脉冲空化PDC钻头的研究及应用

作者：王委; 程智勇; 陈小元; 许友斌; 彭光杰

来源：石油机械, 2021, 49(11): 24-38.

DOI：10.16082/j.cnki.issn.1001-4578.2021.11.004

• 脉冲空化射流
• PDC钻头
• 流场分析
• 结构设计
• 机械钻速

为解决现有脉冲射流钻井技术存在的脉冲发生部位离井底远、脉冲效应沿程损失大及在定向钻具组合中应用受限的问题,设计了一种脉冲空化PDC钻头。该钻头内腔设计成脉冲谐振腔结构,利用谐振腔各区域收缩面的不同,把进入的连续射流调制成脉冲射流;脉冲射流再经钻头空化喷嘴耦合,使作用于井底的脉冲效应最大化。井底流场和清岩效果分析结果表明:脉冲空化PDC钻头产生的脉冲作用对井底岩屑具有更好的翻转和运移效果,能使岩屑及时离开井底,减少重复切削;由于把脉冲发生部位置于钻头内部,离井底更近,不仅减少了脉冲效应的沿程损失,还不需要增加额外接头和专用装置等,能用于所有定向钻具组合,同时提高了钻柱的安全性。通过研究,形成了?215.9和?311.2 mm共2种尺寸的脉冲空化PDC钻头。在地层和钻井参数基本相同的情况下,与常规钻头相比,脉冲空化PDC钻头平均机械钻速提高30%以上。研究结果可为脉冲射流钻井提速提供理论依据。