侯學軍 孔祥吉 錢鋒 宋洪奇 金銳

(1. 重慶科技學院石油與天然氣工程學院， 重慶 401331； 2. 中國石油天然氣勘探開發(fā)公司， 北京 100034)

Agadem油田是中石油集團在尼日爾勘探開發(fā)的一塊傳統(tǒng)油田，油田油氣儲量高，發(fā)展前景廣闊[1]。多年來，鉆井公司在該油田做了大量的工作，鉆井效率也在不斷提高。但該油田Yogou—Donga地層井段長、鉆頭易泥包、砂巖夾層多、泥巖可鉆性差的瓶頸一直困擾著鉆井施工[2]。單只鉆頭進尺和機械鉆速都較低，導致施工周期延長，鉆井成本大幅度增加；同時，長時間的裸眼鉆進也大幅度增加了鉆井風險[3]，不利于對鉆井安全風險的控制。發(fā)展個性化PDC鉆頭才能有效解決機械鉆速低的問題[4]。在此介紹尼日爾油田所用81/2″SP605鋼體鉆頭，油田應用此個性化PDC鉆頭解決了該套地層鉆進難的問題。

1 尼日爾Agadem油田概況

Agadem油田位于非洲尼日爾東南部，撒哈拉沙漠腹地,是中石油集團在尼日爾勘探開發(fā)的主力油氣藏。該油田二開井段為215.9 mm井段，鉆進地層為Yogou — Donga地層，該段地層上部泥巖段易出現(xiàn)泥包，下部泥巖致密機械鉆速低、砂礫巖夾層頻繁研磨性強，鉆井難度較大，鉆進速度緩慢，鉆井周期長。該油田地質分層鉆井技術指標如表1所示[5]。該井段地層的井身結構數(shù)據如表2所示。井身結構如圖1所示。

表1 Agadem油田地質分層鉆井技術指標

表2 井身結構數(shù)據

圖1 井身結構示意圖

2 Yogou — Donga井段鉆井難點與需求

目前鉆進中的突出問題如下：

(1) 上部Yogou組地層以泥巖、砂巖為主，泥巖極易導致出現(xiàn)鉆頭泥包現(xiàn)象。一旦形成泥包，就必須將鉆頭起鉆到地面進行清理，非常耗時，使時間成本增加。

社區(qū)教育傳承與創(chuàng)新非物質文化遺產的活動主體多為各級政府部門、駐社區(qū)機構、公共服務機構、企事業(yè)單位、社區(qū)居民、學校及其他教育機構等，但各部門的責任分工還不夠細化明確。盡管一些院校開展了非物質文化遺產的教育工作，設置了相關課程，但仍存在不專業(yè)現(xiàn)象。比如藝術院校將原本的設計藝術學專業(yè)設置為“傳統(tǒng)工藝美術”，將原本的戲曲文學專業(yè)設置為“傳統(tǒng)戲曲”等，但這些課程所涉及的內容往往學科化有余，傳統(tǒng)性傳承性不足，而且，非物質遺產的中、高等教育有待健全［7］。此外，企業(yè)組織機構及其他社會力量的參與度并不夠，也在很大程度上限制了活動的靈活性和影響力，達不到應有的社會效應。

冬林，認識你，我要感謝多年好友張笑天先生。那年，身為吉林省作協(xié)主席的張笑天，帶了一批擬評上首屆吉林省文學獎的文學作品，進京請雷達、李敬澤、白燁，以及筆者再研究一下。我們審讀后一致認為胡冬林的《青羊消息》為最佳。第二年全國第一屆環(huán)境文學評獎終審會上，我發(fā)現(xiàn)竟沒有《青羊消息》，便向主持評獎的全國人大環(huán)境與資源保護委員會主任委員曲格平先生指出，這次評獎漏掉《青羊消息》是很大的遺憾。會上，同任環(huán)境文學獎評委的雷達、李敬澤同意我的看法。根據評獎規(guī)則，有三位終評委同時提議、推薦，便可列入評議對象。包括王蒙在內的全體終評委看了《青羊消息》，便一致同意該作品榮獲首屆環(huán)境文學獎。

