高金倉

渤海鉆探工程有限公司第一鉆井公司

蘇里格氣田水平井PDC鉆頭優(yōu)選與應(yīng)用

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蘇里格氣田地理位置位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市境內(nèi)的蘇里格廟地區(qū)，構(gòu)造上處于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部中帶蘇里格氣田中北部。蘇里格氣田氣藏一般的埋藏深度為3200-3350米，開發(fā)井平均完鉆井深3450米。針對蘇里格氣田天然氣儲層呈現(xiàn)出典型的“低孔、低滲、低壓、低產(chǎn)”等特征，長城鉆探率先實(shí)施水平井整體開發(fā)，水平井技術(shù)可以有效的提高單井產(chǎn)量與開發(fā)效果；隨著蘇里格氣田蘇53區(qū)塊天然氣水平井的大規(guī)模開發(fā)，對PDC鉆頭優(yōu)選并應(yīng)用成為提高天然氣水平井機(jī)械鉆速、井眼穩(wěn)定性和縮短鉆井周期的關(guān)鍵技術(shù)。

蘇里格氣田；水平井；PDC鉆頭；應(yīng)用

1 影響水平井PDC鉆頭使用效果的原因分析

1.1 不同的鉆進(jìn)方式對水平井PDC鉆頭的影響

當(dāng)PDC鉆頭開始鉆進(jìn)時，產(chǎn)生一種使井里鉆柱發(fā)生扭曲抗扭矩。井里鉆柱實(shí)際上是很長的扭轉(zhuǎn)纜索，因此，在PDC鉆頭的反扭矩的作用下會引起定向工具面方位的變化，使得工具面極不穩(wěn)定。如果PDC鉆頭的反扭矩超過螺桿馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩上限，螺桿馬達(dá)將會減速直至停止工作。此時，PDC鉆頭將會離開井底，工具面的變化極其敏感，整個過程必須重復(fù)進(jìn)行定向。

1.2 切削齒工作角度對水平井鉆頭使用效果的影響

在水平井鉆井過程中，切削齒與巖石作用存在接觸壓力，通過減少PDC鉆頭吃入量來增強(qiáng)工具面控制。為了加快造斜速度，增加切削齒的侵入性，一般是減少切削齒的保徑長度，用以提高這種側(cè)向切削的能力。但是，導(dǎo)向渦輪大量的前期經(jīng)驗(yàn)證明了，長保徑的鉆頭，則至少能以8度/100英尺的造斜率進(jìn)行造斜，于是為了解決這種矛盾的存在，必須進(jìn)行細(xì)致研究保徑長度、側(cè)切削侵入性及鉆頭的導(dǎo)向性能之間的匹配關(guān)系。

2 蘇里格氣田水平井PDC鉆頭設(shè)計

2.1 造斜段鉆頭設(shè)計依據(jù)

1)采用較平坦的鉆頭冠部輪廓，鉆頭冠部輪廓錐度愈大，鉆頭旋轉(zhuǎn)中心越容易發(fā)生橫向偏移。2)混合切削結(jié)構(gòu)，混合切削結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在含有硬夾層的地層中鉆進(jìn)時，有利于保持切削齒的連續(xù)吃入地層，即保持機(jī)械鉆速的連續(xù)不變性。

2.2 設(shè)計出的造斜段鉆頭

設(shè)計出的鉆頭具有淺內(nèi)錐，短外錐的鉆頭冠部輪廓結(jié)構(gòu)；采用6刀翼混合切削結(jié)構(gòu)設(shè)計，主切削齒直徑為16mm，副切削齒直徑13mm；采用加長直保徑結(jié)構(gòu)，采用加長保徑結(jié)構(gòu)可以增大鉆頭與井壁接觸面積，保證滑動鉆進(jìn)時工具面的穩(wěn)定。

2.3 造斜段鉆頭泥包問題

①鉆頭設(shè)計方面：調(diào)整噴嘴的位置和噴射角度，使噴嘴的射流盡量避開鉆頭刀翼，指向較大的排肩槽?？拷@頭工作面鼻部的內(nèi)置噴嘴可為鉆頭中心區(qū)域提供有效的清洗。②鉆頭使用方面：PDC鉆頭鉆遇泥巖井段不能一味的求“快”，要適當(dāng)采取控時鉆進(jìn)等防泥包措施；同時除泥器要配合使用。另外要求具有足夠的排量，避免鉆屑重復(fù)切削形成淤泥而泥包鉆頭。③鉆井液處理方面：維持大分子包被劑、無機(jī)鹽、有機(jī)鹽等強(qiáng)抑制劑的含量，提高鉆井液的抑制性，抑制泥巖地層造架和分散。

