摘要：较之于常规的pdc钻头或牙轮钻头,牙轮-pdc混合钻头有着更好的破岩效果,其破岩过程产生的热量对其使用寿命和钻井效率都有着重要的影响,但目前对其破岩过程中温度场和破岩特性的研究还不够深入。为了给混合钻头的优化和推广提供理论支撑,基于有限元法、弹塑性力学等建立钻头破岩仿真模型,据此研究了破岩过程中的混合钻头温度场变化规律和破岩特性。研究结果表明:(1)牙轮主导型混合钻头破碎岩石时牙轮切削结构先冲击岩石,形成破碎坑,pdc切削齿再进行剪切,而pdc主导型混合钻头由pdc切削齿对岩石进行刮切形成沟槽,牙轮切削齿再对岩石进行破碎;(2)混合钻头在破岩初始阶段温度上升较快,一段时间后趋于平稳且钻压越大温度越高;(3)较之于pdc钻头和牙轮钻头,混合钻头破岩过程中温度更低,混合钻头破岩量大于单个pdc钻头和单个牙轮钻头破岩总量之和;(4)混合钻头在硬地层中的破岩温度高于在软地层中的破岩温度,而钻速则相反;(5)钻头破岩温度和破岩特性与其自身结构有关。结论认为,该研究成果有助于混合钻头的优化设计和推广应用。

摘要：元坝气田主力气藏埋深超过7 000 m,是中国埋藏最深的海相气田。陆相地层岩性致密、硬度高、非均质性强,机械钻速低,特别是须家河组地层,硬度高、研磨性强、可钻性极差,牙轮钻头磨损速度快、进尺短,pdc钻头难以满足高研磨性的要求,钻头合理选型困难。针对须家河组地层硬度高、砂泥岩交错的地层特点,研制出了KPM系列牙轮-pdc混合钻头,采用3刀翼和3牙轮设计,兼具牙轮和pdc钻头两者的优点。在元坝须家河组应用3井次,较好克服了地层硬度高、软硬交错的影响,进尺和机械钻速均获得大幅提高,为元坝钻井提速探索新的方向。