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定向PDC钻头的设计与应用

作　者: 罗恒荣
导　师: 周广陈
学　校: 中国石油大学
专　业: 石油与天然气工程
关键词: 定向井 PDC钻头井下工具工具面
分类号: TE921.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着石油工业的发展,定向钻井技术在石油钻探工程中的应用也在迅速增加,定向井的数量也越来越多。在定向钻井中,通常采用旋转与滑动方式相结合的情况下钻取所需的井眼轨迹。由于PDC钻头自身的特点,导致其在定向井钻进中钻头定向不稳定,工具面角变化大,使定向控制变得特别困难而又耗费时间,但是由于PDC钻头寿命长,复合钻进快,这是牙轮钻头所不能比拟的,因此有必要研究一种PDC钻头以适应定向井钻井的需要。本文首先系统地对PDC钻头的设计理论与特点进行了分析研究,包括冠部轮廓研究、水力学研究和布齿研究等。对PDC钻头在定向井中的受力进行分析,针对其特点进行定向井PDC钻头的设计,包括冠部轮廓设计、切削齿布置设计和保径设计等。同时对设计的定向井PDC钻头在临盘定向井中进行试用,因为PDC钻头自有的特点,不仅仅要设计定向井钻头,还要对PDC钻头在定向井中的使用方式方法进行研究,包括螺杆钻具和井下工具的组合使用。通过在临盘定向井中的探索试用,总结出了一套利用定向井PDC钻头快速钻井的可行性方法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章概述  8-22
  1.1 定向井 PDC钻头研制与现场使用技术的目的及意义  8
  1.2 国内外PDC钻头设计理论发展概况  8-18
    1.2.1 PDC钻头的破岩机理的研究  9-10
    1.2.2 PDC钻头冠部形状及布齿设计研究  10-15
    1.2.3 PDC钻头与地层的适应性研究  15-18
    1.2.4 PDC钻头设计技术的发展及趋势  18
  1.3 定向用PDC钻头的设计发展与应用状况  18-21
  1.4 本课题研究的主要内容  21-22
第二章影响PDC 钻头在定向井中性能的原因分析  22-31
  2.1 井身结构因素分析  22-23
  2.2 回旋振动和扭转振动的因素分析  23-31
    2.2.1 回旋振动  24-25
    2.2.2 扭转振动  25-26
    2.2.3 提高PDC钻头稳定性措施  26-28
    2.2.4 切削齿工作角度及其他因素  28-31
第三章定向井PDC 钻头的设计与制造  31-43
  3.1 胜利油田临盘区块的地层及特点分析  31-33
  3.2 冠部轮廓的设计研究  33-36
  3.3 切削齿选择、切削结构布置、力平衡设计研究  36-42
    3.3.1 切削齿选择及切削结构设计  36-40
    3.3.2 力平衡设计  40-42
  3.4 水力设计的研究  42
  3.5 保径的设计研究  42-43
第四章 PDC 钻头在定向井中的应用技术研究  43-61
  4.1 临盘区块定向井井身结构及井身剖面  44
  4.2 临盘区块定向井钻具组合研究  44-53
    4.2.1 滑动钻进时下部钻具受力分析  45-47
    4.2.2 下部钻具组合设计  47-51
    4.2.3 螺杆的选择与使用  51-53
  4.3 PDC钻头在定向井中钻井参数研究  53-56
    4.3.1 转速  53-54
    4.3.2 钻压  54
    4.3.3 排量  54-55
    4.3.4 泵压  55-56
    4.3.5 综合因素  56
  4.4 新型定向井PDC钻头试验情况  56-61
结论  61-62
参考文献  62-64
致谢  64-65
个人简历、在学期间的研究成果  65

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