造斜井段PDC鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

劉天恩（大港油田石油工程研究院，天津300000）

造斜井段PDC鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

劉天恩（大港油田石油工程研究院，天津300000）

隨著定向井理論與方法的發(fā)展，對于定向井的工具提出了更高的要求，PDC鉆頭以其自身的性能優(yōu)勢，在定向井鉆井中發(fā)揮越來越重要的作用。由于PDC鉆頭在定向鉆進(jìn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)性能不穩(wěn)定，工具面角度變化大、難以控制的現(xiàn)象，甚至造成井下故障，致使定向鉆井周期長，機(jī)械鉆速慢，鉆井成本增加。因此提高PDC鉆頭穩(wěn)定性，優(yōu)化鉆頭設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)PDC鉆頭在定向鉆進(jìn)中的優(yōu)勢，對于提高定向井PDC鉆頭的效率和壽命，加快油氣資源開發(fā)具有重要意義。

造斜井段;PDC鉆頭;個(gè)性化設(shè)計(jì);

PDC鉆頭在定向鉆進(jìn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)性能不穩(wěn)定，工具面角度變化大、難以控制的現(xiàn)象，使得定向鉆井周期長，機(jī)械鉆速慢，鉆井成本增加。針對造斜井段機(jī)械鉆速慢的問題，結(jié)合地層可鉆性分析與鉆頭實(shí)際應(yīng)用井段（直井段或定向井段），開展造斜段PDC鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì)，對鉆頭定向性能和攻擊性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 地層巖石可鉆性分析

結(jié)合對應(yīng)深度的聲波時(shí)差數(shù)據(jù)，回歸得到了利用聲波時(shí)差測井資料預(yù)測巖石可鉆性級值的計(jì)算模型[1-2]。利用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得PDC鉆頭的巖石可鉆性模型，結(jié)合測井資料建立大港地區(qū)PDC鉆頭的巖石可鉆性縱向剖面、橫向剖面。并根據(jù)地層軟硬程度與牙輪鉆頭可鉆性級值的對應(yīng)關(guān)系，對地層的軟硬程度進(jìn)行了劃分，沙一段可鉆性級值1.0-3.5，地層特性中軟～中，沙二段可鉆性級值2.0～5.5，地層特性軟～中。

2 鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì)

2.1 定向性能優(yōu)化

圖1 PDC鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì)內(nèi)容

優(yōu)化的內(nèi)容如下：

（1）優(yōu)化布齒頭型，縮短鉆頭設(shè)計(jì)長度，有利于提高鉆頭的可駕馭性。

（2）選擇定向布齒輪廓線，保障鉆頭進(jìn)攻性的前提下，優(yōu)化切屑角度（60°），提升鉆頭的側(cè)切能力，保障鉆頭定向工具面的穩(wěn)定性。

（3）復(fù)合片高密度保徑，短小的冠部結(jié)構(gòu)，減少鉆頭扭矩波動，控制漂移趨勢，提高鉆頭造斜效率。

（4）應(yīng)用力平衡設(shè)計(jì)，常規(guī)鉆頭要求將徑向不平衡力與鉆壓的比調(diào)整到2%以內(nèi),對于定向鉆頭嚴(yán)格控制在1%以內(nèi)，從根本上保證鉆頭鉆進(jìn)時(shí)的平穩(wěn)性。

2.2 攻擊性能優(yōu)化

優(yōu)化的內(nèi)容如下：

（1）針對沙河孔店硬質(zhì)砂泥巖互層，可鉆性在5-6之間，優(yōu)化布齒輪廓線，調(diào)整布齒密度和角度（20°）。

（2）為強(qiáng)化鉆頭水力效果，增加了水槽深度，優(yōu)化了鉆頭流道模型；可調(diào)式7水眼配置，滿足不同工況下的水力匹配。

（3）優(yōu)選高性能抗磨損的進(jìn)口復(fù)合片，提升鉆頭的使用壽命。

圖2 PDC鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì)內(nèi)容

3 應(yīng)用效果

通過在GD14H井對PDC個(gè)性化鉆頭進(jìn)行應(yīng)用，GD14H井造斜段機(jī)械鉆速同鄰井相比得到提高，關(guān)鍵井段提高機(jī)械鉆速取得突破。GD14H井全井機(jī)械鉆速7.10m/h，造斜段（3916m-4291m）機(jī)械鉆速3.02m/h，是之前完鉆水平井造斜段機(jī)械鉆速的約3倍。

[1]竇同偉，孫景濤，陳淑芹等.新港1井地層可鉆性與PDC鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量.2013,23（8）：138-140.

[2]劉天恩，付友義，竇同偉等.鉆頭選型新思路[J].油氣田地面工程.2011,30(1):87-88.

劉天恩，男，1984年7月生，工程師，現(xiàn)在從事鉆井工程相關(guān)工作。地址：天津市大港油田團(tuán)結(jié)東路石油工程研究院。