Analytical research on the rock fragmentation process and its relationship with drilling parameters in PDC bit drilling
-
摘要: PDC复合片钻头在地质勘探和石油天然气钻井等领域得到了广泛的应用，取得了很好的技术经济效果。但是，对于其碎岩过程及其与钻进规程参数间的关系研究不够深入，影响了技术经济指标的进一步提高。俄罗斯钻探工作者在这方面做了很多工作，取得了一定效果，值得引起我们的注意。例如，他们建议，由于岩石破碎方式是变化的，所以，尽量使岩石破碎处于体积破碎状态；如果把钻头每转进尺能耗量指标作为一个评价指标考虑进去，则评价系统会更加科学和更加全面；钻头每转进尺，不是越高越好，有一个最优值，这个最优值与钻进规程参数密切相关；提出了临界钻进规程的概念，即当轴载和转速的乘积高达一定数值时，切削具温度急剧上升、钻头磨损明显加剧，冲洗液量再大也无济于事，因此，此时应该采取措施，及时调整规程参数，避免钻进过程处于临界规程状态，以便使钻进处于正常状态，继续钻进下去。Abstract: Drill bits with PDC（Polycrystalline Diamond Compact）are used widely in geological exploration ， oil and gas drilling and other corresponding fields and good technical， and economic results have been obtained. However， the research on the rock fragmentation process and relationship with drilling parameters in not enough and it affects the further increase of the technical and economic indexes of the PDC bits. Russian drillers have made a lot of work in this field，including the bits，and obtained definite success and it worth us pay attention to. For example， they propose that rock fragmentation should be proceeded under volumetric fragmentation state as well as possible because the rock fragmentation mode is changed； If energy consumption of penetration per revolution of bit is included as an evaluation index， the evaluation system will be more scientific and more overall； Penetration per revolution of bit is not the higher the better， it has an optimum value. The value is depended from drilling parameters closely； it is put forward an idea of critical drilling parameters， meaning that while the product of bit weight and rotary speed is more， than the product， the temperature of the bit will rise drastically， the bit will wear seriously and any large quantity of drilling fluid cannot help resolve the problems. In this case it is necessary to take measures， adjust drilling parameters and avoid drilling process being in the critical state， so that drilling is in the normal state and the drilling can be continued.
-
-
[1] 汤凤林，赵荣欣，周欣，等.深部钻进用新型复合片钻头的试验研究［J］.钻探工程，2023，50（1）：39-48.
TANG Fenglin， ZHAO Rongxin， ZHOU Xin， et al. Experimental research on a new generation PDC bit used for deep drilling［J］. Drilling Engineering， 2023，50（1）：39-48.
[2] [2] 汤凤林，赵荣欣，周欣，等.井底参数新型检测手段设计研究［J］.钻探工程，2023，50（2）：1-7.
TANG Fenglin， ZHAO Rongxin， ZHOU Xin， et al. Research on designing of a new inspect and measure means for bottom hole parameters［J］. Drilling Engineering， 2023，50（2）：1-7.
[3] [3] 汤凤林， НескоромныхB.B.，赵荣欣，等.深井钻进时井底钻头造斜导向系统的分析与建议［J］.钻探工程，2022，49（6）：54-61.
TANG Fenglin， NESKOROMNYH V.V.， ZHAO Rongxin， et al. Analysis and suggestion about the downhole bit steering system for deep drilling［J］. Drilling Engineering， 2022，49（6）：54-61.
[4] [4] 汤凤林，赵荣欣，周欣，等.俄罗斯油气智能井钻采技术系统分析［J］.钻探工程，2022，49（4）：8-13.
TANG Fenglin， ZHAO Rongxin， ZHOU Xin， et al. Analysis of the drilling and production technology system of oil and gas intellectual wells in Russia［J］. Drilling Engineering， 2022，49（4）：8-13.
[5] [5] 汤凤林，赵荣欣，周欣，等.受控定向孔钻进用自动导航系统的分析研究［J］.钻探工程，2022，49（2）：67-76.
