轴扭耦合冲击螺杆辅助混合布齿PDC钻头高效钻井关键技术

摘要

为服务国家深地工程类深井超深井钻井需求，轴扭耦合振动冲击破岩等新型提速方法日益成为油气井行业的研究热点与焦点，但关于其辅助钻头破岩机制及高性能冲击器研究相对匮乏。基于轴扭耦合冲击辅助钻头破岩机制，研制新型轴扭耦合冲击螺杆动力工具与个性化混合布齿PDC钻头，并进行轴扭耦合冲击螺杆辅助混合布齿PDC钻头一体化提速现场试验。结果表明：利用轴向和扭向冲击应力波的传递时间差，结合个性化混合布齿方法，冲击载荷有利于增大PDC齿侵入效率，诱导岩石主裂纹的快速发育和加速岩石的脆性破坏，使钻头更易吃入和破碎地层，从而大幅降低钻头切削力和破岩比能，且存在最佳冲击频率、冲击幅值及冲击排量使其综合破岩效率最高；研制的轴扭耦合冲击螺杆和混合布齿PDC钻头成功在海南5 200 m深层地热科学探井进行现场试验，试验井段较同层段机械钻速大幅提升。

关键词

轴扭耦合冲击 / 冲击螺杆 / 混合布齿钻头 / 冲击频率

基金资助

国家自然科学基金面上项目(52274016); 油气资源与探测国家重点实验室定向课题(PRE/DX-2402)