pdc钻头在中深井中的应用 -全讯官网

前言

　　中深井[1]主要是指井深在1500米-3500米之间，其技术难点主要有：1、直井段难以控制井斜，直井段井斜超标，加大斜井段难度；2、稳斜段长，井身轨迹难以控制，易出现井下复杂情况及后期施工困难；3、使用牙轮钻头其寿命短，起下钻次数多，难以缩短钻井周期，且起下钻次数多易造成井下复杂情况。因此选择适合地层的钻头及钻具组合以增加纯钻进时间，减少起下钻时间，从而缩短钻井周期。

　　一、 pdc钻头的性能机理

　　1.pdc钻头的材料

　　与牙轮钻头的不同之处是pdc钻头没有运动部件。pdc钻头的胎体可用钢和碳化钨两种材料来制造。钢体pdc钻头[2]的主要缺点是抗冲蚀性能不如混合体钻头，钢体钻头一般用于钻软到中等研磨性地层和钻大井眼。

　　pdc钻头的技术进步：首先是采用了抗研磨性和抗冲击性更好的人造金刚石材料；其次是聚晶金刚石薄片与碳化钨圆片接触面的几何形状也有了改进；pdc钻头的热稳定极限也由原先的700℃提高到1150℃。

　　2.切削机理

　　pdc钻头的破岩机理是剪切。钻头的剪切作用在破岩时起主要作用，而牙轮钻头的破岩机理为冲击压碎，岩石的抗压强度约是抗剪强度的3倍，因此剪切破坏比压碎容易。

　　3.稳定性

　　pdc钻头的稳定性对钻井效率来说是极其重要的因素。抗涡旋和降摩擦保径块等技术的应用使pdc钻头更加稳定。pdc钻头水马力、切削件和动态稳定性的改进导致pdc钻头的机械钻速和寿命大幅度增长。

　　二、 优选钻头及钻具组合提高机械钻速

　　中深井井深一般在1500米-3500米，完钻层位一般在沙河街组，岩性较单一，复杂地层较少。下面以济阳坳陷东营凹陷滨南-利津断裂带区块所钻的几口井为例论述分析。

　　一开钻具组合：ф346.1牙轮钻头 177.8mm钻铤（3柱） 127mm钻杆，表层井深在200-250米之间。

　　二开钻具组合为：ф215.9pdc钻头（四翼） 177.8mm无磁dc（1根） 177.8mmdc（6根） 127mm加重钻杆dp 127mm普通钻杆或采用pdc钻头 直螺杆钻井模式，二开快速钻进采用二档车，钻压3-4吨，机房转速1250转/分钟，进入东营组之前改为小循环及时处理钻井液，一般钻进至造斜点或东营底进入沙一段起钻换钻头。

　　定向段钻具组合：如果造斜点在东营组或东营组之上可以先用hj517牙轮钻头定向，钻具组合为：ф215.9牙轮钻头（hj517） 172mm动力钻具 （1根） 回压凡尔 定向接头 158mm无磁dc （1根） 127mm加重钻杆（5-6柱） 127mmdp。进入沙一段或井斜达到设计井斜起钻换钻具结构为：ф215.9pdc（五翼） 172mm动力钻具 （1根） 208mm欠尺寸扶正器 回压凡尔 定向接头 158mm无磁dc （1根） 127mm加重钻杆（5-6柱 ） 127mmdp。

　　三、 应用实例分析

　　施工的滨64-斜55、滨64-斜56、利33-斜82井都位于济阳坳陷东营凹陷滨南-利津断裂带区块。

　　由以上三口井可以看出，pdc钻头的纯钻进时间长，在滨64-斜55井单只pdc钻头纯钻进时间81小时，节省了起下钻时间，从而大大提高机械钻速，缩短钻井周期。滨64-斜56井和利33-斜82井，在沙二段定向钻进机械钻速均达到15米/小时以上。滨64-斜55井完钻井深2465米，水平位移313.62米，钻井周期仅用8天4小时。

　　利33-斜82井稳斜段下入pdc钻头 动力钻具 欠尺寸扶正器稳斜稳斜钻具组合，钻压4-6吨复合钻进，1751-2202米井斜数据如下表：

　　从表中全角变化率可以看出这套稳斜钻具很好的控制了井斜方位。

　　结论

　　1、选择合适的井段使用pdc钻头，能够有效的提高机械钻速，降低钻井成本，提高经济效益。

　　2 、pdc钻头在深井应用，能大大的减少起下钻次数，安全系数大，没有掉牙轮风险，事故发生率小。

　　3、在东营、沙河街组易斜井段下入pdc钻头，采用小钻压高转速钻穿该井段，能有效的控制井斜。

　　4、选择适合地层的钻头可以提高机械钻速，减少起下钻次数，缩短建井周期，节约钻井成本。