TANG Fenglin， ZHAO Rongxin， ZHOU Xin， et al. An automatic navigation system used for controlled directional drilling［J］. Drilling Engineering， 2022，49（2）：67-76.
[6] [6] 汤凤林， НЕСКОРОМНЫХ В.В.，宁伏龙，等.金刚石钻进岩石破碎过程及其与规程参数关系的研究［J］.钻探工程，2021，48（10）：43-55.
TANG Fenglin， V.V NECKOROMNYH， NING Fulong， et.al. Research on the rock fragmentation process and its relationship with drilling parameters in diamond drilling［J］. Drilling Engineering， 2021，48（10）：43-55.
[7] [7] 胡郁乐，张惠，王稳石，等.深部岩心钻探关键技术［M］.武汉：中国地质大学出社，2018.HU Yule， ZHANG Hui， WANG Wenshi， et al. Key Technologies in Deep Core drilling［M］. Wuhan： China University of Geosciences Press， 2018.
[8] [8] 汤凤林，段隆臣，ЧИХОТКИНВ.Ф.，等.关于利用系统论方法设计金刚石钻头的分析研究［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2020，47（1）：13-19.
TANG Fenglin， DUAN Longchen， CHIKHOTKIN V. F.， et al. Analytical research on design of diamond drill bit with system theory approach［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling），2020，47（1）：13-19.
[9] [9] 朱恒银，王强，杨展，等.深部地质钻探金刚石钻头研究与应用［M］.武汉：中国地质大学出版社，2014.ZHU Hengyang， WANG Qiang， YANG Zhan， et al. Research and Application of Diamond Bit for Deep Geological Drilling［M］. Wuhan： China University of Geosciences Press， 2014.
[10] [10] 朱恒银，王强，杨凯华，等.深部岩心钻探技术与管理［M］.北京：地质出版社，2014.ZHU Hengyin，WANG Qiang，YANG Kaihua，et al. Deep Core Drilling Technology and Management［M］. Beijing： Geological Publishing House， 2014.
[11] [11] 汤凤林，沈中华，段隆臣，等.深部各向异性硬岩钻进用新型金刚石钻头试验研究［J］.探矿工程（岩土 钻掘工程），2017，44（4）：74-79.
TANG Fenglin， SHEN Zhonghua， DUAN Longchen， et al. Experimental research on new type diamond bit for drilling in deep hard anisotropic rocks［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2017，44（4）：74-79.
[12] [12] 汤凤林，沈中华，段隆臣，等.关于切削型多节式刮刀钻头的分析研究［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2017，44（6）：88-92.
TANG Fenglin， SHEN Zhonghua， DUAN Longchen， et al. Analytical research on cutting type multitier wing bit［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling），2017，44（6）：88-92.
[13] [13] В. В. Нескоромных， М. С. Попова， А. Е. Головченко， П. Г. Петенёв， Лиу Баочан. Методика управления процессом бурения и экспериментальные исследования сил сопротивления при бурении долотами с резцами PDC［J］. Записки Горного Института， 2020， Т， 245：539-546.
[14] [14] Третьяк А. А.， К Борисов. А. Классификация поломок пласти PDC， вызываемых забойными вибрациями при бурении скважин［С］//Результаты исследований-2020： Материалы 5-ой Нациогальной конференции профессорско-преподавательского состава и научных работников ЮРГПУ（НПИ）-Новочеркасск， 2020：252-254.
[15] [15] Нескоромных В. В.， Попова М. С.， Л Баочанг. Влияние среды прибойной зоны скважины на эффективностьразрушения горной породы резцом PDC［J］. Известия Томского политехнического университета. Инженеринг георесурсов. Россия， г.Красноярск， 2021（9）：119-127.
[16] [16] Нескоромных В. В.， Попова М. С.， А Чихоткин. В. Методика проектирования долот с резцами PDC， учитывающая динамические процессы резания-скалывания горной породы и сопротивление среды［J］. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и море， 2020（4）：14-17.
[17] [17] В Нескоромных. В. и др. Алгоритм управления системой алмазного буррения［J］. Известия Томского политехнического университета. Инженеринг георесурсов.Россия， г.Красноярск， 2022（11）：114-126.
