定向井PDC鉆頭的鉆井趨勢分析

李凱(勝利石油管理局石油工程技術開發中心 山東東營 257000)

隨著定向井技術的不斷發展，定向井鉆井技術已經成為油藏高效的開發重要方法。PDC鉆頭的工作壽命長，鉆井速度高，具有優異的性能，因此得到了廣泛的應用。定向井鉆井過程中鉆頭的鉆井趨勢直接關系到鉆井的井眼軌跡質量。因此需要重點研究定向井PDC鉆頭研究，得到影響到定向井PDC鉆頭鉆井趨勢的影響因素。定向井井眼軌跡的影響因素較多，包括鉆井參數、鉆井設備、井深結構、地質條件等。所以定向井鉆井的井眼軌跡控制是非常復雜的，研究過程中會應用到各個學科和行業知識。PDC鉆頭的鉆井趨勢是決定定向井鉆井井眼軌跡質量的重要因素，通過建立PDC鉆頭影響因素對井眼軌跡的作用模型，可以有效的提高定向井鉆井的效率和質量。

一、定向井PDC鉆頭鉆井趨勢影響因素分析

定向井鉆井過程中，井下PDC鉆頭上部的鉆具組合是影響到鉆頭鉆井趨勢的重要因素。鉆具組合指的是鉆頭上部鉆鋌、扶正器、鉆桿等設備型號和組合方式統稱。影響到鉆頭鉆井趨勢的鉆具組合參數包括扶正器數目、扶正器和井壁之間的間隙、動力鉆具型號、彎曲角度、鉆鋌數量和長度等，在定向井鉆井中，合理的鉆具組合可以有效的解決井下PDC鉆頭受力不均勻的問題，保證鉆頭的穩定高效工作。實際鉆井過程中，需要結合所鉆地層的特點，合理的計算井下鉆頭的受力情況，確定出最佳的鉆具組合，保證鉆頭的鉆進趨勢能夠匹配設計的井眼軌跡。鉆井的井眼幾何參數也是影響到PDC鉆頭鉆井趨勢的重要因素，由于定向井井眼軌跡維數的不同，定向井井眼軌跡的幾何參數也不同。三維井身結構中的定向井井眼參數要比一維定向井的井身結構參數數量多，而且復雜。定向井鉆井過程中，已經鉆完的井眼，其井深結構參數是不能夠改變，但是通過理論分析和數值計算的方法，可以對后續的PDC鉆頭的鉆井趨勢進行預測。鉆井參數的不同也會影響到定向井鉆頭的鉆井趨勢。定向井鉆井參數主要包括，鉆頭鉆壓、工作扭矩、泥漿泵排量、壓力、鉆井液密度、鉆井液粘度、鉆桿的轉速等。其中泥漿泵的工作壓力和排量等水力參數對于鉆頭偏移的影響較小。鉆壓的大小對于井下鉆頭的受力影響較大，如果鉆井過程中鉆壓較大，容易導致鉆頭的不穩，以及鉆具組合的彎曲，彎曲后的鉆具組合對PDC鉆頭的側向力影響較大，如果產生的側向力較大，會嚴重的影響到鉆頭的鉆進趨勢，造成鉆頭的偏轉，導致井眼軌跡偏離設計的井眼軌跡。地層的特性也會影響到定向井PDC鉆頭的鉆井趨勢，地層的特性主要包括，地層的傾斜角度、地層巖性、巖石的硬度等參數，這些參數是定向井鉆井所必須面對的參數，通常情況下地層的參數是無法改變的，但是可以通過測量和實驗的方法，得到一個區域范圍內的地層參數。在定向井鉆井的過程中，只能夠根據地層的參數，不斷的適應和改進，從而保證鉆頭的鉆井趨勢滿足設計的要求。鉆頭是影響到PDC鉆頭鉆井趨勢的關鍵影響因素。鉆頭參數包括鉆頭類型、鉆頭尺寸、刀翼布置、切削齒、水力結構等參數，在定向井鉆井過程中，首先要按照鉆井的設計標準，選擇出適合該井鉆井條件的定向井鉆頭，在條件允許的情況下，可以進行相應的鉆頭結構設計改進，設計出更適合的鉆頭。鉆頭的類型確定后，鉆頭的結構和水力參數基本確定，通常情況下，一只鉆頭下入到井底，如果不出現異常情況，鉆頭通常會一直使用到鉆頭的壽命結束，需要更換鉆頭類型時，可以在下次更換鉆頭時，再更換鉆頭的類型。

二、影響因素對定向井PDC鉆頭鉆井趨勢的影響規律分析

通過影響參數對定向井PDC鉆頭鉆井趨勢的影響規律分析，可以選擇出適合定向井PDC鉆頭鉆井的優化參數，提高定向井的鉆井質量。模擬結果顯示，其他條件不變的條件小，隨著底部鉆具組合中扶正器外徑不斷增大，井下鉆具組合開始向右偏轉，但是增大到某一個值后，井下鉆具組合又開始向左偏轉，因此需要合理設計鉆具組合的扶正器外徑，選擇出最佳的扶正器外徑，充分發揮扶正器在穩定鉆頭方位方面的作用。通過地層參數對鉆頭鉆井趨勢研究得到，PDC鉆頭由硬地層鉆入到軟地層是，鉆頭會在側向力的作用下，向軟地層偏轉，這是由于鉆頭由硬地層轉到軟地層時，鉆頭在硬地層的鉆進速度要小，所以鉆頭向軟地層中偏轉。在其他條件不變時，增大鉆頭的鉆速，可以有效的提高鉆頭的鉆井速度，由于鉆頭橫截面上鉆頭的鉆進能力基本相同，所以當鉆頭的鉆速增大后，可以改善鉆頭的受力狀態，從而減小PDC鉆頭鉆井過程中偏移，在進行穩斜段鉆井過程中，可以適當的增加鉆頭的轉速，但是不能無限的增大鉆頭的轉速，無限增大也是不可能的。鉆頭轉速的增加需要配合其他鉆井參數。確定合理的定向井鉆井參數，可以有效的穩定PDC鉆頭的鉆井趨勢，保證定向井鉆井的速度和質量。

結束語

定向井鉆井是一項復雜的鉆井工藝技術，如果不能夠進行有效的控制，會嚴重的影響到定向井的鉆井質量。定向井PDC鉆頭的鉆井趨勢對于鉆井井眼軌跡的影響較大。影響到鉆頭鉆井趨勢的鉆具組合參數包括扶正器數目、扶正器和井壁間隙、動力鉆具型號、彎曲角度、鉆鋌的數量和長度等。定向井鉆井參數包括鉆頭鉆壓、工作扭矩、泥漿泵排量、鉆井液密度、鉆井液粘度、鉆桿轉速等。合理設計鉆具組合扶正器外徑，選擇出最佳的扶正器外徑。PDC鉆頭由硬地層鉆入到軟地層是，鉆頭會在側向力的作用下，向軟地層偏轉。通過研究對于改善定向井鉆頭的工作狀況，提高定向井鉆井的效率和質量具有重要的意義。

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