螺杆钻具与pdc钻头的钻井技术在深井中的应用 -全讯官网

　　海洋钻井公司某钻井平台在胜利油田海域埕北区块中深直井中，优选pdc钻头，成功运用螺杆钻具配合pdc钻头优快钻井技术，在该区块施工的cb327井完钻井深3965m，平均机械钻速、钻井周期等均创该区块同井深记录；胜利钻井院产p5363s型pdc钻头创该区块单只pdc钻头单递钻进尺最多记录；深远df1606u型pdc钻头创该区块东营组机械钻速最快记录，螺杆钻具配合pdc钻头优快钻井技术也成为该地区提高钻井速度的可靠途径。

　　地层特点

　　胜利油田海域埕北区块地层各层厚度大约为平原组350m，明化镇组1050-1250m，馆陶组1000-1200m，东营组1200m，沙河街组100m（未穿）。其中平原组地层岩性为灰黄色、棕红色粘土及流砂层，地层极软、可钻性强；明化镇组地层岩性为棕红色泥岩为主夹薄层粉砂质泥岩、灰绿色粉砂岩、泥质粉砂岩不等厚互层，地层极软到中软，可钻性强；馆陶组地层岩性为棕红色灰绿色泥岩、灰白色砂砾岩互层，地层中软到软，可钻性强，底部砂砾岩对钻头有损坏作用；东营组地层上部岩性为浅灰色粉砂岩，细砂岩为主夹灰色泥岩不等厚互层，可钻性强，钻速低于以上地层，下部为厚层褐灰色泥岩，压实程度高，致密，颜色由灰色泥岩向深灰色泥岩过渡，地层硬到中硬，可钻性较差；沙河街组地层岩性为褐灰色灰质油泥岩夹薄层灰色泥质白云岩、白云质泥岩，地层硬到中硬，可钻性较差。

　　优快钻井技术原理分析

　　241.3mm井眼中钻具组合1：

　　¢241.3mmpdc ¢197mm螺杆 ¢177.8mm无磁钻铤 ¢241mm扶正器 ¢177.8mm钻铤11根 5"dp

　　钻具组合2：

　　¢241.3mmpdc ¢197mm螺杆（单弯0.75度） ¢177.8mm无磁钻铤 ¢241mm扶正器 ¢177.8mm钻铤11根 5"dp

　　2.1 pdc钻头快速钻进技术

　　pdc钻头破碎岩石的作用机理与牙轮钻头相比有着本质上的不同，它完全是靠吃入、剪切破岩方式破碎地层而不是靠滚动、撞击破岩，因此钻头的切削速度与转速成正比关系，而钻压对其切削速度影响不大。也就是说pdc钻头适合于在较高转速低钻压条件下作业，因为在转盘钻井中随着井眼的加深，大部分的井段只能采用60～80转/分的转速钻进，所以仅靠转盘不能充分发挥pdc钻头的作用。而螺杆钻具的高转速，可以为pdc钻头提高切削速度提供井下动力保障，因此螺杆钻具配合钻头可以大幅度地提高机械钻速。并且高转速、小钻压、钟摆钻具，可以有效地防止井斜；钻具组合2使用单弯螺杆钻具产生的偏心钟摆钻具效果，配合pdc钻头在复合钻进时，防斜、纠斜效果较好，确保井身质量合格。

　　2.2 防斜打直技术

　　钻具组合2在井下工作时，属于一个偏轴的钟摆钻具组合，受动态轴向力、横向力（离心惯性力）、弯矩、扭矩和钻井液阻力联合作用的涡动系统，符合偏轴钻具的工作原理。施加钻压变形后的钻具组合在井眼内做稳定的弓形回旋运动，以至钻头均等切削井壁四周，形成了较大的降斜力，可以在倾斜地层中克服较大的地层力而达到纠斜目的。该钻具组合在旋转时会产生较大的离心力，保证稳定的公转效应。同时，当钻具组合的“重边”从井眼上侧转向井眼下侧时，“重边”下落，带动钻头对井眼下侧产生一个冲击力，该力将部分抵消井底岩石的造斜趋势，能够达到防斜打直的效果，适用于地层倾角较大的区块快速钻进。