[18] [18] Hескоромных B. B.， М Попова. С. Разработка методики управления процессом бурения на основе комплексного анализа критериев［J］. Записки Горного Института， 2019， Т， 240：701–710.
[19] [19] Hескоромных B. B.， Попова М. С.， Л Баочанг. Разрушение горных пород при бурении скважин алмазным буровым инструментом［M］. Красноярск， Россия， Сибирский федеральный университет， 2020.
[20] [20] Нескоромных В.В.， Попова М.С.， Харитонов А.Ю. Влияние сил сопротивления на глубину резания–скалывания горной породы алмазным резцом［J］. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов， 2020， Т， 331，（10）： 40–48.
[21] [21] А. Я. Третьяк， В. В. Попов， А. Н. Гроссу， К. А. Борисов/Инновационные подходы к конструированию Высокоэффективного породоразрушающего инструмента［J］. Горный информационно-аналитический бюллетень， 2017（8）：225-230.
[22] [22] В Кубасов. В. Повышение эффективности бурения геологоразведочных скважин в твердых породах путем модернизации матриц алмазного породоразрушающего инструмента［D］. Московский государственныйгеологоразведочный университет， 2015.
[23] [23] Г. П. Богатырева и др. Оценка перспективности структурирования металломатричныхалмазных буровых коронок наноалмазами［C］//Сборник научных трудов，
Киев ， 2011：97-102.[24] [24] В Скоромных. В. и др. Разработка и экспериментальныеисследования особенностей работы алмазной коронки для бурения в твердых анизотропных породах［J］. Известия Томского политехнического университета， 2015，326（4）：30-40.
[25] [25] Ю Будюков. Е. Кубасов В. В.， В Спирин. И. Характер износа алмазной коронки［C］//Приоритетные направления развития науки и технологий：тезисы докладов Ⅹ Ⅴ Ⅱ научно-технической конференции Тула.
Изд .-ство，Инновационные технологии ， 2015：89-92.[26] [26] В Кубасов. В. Исследование износа алмазнцх коронок［J］. Горный информвционно-аналитический бюллетень （научно-аналитический журнал）， 2015，4：6-11.
[27] [27] А Третьяк. А. Теоретическое обоснование，разработка констрктиных парпметров и техгологии бурения скважин коронками， армированнымиалмазно-твердосплавными пластинами［D］. Юргту， Новочеркасск，2017.
[28] [28] А Третьяк. А. Разработка современных конструкцийкоронок， армированных алмазно-твердосплавными пластинами и технология их использования［D］. Юргту， Новчеркасск， 2012.
[29] [29] А Третьяк. А. и др. Буровые коронкиармированныеалмазно-твердосплавными пластинами［M］. Новчеркасск： Издательство 《Политехник》， 2015.
[30] [30] А Третьяк. А. И др. Конструкция буровых коронок армированные алмазно-твердосплавными пластинами сучетом схемы разрушения забоя скважины［J］. Строительство нефтяных и газовыхскважин на море исуше， 2015（6）：9-12.
[31] [31] В Кубасов. В. дри. Новые технологии повышенияработоспособности алмазного породщразрушающего инструмента［J］. Экономика Ⅹ Ⅹ Ⅰ века. инновации， инвестиции， образование，2013（5）：50-53.
[32] [32] А Третьяк. А. Техногогиябурения скважин коронками， армированными алмазно-твердосплавными пластинами ［M］. Издательство Политехник， Новчеркасск， 2016.
[33] [33] В. В. Скоромных，М. С. Попова. Разработка алмазногоинструмента с применением данных компьютерного моделирования и результатов системных исследований［J］. Инженер-нефтяник， 2018（3）：18-23.
[34] [34] Каракозов А. А.，Попова М. С.，С Парфенок. Н. и др.Исследование и разработка конструкции однослойной буровой коронки с синтетическими монокристаллами алмаза［С］//Породоразрушающий и металлообратавающий инструмент-техника и технология его изготовления и применения-Киев，2014：73-79.
-
计量
- 文章访问数: 698
- PDF下载数: 206
- 施引文献: 0
下载: