淺析PDC鉆頭在遼河油田中的應(yīng)用

楊光

中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司鉆井技術(shù)服務(wù)公司 遼寧盤錦 124010

由于地質(zhì)條件極為復(fù)雜，加之破巖效果不佳，在鉆到深井階段時(shí)機(jī)械鉆速會(huì)降低很多。另外，利用高壓噴射法鉆井必須要有大功率鉆井泵，以至于循環(huán)系統(tǒng)能耗和承壓都較高，對(duì)鉆井速度影響極大。所以在隨后的鉆井中，長(zhǎng)城鉆探公司果斷嘗試PDC鉆頭，最終取得了良好的鉆井效果。

一、巖石特性分析

在PDC鉆頭用于深井鉆井時(shí)，關(guān)鍵之處在：第一、確定PDC鉆頭適合的井段；第二、依據(jù)井段的不同挑選不同類型的PDC鉆頭及對(duì)應(yīng)的鉆具。遼河油田的地層主要是沉積巖，在使用PDC鉆頭時(shí)，沉積巖的塑性、粒徑和硬度對(duì)其鉆性的影響是最大的。

曾有業(yè)內(nèi)人士專門對(duì)PDC鉆頭使用干擾因素研究后，歸納出幾點(diǎn)結(jié)論。第一、PDC鉆頭主要是切削破巖，破巖的粒徑越大，對(duì)鉆頭的磨損也越厲害。特別是礫巖和粗砂巖，由于兩者膠結(jié)強(qiáng)度很高，使得很短時(shí)間內(nèi)PDC鉆頭就極容易被損壞。相反，如果巖石很松軟，同時(shí)巖石粒徑較大，則使用PDC鉆頭時(shí)鉆速也會(huì)更高。第二、巖石塑性跟鉆頭鉆速成反比。尤其是有些巖石不僅彈性大而且硬度也大，在用PDC鉆頭時(shí)鉆速會(huì)非常低，甚至比牙齒鉆頭還低。第三、巖石硬度同鉆頭鉆速也成反比，同時(shí)鉆頭的磨損也會(huì)極其嚴(yán)重。往往巖石硬度超過(guò)中等就很不適合利用PDC鉆頭。第四、鉆頭比壓（轉(zhuǎn)速）跟鉆頭速度成正比。

由此，不適宜利用PDC鉆頭的地層有：礫巖及粗砂巖（膠結(jié)強(qiáng)度高）、粉砂巖（塑性大、致密硬）、碳酸鹽巖（泥質(zhì)含量大）。

二、參數(shù)選擇

第一、從排量上看，PDC鉆頭排量同牙輪鉆頭排量是一樣的。但是，使用PDC鉆頭時(shí)的泵壓最好是降6MPa3]。第二、從鉆速上看，在PDC鉆頭運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)、扭矩也不太大的情況下，用高轉(zhuǎn)速是最好的。第三、從鉆壓上看，使用前期鉆頭最好是小鉆壓，使用中期鉆頭最好是中鉆壓，使用后期鉆頭最好是大鉆壓。另外，鉆頭遇到礫石夾層或者硬夾層的時(shí)候，鉆壓越大對(duì)鉆頭損害也更大，這時(shí)候小鉆壓是最合適的。如果地層硬度偏高且鉆頭又不大平穩(wěn)時(shí)，無(wú)論鉆頭是橫向擺動(dòng)還是縱向振動(dòng)都必然使得鉆頭破損加劇，這時(shí)候調(diào)整轉(zhuǎn)速或者鉆具組合來(lái)解決。第四、當(dāng)PDC鉆頭鉆到易斜地層的時(shí)候，鉆具組合選用鐘擺組合，選用30KN的小鉆壓，每分鐘160轉(zhuǎn)的高轉(zhuǎn)速，那么鉆井會(huì)有理想效果。第五、在一次彎曲鉆壓以下，鉆壓越小、轉(zhuǎn)速越高，PDC鉆頭防斜效果越好[1]。一次與二次彎曲鉆壓間，PDC鉆頭增斜能力大于牙輪鉆頭[2]。同時(shí)，PDC鉆頭使用中，鉆壓跟增斜能力成正比。如果遇到較硬、較脆的地層，鉆壓又偏小時(shí)，巖石很易破碎以至能量也不足，這個(gè)時(shí)候最好用滿眼鉆具的組合辦法，使鉆壓范圍有效增大。

