定向井复合钻头技术研究与现场应用

发布时间：2017-08-19 04:18

  本文关键词：定向井复合钻头技术研究与现场应用

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【摘要】：随着油气田的不断开发,我国浅藏油气资源逐年减少。定向井和水平井可以有效地提高油气田开发效率、降低钻井成本,故在钻井领域中应用逐渐增多。钻定向井的主要方式有滑动导向和旋转导向,滑动导向结构简单、钻井成本低,在国内定向井领域中占有主导地位。目前滑动导向技术面临的一个关键问题是造斜段钻头的工具面不稳定。现有的PDC钻头工作扭矩大、扭矩响应高,工具面不易控制；牙轮钻头虽然定向性能好,但是其破岩效率低、钻井成本高。复合钻头是PDC钻头和牙轮钻头的有机结合,在硬地层,软硬交错等难钻地层中的钻进效率高、钻头寿命长；同时,复合钻头的低扭矩和高钻速在定向井中也具有很大优势。目前国内针对复合钻头已经开展了一系列研究,但主要集中在难钻地层的提速上。而在定向井中的研究应用还处于初级阶段,尤其在复合钻头的定向性能和设计理论研究上几乎空白。本文针对定向井复合钻头开展了研究。主要包括：1、开展了对牙轮钻头、PDC钻头以及复合钻头的定向性能研究,分析了牙轮钻头和PDC钻头工具面稳定性差异的根本原因,初步建立了复合钻头扭矩模型,通过室内实验研究了影响钻头定向性能的各因素及其影响规律。2、开展了在不同应用条件下定向井复合钻头的设计方法研究。3、根据冀东油田南堡地区定向井的井身结构和地层特性研制了两种型号的复合钻头产品,并进行了现场试验,验证了复合钻头的定向优势。
【关键词】：滑动导向 复合钻头 造斜 扭矩响应 钻压分配 现场试验
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE921.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-19
• 1.1 本课题的研究背景7-13
• 1.1.1 导向钻井技术的发展概况7-9
• 1.1.2 滑动导向钻井技术对钻头的性能要求9-11
• 1.1.3 现有钻头在滑动导向中存在的问题11-13
• 1.2 定向井复合钻头研究概述13-17
• 1.2.1 复合钻头的定向优势13-15
• 1.2.2 复合钻头研究概况15-17
• 1.3 本课题的研究意义和研究内容17-19
• 1.3.1 研究意义17
• 1.3.2 研究内容17-19
• 第2章 复合钻头定向性能及机理研究19-39
• 2.1 钻头定向性能研究19-20
• 2.2 复合钻头扭矩特性理论研究20-28
• 2.2.1 复合钻头扭矩模型的建立20-22
• 2.2.2 PDC切削结构钻压分配的计算22-26
• 2.2.3 牙轮结构钻压分配的计算26-28
• 2.3 复合钻头扭矩特性影响因素实验研究28-38
• 2.3.1 复合钻头扭矩特性影响因素实验内容28-30
• 2.3.2 复合钻头结构参数对定向性能影响规律研究30-35
• 2.3.3 复合钻头扭矩响应曲线35-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第3章 定向井复合钻头的设计方法39-53
• 3.1 定向井复合钻头的切削结构设计方法39-48
• 3.1.1 定向井复合钻头的径向布齿设计方法39-43
• 3.1.2 定向井复合钻头的周向布齿设计方法43-45
• 3.1.3 复合钻头布齿密度设计45-46
• 3.1.4 定向井复合钻头切削齿工作角度设计46-47
• 3.1.5 定向井复合钻头齿型选择47-48
• 3.2 定向井复合钻头保径设计原理与方法48-50
• 3.2.1 FDC切削结构单独保径48-49
• 3.2.2 牙轮切削结构参与保径49
• 3.2.3 独立保径结构参与保径49-50
• 3.3 定向井复合钻头水力设计原理与方法50-51
• 3.3.1 复合钻头水力结构设计原理50
• 3.3.2 复合钻头水力结构设计方法50-51
• 3.4 本章小结51-53
• 第4章 复合钻头的产品研制和现场试验53-84
• 4.1 冀东油田南堡2-33井的产品钻头研制和现场试验53-70
• 4.1.1 井身结构分析53-54
• 4.1.2 冀东油田南堡2-33井地层分析54
• 4.1.3 针对南堡2-33井复合钻头的个性化设计与制造54-63
• 4.1.4 现场试验与结果分析63-70
• 4.2 冀东油田南堡5-28井的产品钻头研制和现场试验70-82
• 4.2.1 冀东油田南堡5-28井身结构分析70-71
• 4.2.2 冀东油田南堡5-28井地层分析71
• 4.2.3 针对南堡5-28井复合钻头的设计及分析71-79
• 4.2.4 现场试验与结果分析79-82
• 4.3 复合钻头改进方法建议82-83
• 4.4 本章小结83-84
• 第5章 总结84-86
• 5.1 本文的主要研究成果84
• 5.2 创新点84-85
• 5.3 存在的问题和今后的任务85-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-90
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果90

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本文编号：698629