针对硬塑性泥页岩的高性能PDC钻头的设计研究

发布时间：2017-08-11 07:22

  本文关键词：针对硬塑性泥页岩的高性能PDC钻头的设计研究

  更多相关文章： 硬塑性泥岩 PDC钻头 个性化设计 页岩气

【摘要】：当前常规天然气资源经过长期开采已逐步衰竭,页岩气等非常规天然气资源已引起新的重视,随着资源能源日益匮乏,作为传统天然气的有益补充,人们逐渐意识到页岩气的重要性,但采集比传统天然气困难。众所周知,硬塑性泥岩及页岩的地层具有结构致密、不易切削等特殊性,因此设计出一种可靠性高、攻击性和吃入能力强的PDC钻头是高效、快速开采页岩气的关键因素。本文分析和研究了四川威远及尼日尔Agadem区块的地质构造,通过纵波时差、密度、伽马、补偿中子等测井数据,进行岩性分析计算后,得出塑性系数、研磨性指数、抗压强度、内摩擦角、压入硬度等岩性数据,并通过大量的台架试验建立数学模型得出钻头设计基础数据;结合动平衡分析、水力有限元模拟及空间布齿优化计算等手段,解决针对硬塑性泥岩及页岩地层的压入与剪切难题,最终制定了钻头总体设计方案,并对设计出的钻头进行生产制造后进行现场试验,试验结果表明:215.9GS516型PDC钻头实际下井后,与史密斯MDI516型PDC钻头对比,进尺从481m提升至488m,机械钻速从6.62m/h提升至7.81m/h;215.9GN516的PDC钻头在硬质泥岩中,切削齿无明显磨损,钻头新度达95%,完全可以二次下井使用,且用钻头规测量保径部分无缩径现象。215.9GN516型PDC在Donga层位平均机械钻速比4只牙轮高出320%,比其他型号PDC钻头机械钻速高出136%,表明该设计思路的正确性。完成了针对硬塑性泥页岩地层高性能PDC钻头定型及推广应用。本文设计的高性能PDC钻头,有效提高了针对硬塑性泥岩及页岩地层钻头钻进速度、延长了钻头使用寿命,提升了钻井经济效益,与国内外同地层钻头使用数据进行对比机械钻速及效果指数提高了15%~30%,达到国内外先进水平。
【关键词】：硬塑性泥岩 PDC钻头 个性化设计 页岩气
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE921.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-10
• 1.1 本文研究的目的与意义8
• 1.2 本文研究的主要内容8-10
• 第2章 研究区域的岩性数据分析10-26
• 2.1 四川威远页岩气区块岩性数据分析10-18
• 2.1.1 四川威远页岩气区块概述11
• 2.1.2 工程设计11-13
• 2.1.3 地质资料分析13-16
• 2.1.4 测井资料16-18
• 2.2 尼日尔Agadem区块岩性数据分析18-24
• 2.2.1 尼日尔Agadem区块概述18-19
• 2.2.2 工程设计19
• 2.2.3 地质资料19-22
• 2.2.4 测井资料22-24
• 2.3 基础分析24-26
• 第3章 钻头结构设计26-37
• 3.1 冠部设计26-30
• 3.2 空间布齿设计30-31
• 3.3 水力布局设计31-36
• 3.3.1 内流道设计32-33
• 3.3.2 喷嘴设计33-34
• 3.3.3 水力参数计算34-35
• 3.3.4 流道建模35-36
• 3.4 钻头整体设计方案36-37
• 第4章 台架试验及理论优化分析37-47
• 4.1 钻头模拟钻进试验机简介37-40
• 4.2 复合片单齿实验40-44
• 4.2.1 复合片性能实验40-41
• 4.2.2 复合片台架实验41-44
• 4.3 钻头台架实验44-47
• 4.3.1 模拟实验数据的采集与处理44-45
• 4.3.2 模拟实验结果分析45-47
• 第5章 现场应用47-56
• 5.1 钻头制造加工47-50
• 5.1.1 数控加工47-49
• 5.1.2 成品检验49-50
• 5.2 现场试验50-56
• 5.2.1 四川威远区块50-52
• 5.2.2 尼日尔Agadem区块52-56
• 结论56-57
• 参考文献57-59
• 附录A 附录内容名称59-61
• 作者简介、发表文章及研究成果目录61-62
• 致谢62-63

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本文编号：654845