造斜井段PDC鉆頭個性化設計及應用

劉天恩（大港油田石油工程研究院，天津300000）

造斜井段PDC鉆頭個性化設計及應用

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勢，在定向井鉆井中發揮越來越重要的作用。由于PDC鉆頭在定向鉆進過程中經常出現性能不穩定，工具面角度變化大、難以控制的現象，甚至造成井下故障，致使定向鉆井周期長，機械鉆速慢，鉆井成本增加。因此提高PDC鉆頭穩定性，優化鉆頭設計，充分體現PDC鉆頭在定向鉆進中的優勢，對于提高定向井PDC鉆頭的效率和壽命，加快油氣資源開發具有重要意義。

造斜井段;PDC鉆頭;個性化設計;

PDC鉆頭在定向鉆進過程中經常出現性能不穩定，工具面角度變化大、難以控制的現象，使得定向鉆井周期長，機械鉆速慢，鉆井成本增加。針對造斜井段機械鉆速慢的問題，結合地層可鉆性分析與鉆頭實際應用井段（直井段或定向井段），開展造斜段PDC鉆頭個性化設計，對鉆頭定向性能和攻擊性能進行優化設計。

1 地層巖石可鉆性分析

結合對應深度的聲波時差數據，回歸得到了利用聲波時差測井資料預測巖石可鉆性級值的計算模型[1-2]。利用室內實驗數據獲得PDC鉆頭的巖石可鉆性模型，結合測井資料建立大港地區PDC鉆頭的巖石可鉆性縱向剖面、橫向剖面。并根據地層軟硬程度與牙輪鉆頭可鉆性級值的對應關系，對地層的軟硬程度進行了劃分，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 鉆頭個性化設計

2.1 定向性能優化

圖1 PDC鉆頭個性化設計內容

優化的內容如下：

（1）優化布齒頭型，縮短鉆頭設計長度，有利于提高鉆頭的可駕馭性。

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

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

（4）應用力平衡設計，常規鉆頭要求將徑向不平衡力與鉆壓的比調整到2%以內,對于定向鉆頭嚴格控制在1%以內，從根本上保證鉆頭鉆進時的平穩性。

2.2 攻擊性能優化

優化的內容如下：

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

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

（3）優選高性能抗磨損的進口復合片，提升鉆頭的使用壽命。

圖2 PDC鉆頭個性化設計內容

3 應用效果

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

[1]竇同偉，孫景濤，陳淑芹等.新港1井地層可鉆性與PDC鉆頭個性化設計及應用[J].中國石油和化工標準與質量.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，現在從事鉆井工程相關工作。地址：天津市大港油田團結東路石油工程研究院。