　　现场应用效果

　　3.1 优选pdc钻头

　　针对胜利油田桩西区块的特点上部明化镇组和馆陶组井段属于软和中软地层，考虑到馆陶组下部砂砾层对pdc钻头有损坏作用，因此选用价格相对较低的钻井院产大直径、双复合片的四刀翼或五刀翼pdc钻头，选用型号为p273m和p266m、p5363s钻头试验，一趟钻钻穿明化镇组和馆陶组至东营组钻时变慢陡增时起钻换钻头，此钻头吃入地层多，机械钻速快，且价格便宜，有良好的经济技术指标；东营组和沙河街组属于硬和中硬地层，选用川石、深远、best产的小直径、单复合片六刀翼、七刀翼pdc钻头加螺杆钻具复合钻进，此钻头牙翼多，能够吃入地层，保径效果好。

　　3.2 优选钻井参数

　　在241mm井眼中使用197mm螺杆钻具复合钻进时，推荐钻压20-100kn，顶驱转速60-80转/分，推荐排量35l/s；泵压选择要考虑螺杆钻头水眼压降要求，尽量提高泵压，保证钻头的水马力，提高水力破岩和清洗井底效果，推荐泵压18-20mpa。

　　3.3 应用实例

　　埕北42井、埕北326井、埕北327井是预探井、直井，设计井深分别为3950m、3650m和3950m，位于渤海湾埕北海域，构造位置位于埕北凹陷北部陡坡带，钻探目的是了解埕北凹陷北部第三系含油情况，主要目的层为东营组和沙河街组兼探明化镇组、馆陶组。

　　在cb42和cb326井二开241mm井眼中使用钻具组合2；考虑到该区块地层倾角小，在cb327二开241mm井眼中使用钻具组合1，井斜、全角变化率、井底位移均合格，井眼轨迹控制光滑。

　　在东营组和沙河街组选用合适的pdc钻头，是整口井提高机械钻速的关键，cb327井优选深远df1606u和df1307u钻穿东营组至完钻井深，有效的提高了机械钻速，减少了起下钻时间，井深比cb326深300m的情况下，全井机械钻速19.20m/h比cb326井9.83m/h提高95.32%，钻井周期缩短13.47天。而在cb42中选用了不适合该区块东营组和沙河街组地层的pdc钻头，机械钻速反而不如cb34和cb326井使用牙轮钻头机械钻速高。

　　认识和建议

　　1、利用钟摆钻具组合的防斜特点，结合井下动力钻具高转速的特性，加上长寿命、高转速的pdc钻头，辅之以顶驱/转盘钻进，是目前中深井防斜打快的较常用技术，应用该技术既能解决井斜问题，又可以大幅度提高钻速，是降低钻井综合成本的有效的途径之一。

　　2、在胜利油田海域埕北区块，找出适合在东营组及沙河街组地层钻进的pdc钻头是提高该区块机械钻速的关键所在，如果pdc钻头不能吃入地层，pdc钻头只能以研磨的方式破岩，其破岩效率大大降低，随之钻进速度也大大降低。在cb328井的钻进中将试验用单只深远df1307u型pdc钻头钻穿东营组，钻至完钻井深，减少起下钻时间，缩短钻井周期。

　　3、在钻进过程中，使用试钻法寻找合适的钻井参数和水力参数可以提高机械钻速，在cb328井中，将进一步优化钻头水力参数，提高井底清洁能力，并形成配套的区域化钻井模式，带动该地区中深井钻井速度的整体提高。

　　4、使用pdc钻头钻进，就保护好pdc钻头，防止pdc钻头的初期破坏，在pdc下到井底时和正常钻进前，必须先井底造型，在硬到中硬地层中应用“递增钻压井底造型法”，加快造型速度，保护pdc钻头，提高进尺工作时效。

　　5、采用螺杆钻具配合pdc钻头方式钻进应严格遵守螺杆钻具的使用规程否则会损伤其寿命。