2.4 水平段鉆頭設(shè)計

1)水平段鉆頭設(shè)計思路。水平段鉆頭我們采用直徑為16mm的PDC復(fù)合片作為主切削元件(主切削齒)，選擇直徑為13mmPDC復(fù)合片為輔助切削元件(備用切削齒)，利用布齒工藝，使得兩者形成雙重保護(hù)切削結(jié)構(gòu)，輔助切削元件的作用旨在當(dāng)主切削元件磨損較大或者受到破壞時，代替其進(jìn)行切削巖層，以增加鉆頭的使用壽命。同時輔助切削元件的存在有利于鉆頭的動態(tài)穩(wěn)定性、減少鉆頭回旋并因此減少PDC齒的沖擊損壞。2)水平段鉆頭設(shè)計。由于蘇里格氣田區(qū)塊較廣，水平段目的層巖性不均，研磨性不等，針對這一情況，在鉆頭設(shè)計方面，我們根據(jù)地質(zhì)情況設(shè)計布齒密度及切削齒切削角度不同的鉆頭。地層巖性膠結(jié)疏松、研磨性不強(qiáng)時采用布齒密度低、切削齒切削角度小的設(shè)計，這樣能提高機(jī)械鉆速；當(dāng)?shù)貙訋r性膠結(jié)致密且研磨性強(qiáng)時，采用布齒密度高、角度相對大的設(shè)計，以提高單只鉆頭進(jìn)尺。

3 PDC鉆頭現(xiàn)場應(yīng)用情況

根據(jù)水平井PDC鉆頭的研究階段成果和水平井施工需要，開展了造斜段和水平段PDC鉆頭的研制，先后分別試制了215.9mm和152.4mm兩種規(guī)格四種型號的PDC鉆頭，先后在現(xiàn)場推廣應(yīng)用。

3.1 造斜段PDC鉆頭現(xiàn)場使用情況分析

某區(qū)塊二開215mm井眼，第一只基本打到劉家溝組左右，二開第二只開始進(jìn)入造斜段。由于今年現(xiàn)場使用數(shù)量較少，且下井的層位差別很大，用于二開造斜第一只2兩只，其余的用于造斜段最后一只收尾，所以下邊按照不同使用井段分別進(jìn)行對比分析。二開造斜第一只：該井段造斜PDC鉆頭共用了兩只，從井深2700-2800m左右入井，平均進(jìn)尺614.5m，平均機(jī)械鉆速5.99m/h。二開第二只用量較多的有迪普、川石和深遠(yuǎn)。通過數(shù)據(jù)對比，造斜215鉆頭平均進(jìn)尺和機(jī)械鉆速同比其他廠家鉆頭平均使用指標(biāo)高55.6%和2.6%。該井段自制PDC鉆頭共用了三只，從井深3400m左右入井，平均進(jìn)尺156.3m，平均機(jī)械鉆速4.5m/h。通過相關(guān)數(shù)據(jù)對比，自制造斜段最后一只215.9mm鉆頭平均進(jìn)尺和機(jī)械鉆速同比其他廠家鉆頭平均使用指標(biāo)高58.7%和45.2%。

3.2 水平段PDC鉆頭現(xiàn)場使用情況分析

現(xiàn)場試驗(yàn)期間，該水平段井隊(duì)基本都使用哈里伯頓的進(jìn)口鉆頭，新設(shè)計的152.4G516-FK1鉆頭一直沒有找到井位下井使用。在該井段總進(jìn)尺697米，總鉆時75.5小時，機(jī)械鉆速13.58m/h。該P(yáng)DC鉆頭進(jìn)尺多，機(jī)械鉆速快，現(xiàn)場反應(yīng)特別好。

結(jié)語

結(jié)合某區(qū)塊的巖性特點(diǎn)和巖石可鉆性，開展了PDC鉆頭個性化設(shè)計優(yōu)選，開發(fā)出的水平井用PDC鉆頭，對該區(qū)塊的巖性和水平井作業(yè)的特殊需求具有良好的適用性，水平段平均進(jìn)尺和機(jī)械鉆速同比提高33.14%和90.46%。

[1]張金權(quán)，雙建平，蒙啟騰.蘇里格氣田水平井斜井段PDC鉆頭應(yīng)用難點(diǎn)與對策[J].內(nèi)蒙古石油化工，2011，15：29-30.