花24區(qū)塊PDC鉆頭優(yōu)選調(diào)研

蔣永寶 郭俊平

摘 要：石油鉆井作業(yè)中，PDC鉆頭的合理選擇是非常重要的環(huán)節(jié)。在分析PDC鉆頭破巖機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合我隊在花24區(qū)塊施工的花24-23等3口井，對花24區(qū)塊PDC鉆頭進(jìn)行了合理的評價及優(yōu)選，優(yōu)選結(jié)果對該區(qū)塊提速提效工作，降低鉆井綜合成本有著重要的參考作用。

關(guān)鍵詞：PDC鉆頭；破巖機(jī)理；花24區(qū)塊；鉆頭優(yōu)選；提速提效

引言

花24斷塊構(gòu)造位置位于花莊構(gòu)造帶南部，緊鄰劉五舍次凹，北臨花3含油斷塊，為一近東西向北掉斷層所控制的斷壁構(gòu)造。我隊從今年年初開始在該區(qū)塊先后施工了花24-23、花24-18、花24-20三口井，在施工過程中對底層的巖性有了比較詳細(xì)的認(rèn)識，本文將對該區(qū)塊不同井段所使用的PDC鉆頭進(jìn)行統(tǒng)計分析，確定出適合該區(qū)塊的PDC鉆頭，以提高該區(qū)塊的建井周期并降低鉆井成本。

1 PDC鉆頭破巖機(jī)理

PDC鉆頭，就是聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭，它以金剛石為原料加入粘接劑在高溫下燒結(jié)而成。復(fù)合片為圓片狀，金剛石層厚度一般小于1mm，切削巖石時作為工作層，碳化鎢基體對聚晶金剛石薄層起支撐作用。兩者地有機(jī)結(jié)合，使PDC鉆頭既具有金剛石的硬度和耐磨性，又具有碳化鎢的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗沖擊能力，鉆井過程中，PDC鉆頭用低鉆壓、高轉(zhuǎn)速來獲得較高的鉆速，而這種鉆井參數(shù)不易產(chǎn)生井斜，可與螺桿鉆具、渦輪鉆具配合使用鉆定向井。

PDC鉆頭的破巖機(jī)理及方式：（1）在在抗壓強(qiáng)度較低的地層中，無論是塑性巖石或脆性巖石，PDC 鉆頭的齒均能以較小的鉆壓吃入并剪切破巖，這是 PDC 鉆頭較牙輪鉆頭滾動破巖更為有效的原因。（2）在抗壓強(qiáng)度較高的地層中，當(dāng)鉆壓相同時，由于巖石抗壓強(qiáng)度變大，PDC 鉆頭的齒吃入深度變小，破巖量降低，故破巖效率下降。（3）在抗壓強(qiáng)度高的地層中，當(dāng)鉆壓相同時，由于 PDC 鉆頭的齒很難吃入地層，只能以研磨方式破巖，其效率降低，鉆進(jìn)速度也大大降低。

2 花24區(qū)塊概況

2.1構(gòu)造位置

花24斷塊構(gòu)造位置位于花莊構(gòu)造帶南部，緊鄰劉五舍次凹，北臨花3含油斷塊，為一近東西向北掉斷層所控制的斷壁構(gòu)造。該塊主控斷層斷點清晰，內(nèi)部一條小斷層將該斷塊分為南北兩塊。

2.2地質(zhì)分層

3 鉆頭使用情況

我隊在花24區(qū)塊所施工的四口井為花24-23、花24-18、花24-20，三口井的鉆頭使用情況如下：

由于本文所討論的是花24區(qū)塊PDC鉆頭選型，所以以上表格未統(tǒng)計3口井中所使用的牙輪鉆頭，從以上表格可以看出，我隊在二開后使用的基本是4刀翼PDC鉆頭并使用較小噴嘴提高泵壓進(jìn)行高壓噴射鉆進(jìn)，當(dāng)鉆進(jìn)至 2000m之后均使用5刀翼PDC鉆頭進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn)。我隊在今年所施工的3口井中，在花24-23井鉆進(jìn)時嘗試使用了脈沖噴嘴，下文將對不同鉆頭、噴嘴組合的機(jī)械鉆速進(jìn)行對比。

