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摘要：定向井技術(shù)可以更好地對油藏進行開發(fā)利用，定向井作業(yè)采用PDC鉆頭可以有效提高鉆井效率，保證鉆井質(zhì)量。在實際的定向井鉆井作業(yè)過程中，采用PDC鉆頭進行作業(yè)，存在著方位和軌跡與設(shè)計產(chǎn)生偏移的問題，影響著鉆井作業(yè)質(zhì)量。本文對定向井PDC鉆頭與地下儲層作用力建立起模型，并對鉆頭受力進行深入地分析，并對定向井PDC鉆頭鉆井趨勢影響因素進行了探討。

關(guān)鍵詞：定向井鉆井;PDC鉆頭;影響因素

隨著定向井鉆井技術(shù)的不斷進步，對定向井作業(yè)采用的工具提出了新的要求。定向井鉆井作業(yè)需要面對較為復(fù)雜的地質(zhì)條件，還需要保證較好的鉆井質(zhì)量，需要對PDC鉆性能通過不斷優(yōu)化和提升，確定出最為合理的鉆頭結(jié)構(gòu)方式和配置參數(shù)，可以更好地保證鉆井作業(yè)速度。所以，需要對定向井用PDC鉆頭進行深入地研究，保證鉆頭具備較高的鉆井作業(yè)效率和使用壽命。

1定向井PDC鉆頭與地下儲層作用力模型分析

PDC鉆頭應(yīng)用到定向井鉆井作業(yè)時，與地下儲層產(chǎn)生的作用存在著較多的影響因素，需要確定出地下儲層巖體具備的定量參數(shù)，采用定量分析辦法對不同方向的參數(shù)進行確定。由于地下儲層巖體形成原因比較復(fù)雜，具備的強度和硬度在不同方向上有著較大的不同，存在的各向異性會對PDC鉆頭產(chǎn)生影響。定向井鉆井作業(yè)過程中，鉆遇機率最高的就是沉積巖地層，該地層的地質(zhì)條件有著各向異性現(xiàn)象，會使得鉆井作業(yè)過程中出現(xiàn)鉆頭偏離設(shè)計井眼軌跡的問題，會對鉆井質(zhì)量造成影響，也會降低鉆井施工作業(yè)效率。在PDC鉆井向前挺進過程中，會具備軸向鉆井趨勢，還會形成側(cè)向鉆進趨勢，該種鉆頭會在軸向、側(cè)向形成兩個挺進趨勢，使得形成的井眼軌跡偏離原計劃軌跡。在對鉆頭進行設(shè)計時，多注重軸向鉆進性能，防止鉆井作業(yè)過程中存在側(cè)向鉆井問題。對PDC鉆頭水力結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，也多考慮軸向鉆進性能，規(guī)格型號不同的鉆頭在軸、側(cè)鉆性能方面也有著很大差異，會結(jié)合地下儲層參數(shù)，采用理論計算的辦法，也可以在實驗內(nèi)開展破裂試驗，從而得到PDC軸、側(cè)方向鉆進參數(shù)。定向井鉆井作業(yè)利用PDC鉆頭會形成三種不同類型的側(cè)向力，鉆井工具結(jié)構(gòu)方式會使其具備側(cè)向力，鉆頭結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生側(cè)向力，再就是地下儲層巖層產(chǎn)生的側(cè)向力。把鉆頭對地下儲層巖石形成的作用力進行深入分析，并對鉆頭在井身底部位移改變進行研究，通過坐標變換來分析PDC鉆頭結(jié)構(gòu)對側(cè)向力的產(chǎn)生的影響，再考慮到地下儲層巖石具備的每個方向異性參數(shù)，可以建立起井筒底部鉆頭和地下儲層間的作用力模型。

一般情況下，鉆井作業(yè)過程中遇到的地下儲層都具備均值質(zhì)性特點，但不管均質(zhì)性程度如何，如果鉆頭軸、側(cè)鉆性能參數(shù)一樣，在定向井作業(yè)環(huán)境下PDC鉆頭形成的合力方向，也無法完全保證與鉆頭位移方向相同。鉆頭合力的方向會與位移方向存在著一定的角度，可以簡化之后建立起三維鉆速模型，用于對地下儲層巖石具備的非均質(zhì)性對外頭側(cè)向力的影響進行分析。地下儲層受到的力與機械作用力有著較大的差別，進行受力分析時需要把具備的特性參數(shù)變換成作用力，可以便于分析受力情況，而巖石受力情況與每個方向異性參數(shù)有著直接關(guān)系，只只有在鉆井作業(yè)時才能發(fā)現(xiàn)作用力的存在。對定向井井眼軌跡進行分析可以知道，鉆頭上鉆井工具的結(jié)構(gòu)方式，可對PDC鉆頭形成側(cè)向力，并控制鉆頭旋轉(zhuǎn)的角度。把鉆井工具和鉆頭具備的特性參數(shù)引入到作用力模型，可以得到鉆頭挺進過程中側(cè)向力，可以為鉆井作業(yè)方案的制定提供參考。