試驗測試顯示，經過深脫鈷技術處理后的復合片，其耐磨指數(shù)提高了4～16倍。在實際應用中，鉆頭的耐磨指數(shù)也可提高1倍以上。

(3) Donga組硬砂巖夾層頻繁交錯，研磨性強，鉆頭進尺壽命低。

目前最急迫的鉆井需求是，優(yōu)選PDC鉆頭，實現(xiàn)1只鉆頭高速完鉆整套Yogou — Donga地層的目標。

3 二開井段提速方案

3.1 Yogou— Donga地層特性

根據測井數(shù)據，應用專用軟件對地層進行了數(shù)據分析，地層抗鉆特性剖面如圖2所示。

稱取預處理的紅枸杞粉2g(精確到0.0001)，在超聲溫度為60℃，料液比為1∶50，超聲時間為3min的條件下，超聲次數(shù)分別為1次、2次、3次、4次、5次的條件下提取，過濾，醇沉，定容后按照1.3.2.1的方法測定吸光值，計算多糖的提取率。

在理論分析的基礎上,基于Matlab 2015a 仿真軟件,使用Matlab語言對序列的復雜性、PN序列檢驗和隨機性等方面進行分析驗證,這里的PN序列檢驗指的是對序列的平衡性、游程特性和相關性進行檢驗。

圖2 地層抗鉆特性剖面圖

針對Agadem油田Yogou組地層泥巖易出現(xiàn)泥包現(xiàn)象[7]的特點，研究人員開發(fā)出一款復合多種防泥包技術的PDC鉆頭[8]。針對強研磨性砂巖夾層，可選用最新一代金剛石表面深脫鈷技術處理的PDC復合片。針對Donga組泥巖致密可鉆性差的特點，可采用多空間攻擊性切削角度。綜合以上鉆頭選型方案，推薦采用SP605鋼體PDC鉆頭。

添加疏水材料后，涂層表面即形成一層低表面能層，其性能指標如表5所示。通常，接觸角越大，疏水性能就越好。實驗測試結果表明，該涂層與水基、油基泥漿之間不具黏附性，在涂層表面無泥漿殘留。

2 700 — 3 500 m井段屬于Donga地層。隨著井深增加，地層抗壓強度和壓入硬度逐漸升高，至后半段明顯表現(xiàn)出頻繁的硬夾層特性。同時，地層研磨性指數(shù)為3，地層可鉆性級值從3級增加至5.5級。該段地層可鉆性較差，鉆頭機械鉆速受到限制。下部井段指標波動劇烈，地層表現(xiàn)出較強的硬夾層特性，軟硬交錯的夾層特性較為明顯。地層研磨性曲線隨可鉆性曲線的波動而出現(xiàn)大幅波動。由此可以推斷，大量研磨性強的硬砂巖夾層存在于該地層中，而頻繁出現(xiàn)的高研磨性硬砂巖夾層會降低PDC鉆頭的使用壽命[6]。

3.2 個性化PDC鉆頭選型方案

從地層的抗鉆特性剖面圖來看，1 319 — 2 700 m井段屬于Yogou和Donga地層，Yogou和Donga地層的抗壓強度較低，壓入硬度也較低。

?趙海樂:《是國際造法還是國家間契約——“競爭中立”國際規(guī)則形成之惑》，《安徽大學學報》(哲學社會科學版)2015年第1期。

鉆頭選型的目標是，保證一趟鉆就能完鉆Yogou— Donga組地層，并使平均機速提高50%以上。

3.3 個性化PDC鉆頭技術方案

3.3.1 雙疏水防泥包涂層技術

在復合片制作過程中，將不同粒度的金剛石微粉與粘接合金混合后，置于高溫高壓的壓機中合成復合片，作為催化劑的Co會殘留在金剛石的C — C鍵之間。通過復合片耐磨性測試發(fā)現(xiàn)，復合片在切削巖石時會產生一定熱量，使得復合片整體生熱，特別是切削角部分急劇生熱。金屬Co的熱膨脹系數(shù)大約是金剛石膨脹系數(shù)的14倍[9]Co原子急劇膨脹，使得金剛石C — C結合鍵開裂，從而加快了復合片的損壞速度。同時，復合片處于600 ℃中低溫環(huán)境下，Co反向催化金剛石，使金剛石發(fā)生碳化反應，從而加劇復合片的損壞程度。應用脫鈷技術[10]，可使Co分解析出，以達到脫除Co的目的，從而提高復合片的熱穩(wěn)定性，強化鉆頭的耐磨性。

