Analytical research on the rock fragmentation process and its relationship with drilling parameters in PDC bit drilling

TANG Fenglin; ZHAO Rongxin; NESKOROMNYH V.V.; LI Bo; ZHOU Xin; DUAN Longchen and CHIKHOTKIN V.F.; ${author.authorNameEn}

doi:10.12143/j.ztgc.2024.01.002

2024 Vol. 51, No. 1

Article Contents

Article navigation > DRILLING ENGINEERING > 2024 > 51(1): 5-14

Next Article Previous Article

TANG Fenglin, ZHAO Rongxin, NESKOROMNYH V.V., LI Bo, ZHOU Xin, DUAN Longchen and CHIKHOTKIN V.F., . 2024. Analytical research on the rock fragmentation process and its relationship with drilling parameters in PDC bit drilling. DRILLING ENGINEERING, 51(1): 5-14. doi: 10.12143/j.ztgc.2024.01.002

Citation:

TANG Fenglin, ZHAO Rongxin, NESKOROMNYH V.V., LI Bo, ZHOU Xin, DUAN Longchen and CHIKHOTKIN V.F., . 2024. Analytical research on the rock fragmentation process and its relationship with drilling parameters in PDC bit drilling. DRILLING ENGINEERING, 51(1): 5-14. doi: 10.12143/j.ztgc.2024.01.002

Analytical research on the rock fragmentation process and its relationship with drilling parameters in PDC bit drilling

1.Shanghai Institute of Building Sciences Limited Company, Shanghai 200032, China;2.Faculty of Engineering, China University of Geosciences, Wuhan Hubei 430074, China；3.Siberian Federal University, Krasnoyrsk 660095, Russia；4.Hubei Province Earthquake Agency, Wuhan Hubei 430064, China

Received Date: 08 June 2023

Revised Date: 24 August 2023

Abstract

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.
- PDC bit /
- oil and gas drilling /
- geological exploration /
- technical and economic indexes /
- rock fragmentation process /
- drilling parameters

FullText(HTML)

References

[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. Google Scholar 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. Google Scholar
[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. Google Scholar 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. Google Scholar
[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. Google Scholar 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. Google Scholar
[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. Google Scholar 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. Google Scholar
[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. Google Scholar 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. Google Scholar
[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. Google Scholar 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. Google Scholar
[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. Google Scholar
[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. Google Scholar 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. Google Scholar
[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. Google Scholar
[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. Google Scholar
[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. Google Scholar 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. Google Scholar
[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. Google Scholar 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. Google Scholar
[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. Google Scholar
[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. Google Scholar
[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. Google Scholar
[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. Google Scholar
[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. Google Scholar
[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. Google Scholar
[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. Google Scholar
[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. Google Scholar
[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. Google Scholar
[22]	[22] В Кубасов. В. Повышение эффективности бурения геологоразведочных скважин в твердых породах путем модернизации матриц алмазного породоразрушающего инструмента［D］. Московский государственныйгеологоразведочный университет， 2015. Google Scholar
[23]	[23] Г. П. Богатырева и др. Оценка перспективности структурирования металломатричныхалмазных буровых коронок наноалмазами［C］//Сборник научных трудов， Киев， 2011：97-102. Google Scholar
[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. Google Scholar
[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. Google Scholar
[26]	[26] В Кубасов. В. Исследование износа алмазнцх коронок［J］. Горный информвционно-аналитический бюллетень （научно-аналитический журнал）， 2015，4：6-11. Google Scholar
[27]	[27] А Третьяк. А. Теоретическое обоснование，разработка констрктиных парпметров и техгологии бурения скважин коронками， армированнымиалмазно-твердосплавными пластинами［D］. Юргту， Новочеркасск，2017. Google Scholar
[28]	[28] А Третьяк. А. Разработка современных конструкцийкоронок， армированных алмазно-твердосплавными пластинами и технология их использования［D］. Юргту， Новчеркасск， 2012. Google Scholar
[29]	[29] А Третьяк. А. и др. Буровые коронкиармированныеалмазно-твердосплавными пластинами［M］. Новчеркасск： Издательство 《Политехник》， 2015. Google Scholar
[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. Google Scholar
[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. Google Scholar
[32]	[32] А Третьяк. А. Техногогиябурения скважин коронками， армированными алмазно-твердосплавными пластинами ［M］. Издательство Политехник， Новчеркасск， 2016. Google Scholar
[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. Google Scholar
[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. Google Scholar