2定向井PDC鉆頭鉆井趨勢影響因素

定向井鉆井作業(yè)過程中，對鉆頭鉆井趨勢產(chǎn)生的影響的因素比較多。主要有鉆井工具、鉆頭結(jié)構(gòu)特點、地下儲層巖石特性、選用的鉆井參數(shù)等。每種影響因素對鉆頭鉆進趨熱影響機理有著較大的不同，結(jié)合相關(guān)理論知識，并應(yīng)用分析軟件來對鉆頭鉆井趨勢影響因素進行分析。

如果鉆井組合工具中的扶正器直徑尺寸增加，則會對鉆頭井斜力產(chǎn)生一定影響，會使井眼軌跡斜度變大，但不會對鉆頭方位力產(chǎn)生太大的影響。如果在大斜度定向井施工時，不可以增大扶正器直徑尺寸來控制井眼斜度和方位。如果PDC鉆頭保徑齒長度變大，鉆頭旋轉(zhuǎn)形成的井斜力會向上，作用力隨著徑齒長度增加而不斷變小，合理提升保徑齒長度可以更好地控制井斜，應(yīng)用PDC鉆井進行定向井鉆井作業(yè)過程中，可以利用合理的保徑齒長度可以控掉好井眼軌跡斜度和方位。鉆井壓力變大時，PDC鉆頭具備的井斜力會保持向下，隨著壓力的提高則作用力也會變大，鉆井壓力的增加會加大井傾斜的可能性，井斜程度會隨著鉆井壓力變大而增加，當(dāng)PDC鉆頭具備的方位力達到零，在大斜度定向井鉆井作業(yè)過程中，鉆壓的提升會使井眼軌跡斜率變大，但可以更好地控制井眼方向。提高PDC鉆頭旋轉(zhuǎn)速度，定向井井眼軌跡變斜程度會相應(yīng)地變小，可以對井斜角度進行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。在定向井造斜作業(yè)階段，如果鉆頭從質(zhì)地比較硬的地下儲層轉(zhuǎn)換到軟地層過程中，鉆頭的前進方向會與預(yù)計角度產(chǎn)生一定程度的偏離，需要在及時調(diào)整鉆井速度和角度，可以更好地保證定向井鉆井質(zhì)量。對定向井PDC鉆頭鉆井趨勢影響因素進行分析，制定出有效的預(yù)防辦法，可以更好地保證鉆井質(zhì)量，提高鉆井作業(yè)效率。

3結(jié)束語

綜上所述，PDC鉆頭由于具備較高性能，已經(jīng)在定向井鉆井作業(yè)中得到了大量的應(yīng)用，隨著PDC鉆頭理論和生產(chǎn)技術(shù)的不斷進步，會進一步提高定向井鉆井作業(yè)效率，保證井眼軌跡的準確性。定向井作業(yè)過程中，鉆頭會受到地下儲層各響異性產(chǎn)生的影響，鉆頭前進方向會與設(shè)計軌跡產(chǎn)生偏離，同時，PDC鉆頭在前進過程中會受到鉆井工具、鉆頭結(jié)構(gòu)和地下儲層特性產(chǎn)生的側(cè)向力，這就使得鉆頭鉆進趨勢受到影響，結(jié)合應(yīng)用軟件和建立的三維模型對影響因素進行分析，采取相應(yīng)的控制措施，可以更好地保證定向井鉆井質(zhì)量和作業(yè)效率。

參考文獻：

[1]于三躍，王燎原，袁望，鄭文武，劉國臣，李志浩，鄭林.春光油田PDC鉆頭試驗與應(yīng)用[J].漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2015，14（02）：8-11.

[2]宋學(xué)重.PDC鉆頭復(fù)合鉆進技術(shù)的引進與推廣[J].化工設(shè)計通訊，2016，42（11）：28-29.

[3]楊瑤.定向井復(fù)合鉆頭技術(shù)研究與現(xiàn)場應(yīng)用[D].西南石油大學(xué)，2016.