PDC鉆頭在中深井中的應(yīng)用

賈敏松

摘要：長期以來，勝利油田區(qū)域鉆井都是以牙輪鉆頭為主。牙輪鉆頭鉆井中存在很多不利因素：牙輪鉆頭需要利用較高的泥漿泵功率來提高鉆井速度，能耗高，循環(huán)體系承壓高；牙輪鉆頭使用中易發(fā)生掉牙輪事故；牙輪鉆頭壽命短。特別是由于牙輪鉆頭的破巖機(jī)理[1]所致，在目前情況下機(jī)械鉆速提高受到制約，影響鉆井速度的突破，對于中深井合理選用PDC鉆頭可以大大縮短鉆井周期且節(jié)省鉆頭成本。

關(guān)鍵詞：優(yōu)選 PDC鉆頭 機(jī)械鉆速

前言

中深井[1]主要是指井深在1500米-3500米之間，其技術(shù)難點主要有：1、直井段難以控制井斜，直井段井斜超標(biāo)，加大斜井段難度；2、穩(wěn)斜段長，井身軌跡難以控制，易出現(xiàn)井下復(fù)雜情況及后期施工困難；3、使用牙輪鉆頭其壽命短，起下鉆次數(shù)多，難以縮短鉆井周期，且起下鉆次數(shù)多易造成井下復(fù)雜情況。因此選擇適合地層的鉆頭及鉆具組合以增加純鉆進(jìn)時間，減少起下鉆時間，從而縮短鉆井周期。

一、 PDC鉆頭的性能機(jī)理

1.PDC鉆頭的材料

與牙輪鉆頭的不同之處是PDC鉆頭沒有運動部件。PDC鉆頭的胎體可用鋼和碳化鎢兩種材料來制造。鋼體PDC鉆頭[2]的主要缺點是抗沖蝕性能不如混合體鉆頭，鋼體鉆頭一般用于鉆軟到中等研磨性地層和鉆大井眼。

PDC鉆頭的技術(shù)進(jìn)步：首先是采用了抗研磨性和抗沖擊性更好的人造金剛石材料；其次是聚晶金剛石薄片與碳化鎢圓片接觸面的幾何形狀也有了改進(jìn)；PDC鉆頭的熱穩(wěn)定極限也由原先的700℃提高到1150℃。

2.切削機(jī)理

PDC鉆頭的破巖機(jī)理是剪切。鉆頭的剪切作用在破巖時起主要作用，而牙輪鉆頭的破巖機(jī)理為沖擊壓碎，巖石的抗壓強度約是抗剪強度的3倍，因此剪切破壞比壓碎容易。

3.穩(wěn)定性

PDC鉆頭的穩(wěn)定性對鉆井效率來說是極其重要的因素。抗渦旋和降摩擦保徑塊等技術(shù)的應(yīng)用使PDC鉆頭更加穩(wěn)定。PDC鉆頭水馬力、切削件和動態(tài)穩(wěn)定性的改進(jìn)導(dǎo)致PDC鉆頭的機(jī)械鉆速和壽命大幅度增長。

二、 優(yōu)選鉆頭及鉆具組合提高機(jī)械鉆速

中深井井深一般在1500米-3500米，完鉆層位一般在沙河街組，巖性較單一，復(fù)雜地層較少。下面以濟(jì)陽坳陷東營凹陷濱南-利津斷裂帶區(qū)塊所鉆的幾口井為例論述分析。

一開鉆具組合：ф346.1牙輪鉆頭+177.8mm鉆鋌（3柱）+127mm鉆桿，表層井深在200-250米之間。

二開鉆具組合為：ф215.9PDC鉆頭（四翼） +177.8mm無磁DC（1根）+177.8mmDC（6根）+ 127mm加重鉆桿DP+127mm普通鉆桿或采用PDC鉆頭+直螺桿鉆井模式，二開快速鉆進(jìn)采用二檔車，鉆壓3-4噸，機(jī)房轉(zhuǎn)速1250轉(zhuǎn)/分鐘，進(jìn)入東營組之前改為小循環(huán)及時處理鉆井液，一般鉆進(jìn)至造斜點或東營底進(jìn)入沙一段起鉆換鉆頭。

定向段鉆具組合：如果造斜點在東營組或東營組之上可以先用HJ517牙輪鉆頭定向，鉆具組合為：ф215.9牙輪鉆頭（HJ517）+172mm動力鉆具 （1根）+回壓凡爾+定向接頭+158mm無磁DC （1根）+127mm加重鉆桿（5-6柱）+127mmDP。進(jìn)入沙一段或井斜達(dá)到設(shè)計井斜起鉆換鉆具結(jié)構(gòu)為：ф215.9PDC（五翼）+172mm動力鉆具 （1根）+208mm欠尺寸扶正器+回壓凡爾+定向接頭+158mm無磁DC （1根）+127mm加重鉆桿（5-6柱 ）+127mmDP。

三、 應(yīng)用實例分析

施工的濱64-斜55、濱64-斜56、利33-斜82井都位于濟(jì)陽坳陷東營凹陷濱南-利津斷裂帶區(qū)塊。

由以上三口井可以看出，PDC鉆頭的純鉆進(jìn)時間長，在濱64-斜55井單只PDC鉆頭純鉆進(jìn)時間81小時，節(jié)省了起下鉆時間，從而大大提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期。濱64-斜56井和利33-斜82井，在沙二段定向鉆進(jìn)機(jī)械鉆速均達(dá)到15米/小時以上。濱64-斜55井完鉆井深2465米，水平位移313.62米，鉆井周期僅用8天4小時。

利33-斜82井穩(wěn)斜段下入PDC鉆頭+動力鉆具+欠尺寸扶正器穩(wěn)斜穩(wěn)斜鉆具組合，鉆壓4-6噸復(fù)合鉆進(jìn)，1751-2202米井斜數(shù)據(jù)如下表：

從表中全角變化率可以看出這套穩(wěn)斜鉆具很好的控制了井斜方位。

四、 結(jié)論

1、選擇合適的井段使用PDC鉆頭，能夠有效的提高機(jī)械鉆速，降低鉆井成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2 、PDC鉆頭在深井應(yīng)用，能大大的減少起下鉆次數(shù)，安全系數(shù)大，沒有掉牙輪風(fēng)險，事故發(fā)生率小。

3、在東營、沙河街組易斜井段下入PDC鉆頭，采用小鉆壓高轉(zhuǎn)速鉆穿該井段，能有效的控制井斜。

4、選擇適合地層的鉆頭可以提高機(jī)械鉆速，減少起下鉆次數(shù)，縮短建井周期，節(jié)約鉆井成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃國志.鉆井司鉆.石油工業(yè)出版社 2008.2

[2]陳庭根 管志川.鉆井工程理論與技術(shù) 中國石油大學(xué)出版社 2006.3