淺析PDC鉆頭在遼河油田中的應用

楊光

中國石油集團長城鉆探工程有限公司鉆井技術服務公司 遼寧盤錦 124010

由于地質條件極為復雜，加之破巖效果不佳，在鉆到深井階段時機械鉆速會降低很多。另外，利用高壓噴射法鉆井必須要有大功率鉆井泵，以至于循環系統能耗和承壓都較高，對鉆井速度影響極大。所以在隨后的鉆井中，長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，關鍵之處在：第一、確定PDC鉆頭適合的井段；第二、依據井段的不同挑選不同類型的PDC鉆頭及對應的鉆具。遼河油田的地層主要是沉積巖，在使用PDC鉆頭時，沉積巖的塑性、粒徑和硬度對其鉆性的影響是最大的。

曾有業內人士專門對PDC鉆頭使用干擾因素研究后，歸納出幾點結論。第一、PDC鉆頭主要是切削破巖，破巖的粒徑越大，對鉆頭的磨損也越厲害。特別是礫巖和粗砂巖，由于兩者膠結強度很高，使得很短時間內PDC鉆頭就極容易被損壞。相反，如果巖石很松軟，同時巖石粒徑較大，則使用PDC鉆頭時鉆速也會更高。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鉆頭時鉆速會非常低，甚至比牙齒鉆頭還低。第三、巖石硬度同鉆頭鉆速也成反比，同時鉆頭的磨損也會極其嚴重。往往巖石硬度超過中等就很不適合利用PDC鉆頭。第四、鉆頭比壓（轉速）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（膠結強度高）、粉砂巖（塑性大、致密硬）、碳酸鹽巖（泥質含量大）。

二、參數選擇

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鉆頭時的泵壓最好是降6MPa3]。第二、從鉆速上看，在PDC鉆頭運轉比較平穩、扭矩也不太大的情況下，用高轉速是最好的。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候，鉆壓越大對鉆頭損害也更大，這時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時，無論鉆頭是橫向擺動還是縱向振動都必然使得鉆頭破損加劇，這時候調整轉速或者鉆具組合來解決。第四、當PDC鉆頭鉆到易斜地層的時候，鉆具組合選用鐘擺組合，選用30KN的小鉆壓，每分鐘160轉的高轉速，那么鉆井會有理想效果。第五、在一次彎曲鉆壓以下，鉆壓越小、轉速越高，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，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，巖石很易破碎以至能量也不足，這個時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

事實證明,針對沉積巖地層做鉆井工作時，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對于鉆頭的耐磨和穩定有強化作用，尤其在需要鉆入粒徑小、硬度又高的地層時，多翼PDC就更顯優勢。第二、如果遇到巖石粒徑大、塑性大且硬度低的時候，少翼PDC是最好的選擇。第三、針對碳酸鹽巖，在PDC鉆頭的類型選擇上，要充分依據巖石塑性及硬度。一是碳酸鹽巖含有大量泥質，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鉆頭做保徑和加強肩部處理后再使用。

四、PDC鉆頭在遼河油田中的應用效果

據統計，在今年的1月份至9月份，長城鉆探公司利用各種PDC鉆頭下井累計為123次，使用的PDC鉆頭數量累計為92只，進尺累計約為6萬米，純鉆井的時間累計為7120小時，鉆速平均為每小時8.43米，鉆頭下井平均井深為2814.6米，單只鉆頭的平均進尺為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%，換言之純鉆井的時間省下了4012小時，從而鉆井進尺增加了41038米，建井周期也隨之減少了510d左右。再者，鉆速的飛速提升，使得鉆井經費減少許多，這一年的經濟效益至少達2200萬元。

結束語

在對油田進行鉆井工作的過程當中，鉆井公司選用哪種鉆頭或鉆具組合的搭配，都跟鉆井時間、深度、鉆速及經濟方面關聯甚密。因此，在遼河油田的實際情況中，由于地層差異導致的巖石特性也不盡相同，所以長城鉆探公司依據巖石特征的差異化，鉆井作業時區別選用牙輪鉆頭和PDC鉆頭。而正是長城鉆探公司大膽、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、鉆井深度等指標都得以提升。

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

[2]李廣國、索忠偉、王金榮、周玉倉、高昌斌.塔河油田液動射流沖擊器+PDC鉆頭提速技術[J].石油鉆探技術，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鉆頭設計及實驗研究[J].石油鉆采工藝，2012，5(17)：23-36.