陶瓷粉體改性樹脂后涂層剪切強度得到有效提高，不同陶瓷添加量下的涂層剪切強度如表3所示。市面上樹脂油漆的剪切強度一般不會超過8 MPa。剪切強度越高，涂層與基體結合的效果越好。

表3 不同陶瓷添加量下的涂層剪切強度

鄭成川帶黑旗會所屬闖進安和莊大門沒在意刀手、劍士、鐵衛(wèi)隨后出現(xiàn)并掩上大門，因為這樣的情況他們見得太多，但最后都是被他們斬盡殺絕。他向蕭飛羽投去一瞥陰森地道：“約莫九天前有人潛入安和莊，是安和莊找的助力對嗎？你又是這些人之首?！?/p>

表4 2種轉速下樹脂與G15鋼對磨的摩擦系數(shù)

1 319 — 2 700 m井段平均研磨性指數(shù)為4.5。該地層可鉆性級值約為2級，具有較好的巖石可鉆性，PDC鉆頭適用于該地層。通過合理的PDC鉆頭設計，可獲得較高的機械鉆速和進尺。

用俞正聲先生的話說就是黨員干部要用這樣的要求來要求自己：要在政治方面有堅定的思想，業(yè)務上要有精通的技術，精神方面則要求振奮，在作風方面則要做到素質過硬。從基層做起，抓好統(tǒng)戰(zhàn)方面的培訓和教育等工作，從而讓統(tǒng)戰(zhàn)部門的干部能夠對基層統(tǒng)戰(zhàn)工作做到了解和熟悉，并能切實施行基層方面的統(tǒng)戰(zhàn)工作。與此同時，各級干部還要以積極的態(tài)度來引導統(tǒng)戰(zhàn)部門人員進行培養(yǎng)和教育引導等方面的工作，緊抓我國社會主義理想和信念等方面的教育活動，讓各干部做好施教工作，在工作中去探索關于信教群眾的引導和教育工作，讓宗教發(fā)揮出更多的正能量，從而使新形勢下的統(tǒng)戰(zhàn)工作更為完善、和諧。

表5 涂層與不同液體的接觸角和滾動角

3.3.2 新型臺階式結構防泥包設計技術

新型臺階式結構防泥包設計的關鍵技術是，在每個刀翼從排屑槽底部至距離鉆頭頂部PDC齒一定距離的內陷部分，使PDC齒及包絡PDC齒本體與內陷凹槽形成臺階，構成階梯式結構。凹槽部分刀面與鉆頭垂直方向可保持一定夾角以利于巖屑排出。新型臺階式結構防泥包設計如圖3所示。由于鉆頭刀翼前刀面內陷形成臺階，泥漿從齒面流經排屑槽，在臺階部分形成渦流，從而加劇水流脈動，使排屑槽沖刷效果更好，更易帶走巖屑。

無論鹽巖是否存在泥質夾層，鹵水飽和狀態(tài)下的鹽巖強度均低于天然鹽巖，說明飽和鹵水狀態(tài)下鹽巖被軟化，但夾層的存在影響鹵水的軟化效果(圖6)，對比圖6a和圖6b,圖6a兩條線之間的間距明顯大于圖6b，說明含泥質夾層的鹽巖在飽和鹵水的條件下被軟化的效果更高，計算其軟化系數(shù)得到不含泥質夾層鹽巖的軟化系數(shù)在0.59～0.7；含泥質夾層的鹽巖軟化系數(shù)0.38～0.67。

圖3 新型臺階式結構防泥包設計示意圖

3.3.3 復合片深脫鈷技術

選用抗性品種；輪作倒茬，合理施肥澆水；施用充分腐熟優(yōu)質有機肥，避免使用未腐熟糞肥，以免把蟲源帶入田間；優(yōu)化農田生態(tài)條件，鏟除地頭、溝邊雜草，降低蚜蟲越冬基數(shù)。