三、鉆頭類型

事實(shí)證明,針對(duì)沉積巖地層做鉆井工作時(shí)，選用的PDC鉆頭類型最好是刮刀翼狀式類型。究其原因是：第一、多翼PDC對(duì)于鉆頭的耐磨和穩(wěn)定有強(qiáng)化作用，尤其在需要鉆入粒徑小、硬度又高的地層時(shí)，多翼PDC就更顯優(yōu)勢(shì)。第二、如果遇到巖石粒徑大、塑性大且硬度低的時(shí)候，少翼PDC是最好的選擇。第三、針對(duì)碳酸鹽巖，在PDC鉆頭的類型選擇上，要充分依據(jù)巖石塑性及硬度。一是碳酸鹽巖含有大量泥質(zhì)，那么塑性偏大，最好不要用PDC鉆頭；二是碳酸鹽巖的脆性大的情況下，PDC鉆頭就很合適，但是巖石硬度太高使得鉆頭外圍很易受磨損，這種情況下必須先給PDC鉆頭做保徑和加強(qiáng)肩部處理后再使用。

四、PDC鉆頭在遼河油田中的應(yīng)用效果

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在今年的1月份至9月份，長(zhǎng)城鉆探公司利用各種PDC鉆頭下井累計(jì)為123次，使用的PDC鉆頭數(shù)量累計(jì)為92只，進(jìn)尺累計(jì)約為6萬(wàn)米，純鉆井的時(shí)間累計(jì)為7120小時(shí)，鉆速平均為每小時(shí)8.43米，鉆頭下井平均井深為2814.6米，單只鉆頭的平均進(jìn)尺為652.2米。在同一井段，用牙輪鉆頭跟PDC鉆頭比較，PDC鉆頭的速度提升約為56.2%，換言之純鉆井的時(shí)間省下了4012小時(shí)，從而鉆井進(jìn)尺增加了41038米，建井周期也隨之減少了510d左右。再者，鉆速的飛速提升，使得鉆井經(jīng)費(fèi)減少許多，這一年的經(jīng)濟(jì)效益至少達(dá)2200萬(wàn)元。

結(jié)束語(yǔ)

在對(duì)油田進(jìn)行鉆井工作的過(guò)程當(dāng)中，鉆井公司選用哪種鉆頭或鉆具組合的搭配，都跟鉆井時(shí)間、深度、鉆速及經(jīng)濟(jì)方面關(guān)聯(lián)甚密。因此，在遼河油田的實(shí)際情況中，由于地層差異導(dǎo)致的巖石特性也不盡相同，所以長(zhǎng)城鉆探公司依據(jù)巖石特征的差異化，鉆井作業(yè)時(shí)區(qū)別選用牙輪鉆頭和PDC鉆頭。而正是長(zhǎng)城鉆探公司大膽、果斷的在遼河油田使用PDC鉆頭，使得遼河油田在鉆井周期、鉆井速度、鉆井深度等指標(biāo)都得以提升。

[1]常領(lǐng)、陳華忠、劉小剛、許杰等.PDC鉆頭在勝利油田鉆井（鉆深井）中的研究與應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù)，2010，3(8)：63-68.

[2]李廣國(guó)、索忠偉、王金榮、周玉倉(cāng)、高昌斌.塔河油田液動(dòng)射流沖擊器+PDC鉆頭提速技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2012，5(12)：32-40.

[3]戴大良、王振全、潘啟峰、高德利等.肯基亞克油田非鹽丘井PDC鉆頭設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究[J].石油鉆采工藝，2012，5(17)：23-36.