高頻扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井PDC鉆頭切削齒瞬間碰撞破巖分析

楊先倫,何世明,王濤

(1.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院,陜西 西安 710075;2.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院,四川 成都 610500)

0 引言

深部硬地層受高溫和高圍壓的影響,巖石硬度增加和塑形增強(qiáng),導(dǎo)致PDC鉆頭破巖效果變差.硬地層中機(jī)械鉆速的大幅度降低和鉆頭壽命極大的縮短,嚴(yán)重制約了PDC鉆頭在深部地層中的有效運(yùn)用.鉆井實(shí)踐表明,深部硬地層鉆進(jìn)時PDC鉆頭的黏滑振動問題突出,會讓鉆頭承受極大的沖擊載荷,PDC復(fù)合片在這種載荷下極容易破裂、斷脫,從而導(dǎo)致鉆頭失效[1-4].

為了解決PDC鉆頭在深部硬地層的應(yīng)用難題,2000年加拿大阿特拉公司發(fā)明了PDC鉆頭扭力沖擊破巖新方法,即采用扭力沖擊發(fā)生器配合高抗沖擊性PDC鉆頭,扭力發(fā)生器以1 000～2 400 min-1的頻率向鉆頭施加扭向脈沖扭矩,消除了黏滑振動現(xiàn)象,擴(kuò)展了PDC鉆頭在高硬度脆性巖石(硬質(zhì)泥巖、火成巖等)、高研磨性砂巖、礫巖和硬夾層等地層中的適用范圍,同時大幅提高了機(jī)械鉆速.高頻扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井在北美、亞太、中東、非洲等地區(qū)均有應(yīng)用,機(jī)械鉆速提高50%～300%.國內(nèi)已在陸地和海上多個區(qū)塊試驗(yàn)和推廣了阿特拉扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井技術(shù).在四川元壩區(qū)塊沙溪廟-自流井組砂巖、礫巖和泥巖地層、塔河油田石炭系地層、塔里木油田石炭系以下地層,機(jī)械鉆速提高了90%～200%.總體來看,高頻扭轉(zhuǎn)沖擊破巖鉆井技術(shù)在國內(nèi)難鉆深部硬地層中取得了很好的提速效果[5-9].

祝效華等[10-14]在關(guān)于PDC扭轉(zhuǎn)沖擊破巖機(jī)理的研究中,分……