进一步证据。高。这对于刮

6、刀少及规径较短的钻头尤为实标准钻头的井底模型可以看出明显的回用。例如，一只规径长度为2的四刮刀钻旋迹象．井壁有很清楚的螺旋型相比之下，头，即使是宽刮刀(2．5)，也需要75度的全接触保径圈钻头所钻的井眼平滑而且井底螺旋角米达到整圆周保径接触。一只同样规模型也均匀得多。这种总结性证据鼓励了该径长度的八刮刀钻头在这种刮刀宽度的情况公司生产出一种现场样品钻头。下，仍将需要l48度的螺旋角。虽然实现这种2．全径接触圈的优点全径接触的方法并未提高稳定性．但最新的研究表朋全接触保径周对侧向运动会产计算流体动力学(CFD)流量分

7、析表朋水力生抑制作用，因而提高了钻头稳定性。这种特性严重受损。带有角度的保径块限制岩屑固有的稳定性使得扭矩波动率得以降低，从流从钻头表面经排屑槽流到环行空间。因此而形成一种更加平稳的钻头。预期借助能为仍然需要一种能克服定向钻井中出现的问题钻头提供更具预测性钻压传送的规则井眼来的，可转向、高效水力型PDC钻头设计提高定向性能。另外，全接触保径圈将有助于防止保径齿产生径向震动并确保钻头规径制造可转向钻头的新方法的“背角”始终与地层相接触，以便形成更考虑了一种克服钻头震动的新理论。从具预测性的转向特征。而产生了一种给PD

8、C钻头增加一个整360度3．现场样品钻头的机械测试接触保径周的革新观点，这种全径接触保径现场钻头选择的是一种标准12—1／4的圈在定向时固定钻头中心并限制侧向震动，普通钻头并通过在其规径处车出一个装配全形成一种适合定向钻井用途的稳定钻头。径保径圈的台阶来进行改型。该保径圈措刮1．动态试验：刀的整个宽度焊接到位。为了肯定360度接触保径圈的性能优势．4．保径圈