4 鉆頭機(jī)械鉆速調(diào)研

在我隊所施工的3口井中，花24-23井嘗試使用了脈沖噴嘴并取得了較好的效果，我將就脈沖噴嘴使用井段的機(jī)械鉆速與另外3口井相同井段的機(jī)械鉆速進(jìn)行對比。此外，花24-23井、花24-18井、這兩口井在上部底層均使用4刀翼PDC鉆頭配合小噴嘴進(jìn)行高壓噴射，而花24-20井在上部井段所使用的是5刀翼PDC鉆頭，根據(jù)這3口井在花24區(qū)塊相同井段的機(jī)械鉆速進(jìn)行對比。在1500m以上的上部井段3口井的機(jī)械鉆速均比較高，其中花24-23井的機(jī)械鉆速明顯高于其余兩口井，而花24-20井的機(jī)械鉆速卻低于其它兩口井。在井深達(dá)到2000余米進(jìn)入戴南組之后機(jī)械鉆速下降的非常多。

原因分析：花24區(qū)塊上部底層分別為東臺組、鹽城組、三垛組，巖性以砂巖、粉砂巖、頁巖為主，屬于較軟地層，使用4刀翼PDC鉆頭可以通過較長的切削刃壓入巖層通過剪切的方式進(jìn)行破巖，4刀翼PDC鉆頭的切削刃較5刀翼PDC鉆頭更長，破巖效果明顯增強(qiáng)。而在噴嘴選擇方面，我隊在花24-23井嘗試使用了脈沖噴嘴，脈沖噴嘴通過脈沖射流得到更高的噴射壓力，水力破巖效果更為明顯。花24區(qū)塊戴南組平均深度在2355m，進(jìn)入該組后巖性變?yōu)橐阅鄮r為主，并且存在輝綠巖等火成巖，破巖方式由上部井段的剪切破巖變?yōu)榧羟信c研磨共同破巖，造成機(jī)械鉆速大幅度下降。

5 結(jié)論與認(rèn)識

1.花24區(qū)塊上部東臺組、鹽城組、三垛組巖性以砂巖、泥巖為主，巖性較軟，使用4刀翼PDC鉆頭可以顯著提高機(jī)械鉆速，有利于節(jié)約建井周期并減少成本。

2.花24區(qū)塊2300m向下進(jìn)入戴南組后巖性變?yōu)槟鄮r為主并夾雜輝綠巖、玄武巖等火成巖，存在掉塊現(xiàn)象。建議該井段使用5刀翼PDC鉆頭保證井壁穩(wěn)定。

3.在該區(qū)塊使用脈沖噴嘴對噴射鉆井有著一定效果，如果該區(qū)塊未來繼續(xù)布井位則可以繼續(xù)使用脈沖噴嘴。

4.花24區(qū)塊在上部底層800m左右發(fā)育有不等厚度的玄武巖，建議使用高性能4刀翼PDC鉆頭，以免保徑齒磨損過快造成縮徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 李士斌，艾池，寧海川，等. PDC 鉆頭的優(yōu)選方法[J]. 大慶石油學(xué)院學(xué)報，1999（3）：86-88

[2] 陳譜。鉆井技術(shù)手冊。[M].北京：石油工業(yè)出版社。

[3] 陳庭根，管志川，劉希圣，等。鉆井工程理論與技術(shù)。中國石油大學(xué)出版社。2000。

[4] 張輝，高德利. 鉆頭選型通用方法研究[J]. 石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2005，29（6）：45-49.

[5] 張輝，高德利. 鉆頭選型方法綜述[J]. 石油鉆采工藝，2005，27（4）：1-5

（作者單位：華東石油工程有限公司）