摘要：古潛山儲(chǔ)層作為鉆井取心工藝中的一個(gè)世界性難題，是鉆井取心技術(shù)人員一直以來(lái)關(guān)注和研究的對(duì)象。本文通過(guò)對(duì)古潛山儲(chǔ)層特性的分析和研究，對(duì)PDC取心鉆頭在古潛山儲(chǔ)層的切削齒抗磨性進(jìn)行分析研究，確定出更加適合具有古潛山特性的切削齒，在提高PDC取心鉆頭在古潛山儲(chǔ)層中使用壽命的同時(shí)，也提高了機(jī)械鉆速，為提高巖心收獲率奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：切削齒抗磨性；古潛山儲(chǔ)層；PDC取心鉆頭；鉆井取心技術(shù)

引言

古潛山儲(chǔ)層因巖性堅(jiān)硬而破碎、研磨性高，是鉆井取心行業(yè)取心難度最高的地層之一。該儲(chǔ)層研磨性高，在以往只能應(yīng)用耐磨性較高的孕鑲或者表鑲?cè)⌒你@頭，但因孕鑲或表鑲?cè)⌒你@頭機(jī)械鉆速低，而古潛山儲(chǔ)層又堅(jiān)硬而破碎，在低機(jī)械鉆速的取心鉆進(jìn)中很容易出現(xiàn)吊打和巖心受鉆井液沖蝕，導(dǎo)致該地層的巖心收獲率極低。本文通過(guò)對(duì)PDC取心鉆頭切削齒抗磨性能的研究，設(shè)計(jì)能更加適應(yīng)古潛山儲(chǔ)層的切削齒，提高鉆頭壽命的同時(shí)，高機(jī)械鉆速可以有效防止在進(jìn)行過(guò)程中巖心因破碎的丟失。

1.切削齒的損壞原因

切削齒是PDC鉆頭的切削元件，切削齒的質(zhì)量好壞直接影響著PDC鉆頭的性能和質(zhì)量，因此提高切削齒的抗磨、抗扭、抗沖擊等性能是提高PDC鉆頭使用壽命的主要途徑。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工發(fā)現(xiàn)，在古潛山儲(chǔ)層中PDC的研磨性、抗扭、抗沖擊性能顯著下降，是造成PDC取心鉆頭損壞的主要原因。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可以確定，造成切削齒性能低下的原因主要有：切削齒燒結(jié)過(guò)程中存在缺陷、切削齒中殘留鈷含量過(guò)高、切削齒的熱穩(wěn)定性差、燒結(jié)過(guò)程中剩余應(yīng)力過(guò)大等四個(gè)方面。

2.提高切削齒性能的措施

從古潛山的儲(chǔ)層特性出發(fā)，通過(guò)對(duì)PDC取心鉆頭在古潛山儲(chǔ)層中的使用數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，確定出造成鉆頭切削齒損壞的主要原因，并結(jié)合古潛山儲(chǔ)層特性，對(duì)存在的問(wèn)題做了一下四個(gè)方面的改進(jìn)。

2.1提高切削齒高溫高壓的燒結(jié)工藝

在古潛山儲(chǔ)層中，因巖性堅(jiān)硬、研磨性高、裂縫發(fā)育，普通的PDC鉆頭切削齒在使用過(guò)程中因局部溫度高、受力不均勻、局部扭矩大，使得切削齒在高溫高壓壓制過(guò)程中因?yàn)榫劬Ы饎偸瘡?fù)合片本身存在的微觀缺陷在使用過(guò)程中被放大，從而加速了切削齒的破壞。

為了能夠有效降低因在高溫高壓壓制過(guò)程中聚晶金剛石復(fù)合片的微觀缺陷，使得在使用過(guò)程中放大缺陷而造成的切削齒損壞，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在高溫高壓燒結(jié)過(guò)程中加入表面改性膏劑和防氧化表面活性劑，降低切削齒的磨耗，可以降低金剛石復(fù)合片的微觀缺陷，從而提高切削齒的使用壽命。