本選型方案將多種先進的防泥包技術復合在一只鉆頭上，力爭實現(xiàn)最強防泥包功效。雙疏水防泥包鉆頭，是指在表面增加一層雙疏水涂層的PDC鉆頭。涂層材料是以樹脂為基體，陶瓷粉體、減磨材料、疏水材料為改性填料。表面添加雙疏水涂層的鉆頭，具有剪切強度高、耐磨性能強、防泥包疏水性能好等特點。

(2) Donga組地層泥巖中以鈣質膠結為主，不易鉆進，該地層機械鉆速較低。

在樹脂中添加減磨填料，可以使其更好地發(fā)揮研磨性。通過表4所示200、400 r/min轉速下樹脂與G15鋼對磨的摩擦系數(shù)可知，當減磨填料添加量達到20%以上時，轉速對涂層的摩擦系數(shù)沒有影響。同時，涂層摩擦系數(shù)越低，其耐磨效果越好，在鉆井中對泥沙的耐沖蝕效果也越好。

經過金剛石表面深脫鈷技術處理過的復合片，其金剛石脫鈷層更加耐磨，其磨損后結構如圖4所示。切屑齒產生磨損后，脫鈷層耐磨性加強，磨損程度變弱，因此會形成一個突出的唇邊在刃口處，使刃口保持鋒利。于是，機械鉆速不會受切屑齒磨損的影響，從而使鉆頭始終能夠保持穩(wěn)定的高鉆速。

圖4 深脫鈷復合片磨損后結構示意圖

3.3.4 強攻擊性高速PDC鋼體鉆頭設計

鉆頭設計中，采用5刀翼+中等冠部的中低密度布齒方式。較低的布齒密度使得切削齒的比壓更高，吃入地層的能力更強，有利于提高機械鉆速。同時，采用了更深的排屑槽設計。采用深排屑槽，保持寬敞的排屑空間，可使巖屑排放更及時，能有效地防止形成泥包，避免巖屑重復切削。

3.3.5 泥漿方案

Yogou組泥巖極易發(fā)生水化反應，從而加大泥漿黏度，甚至形成鉆頭泥包[11]。采用低黏度泥漿是Yogou組防止形成鉆頭泥包的重要措施。在施工中，要求嚴密監(jiān)控泥漿黏度，防止形成鉆頭泥包。

4 鉆頭提速應用情況

在Yogou — Donga地層開發(fā)應用中，個性化81/2″SP605鋼體PDC鉆頭的總體應用效果良好。其具體使用指標如表6所示。

表6 81/2″SP605鋼體PDC鉆頭使用效果

實際應用中，3只川石鉆頭總體指標表現(xiàn)良好，未形成鉆頭泥包，鉆頭機速高，進尺壽命長。在Agadi-7井施工中，81/2″SP605在上部定向段定向鉆進，其工具面穩(wěn)定，定向時機速高(7.5 m/h)，總體定向效率遠高于牙輪鉆頭。在Agadi-9井施工中，81/2″SP605在下部地層創(chuàng)出11.51 m/h的高機械鉆速指標。

通過上述數(shù)據對比可以看出，川石個性化PDC鉆頭的成功應用，使Agadem油田機械鉆速低的問題得到了突破性解決，平均機械鉆速在全井段大幅度提高，鉆井周期大大縮短。

從圖5所示Agadi-9井施工進度圖可以看出，二開實際鉆進時間比計劃時間縮短了11 d，創(chuàng)下Agadem油田同井型、同套地層的二開井段鉆井周期最短的新紀錄。

圖5 Agadi-9井施工進度

5 結 語

根據地層的不同特點，有針對性地采用個性化PDC鉆頭進行鉆進，可以解決Agadem油田Yogou— Donga地層鉆進困難的問題。復合多項技術設計個性化PDC鉆頭，將其用于提速試驗，鉆頭提速效果顯著，鉆井周期大大縮短。本系列個性化PDC鉆頭的成功應用，可為尼日爾油田的進一步鉆井工作提供借鑒。