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(shè)計及應(yīng)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(fā)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(yōu)勢,在定向井鉆井中發(fā)揮越來越重要的作用。由于PDC鉆頭在定向鉆進過程中經(jīng)常出現(xiàn)性能不穩(wěn)定,工具面角度變化大、難以控制的現(xiàn)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(wěn)定性,優(yōu)化鉆頭設(shè)計,充分體現(xiàn)PDC鉆頭在定向鉆進中的優(yōu)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(fā)具有重要意義。
造斜井段;PDC鉆頭;個性化設(shè)計;
PDC鉆頭在定向鉆進過程中經(jīng)常出現(xiàn)性能不穩(wěn)定,工具面角度變化大、難以控制的現(xiàn)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(jié)合地層可鉆性分析與鉆頭實際應(yīng)用井段(直井段或定向井段),開展造斜段PDC鉆頭個性化設(shè)計,對鉆頭定向性能和攻擊性能進行優(yōu)化設(shè)計。
結(jié)合對應(yīng)深度的聲波時差數(shù)據(jù),回歸得到了利用聲波時差測井資料預(yù)測巖石可鉆性級值的計算模型[1-2]。利用室內(nèi)實驗數(shù)據(jù)獲得PDC鉆頭的巖石可鉆性模型,結(jié)合測井資料建立大港地區(qū)PDC鉆頭的巖石可鉆性縱向剖面、橫向剖面。并根據(jù)地層軟硬程度與牙輪鉆頭可鉆性級值的對應(yīng)關(guān)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。
圖1 PDC鉆頭個性化設(shè)計內(nèi)容
優(yōu)化的內(nèi)容如下:
(1)優(yōu)化布齒頭型,縮短鉆頭設(shè)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(yōu)化切屑角度(60°),提升鉆頭的側(cè)切能力,保障鉆頭定向工具面的穩(wěn)定性。
(3)復合片高密度保徑,短小的冠部結(jié)構(gòu),減少鉆頭扭矩波動,控制漂移趨勢,提高鉆頭造斜效率。
(4)應(yīng)用力平衡設(shè)計,常規(guī)鉆頭要求將徑向不平衡力與鉆壓的比調(diào)整到2%以內(nèi),對于定向鉆頭嚴格控制在1%以內(nèi),從根本上保證鉆頭鉆進時的平穩(wěn)性。
優(yōu)化的內(nèi)容如下:
(1)針對沙河孔店硬質(zhì)砂泥巖互層,可鉆性在5-6之間,優(yōu)化布齒輪廓線,調(diào)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(yōu)化了鉆頭流道模型;可調(diào)式7水眼配置,滿足不同工況下的水力匹配。
(3)優(yōu)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(shè)計內(nèi)容
通過在GD14H井對PDC個性化鉆頭進行應(yīng)用,GD14H井造斜段機械鉆速同鄰井相比得到提高,關(guān)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(shè)計及應(yīng)用[J].中國石油和化工標準與質(zhì)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(xiàn)在從事鉆井工程相關(guān)工作。地址:天津市大港油田團結(jié)東路石油工程研究院。