2.2有效降低切削齒中殘存的鈷催化劑含量

切削齒中殘存的鈷催化劑限制了PDC取心鉆頭在古潛山儲(chǔ)層中的應(yīng)用，為了有效解決鈷催化劑的含量，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)全角度鈷濾出工藝提高切削齒的耐磨性能，如圖1所示：

2.3提高切削齒的熱穩(wěn)定性

當(dāng)取心鉆頭在井底高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，鉆頭與地層之間的高速摩擦?xí)a(chǎn)生巨大的熱量，使得切削齒處于高溫的環(huán)境，處于高溫的PDC切削齒會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱而出現(xiàn)應(yīng)力裂變，使得切削齒出現(xiàn)龜裂，復(fù)合片損壞掉落。

為了提高切削齒的熱穩(wěn)定性，對(duì)切削齒進(jìn)行高溫試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)優(yōu)化復(fù)合片的二次壓制工藝提高切削齒的熱穩(wěn)定性，同時(shí)應(yīng)用高性能的低沖蝕取心鉆頭水眼結(jié)構(gòu)，可以有效防止因切削齒與地層之間的摩擦過(guò)熱出現(xiàn)的熱龜裂等損壞，如圖2所示：

2.4降低剩余應(yīng)力

在切削齒聚晶金剛石復(fù)合片與硬質(zhì)合金壓制過(guò)程中會(huì)存在一定的殘存應(yīng)力，在鉆頭使用過(guò)程中，當(dāng)磨擦溫度達(dá)到一定值時(shí)，殘存應(yīng)力就會(huì)釋放，從而造成復(fù)合片的脫落或損壞。研究表明，通過(guò)應(yīng)用非平面接觸結(jié)構(gòu)可以降低殘余應(yīng)力，提高切削齒的穩(wěn)定性和抗磨、抗扭、抗沖擊性能。非平面接觸結(jié)構(gòu)如圖3所示：

3.效果檢驗(yàn)

廠家的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行新型PDC切削齒的測(cè)試。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試表明，改進(jìn)后的PDC切削齒的抗磨、抗扭、抗沖擊性能都有很大提高，在鉆壓、水力參數(shù)及其他外界條件一定的情況下，對(duì)新型的PDC切削齒進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，改進(jìn)后的新型PDC切削齒的抗磨、抗斷裂、抗破碎、抗沖擊的性能比改進(jìn)前的普通PDC切削齒的各項(xiàng)性能要提高3倍以上，改進(jìn)措施顯著。

技術(shù)人員將單純改進(jìn)PDC切削齒的取心鉆頭應(yīng)用到茨XX和茨XXX井進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表1所示：

4.結(jié)論

（1）改進(jìn)后的新型PDC切削齒的抗磨、抗斷裂、抗破碎、抗沖擊的性能比改進(jìn)前的普通PDC切削齒的各項(xiàng)性能要提高3倍以上，改進(jìn)措施顯著；

（2）單純提高PDC取心鉆頭的切削齒可以提高PDC鉆頭的整體性能。

參考文獻(xiàn)

[1]趙小軍，康鑫，潘飛飛，潘秉鎖，段隆臣.孕鑲金剛石鉆頭破碎花崗巖巖屑粒徑分布研究[J/OL].金剛石與磨料磨具工程，2019（01）：84-88[2019-03-14].

[2]高宏松，吳婷.渤海油田古潛山破碎性地層鉆井取心技術(shù)[J].石化技術(shù)，2018，25（09）：143.

[3]孔志剛，于希.遼河油田古潛山儲(chǔ)層鉆井取心技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2014，42（03）：50-54.

[4]孔志剛.應(yīng)用新型PDC取心鉆頭 提高堅(jiān)硬破碎地層巖心收獲率[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2013，29（06）：40-43.

作者簡(jiǎn)介：孔志剛（1986-1），男，工程師，學(xué)士學(xué)位，遼寧盤錦，2010年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程專業(yè)，研究方向：從事鉆井取心研究和技術(shù)服務(wù)工作。E-mail：lovekongzhigang@126.com。

孔志剛（1986-1），男，工程師，學(xué)士學(xué)位，從事鉆井取心研究和技術(shù)服務(wù)工作。E-mail：lovekongzhigang@126.com。

（作者單位：長(zhǎng)城鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院）