鉆井工程中鉆頭選型探析

　　鉆頭的類型在提高鉆頭使用效果方面有著重要的作用。這是因?yàn)殂@頭類型不同，鉆頭的性能就會(huì)存在區(qū)別，同一類型的鉆頭，鉆頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)不一樣，性能也會(huì)存在區(qū)別，甚至同一型號(hào)的鉆頭，廠家不一樣，鉆頭的性能也不一樣。確定哪一類的鉆頭，同類的鉆頭應(yīng)確定何種型號(hào)的鉆頭，同一種型號(hào)的鉆頭應(yīng)確定哪個(gè)廠家的鉆頭，與鉆井速度以及鉆井所支出的成本都有著密切的聯(lián)系[1]。正因?yàn)槿绱耍疚膶?duì)鉆井工程中鉆頭的選型進(jìn)行深入的探討。
　　1 鉆頭選型的依據(jù)與原則
　　鉆頭選型的依據(jù)包括地層條件、鉆井方式、軌跡控制、井眼尺寸以及地質(zhì)設(shè)計(jì)要求等等。以鉆頭選型中所依據(jù)的地層條件為例，所鉆地層的巖石所具有的機(jī)械力學(xué)方面的特性對(duì)鉆頭選型都有一定的影響。又如軌跡控制，是造斜還是穩(wěn)斜等等。
　　在鉆井工程中，鉆頭選型的原則主要應(yīng)滿足功能性、經(jīng)濟(jì)性以及最小比能三個(gè)原則。功能性指的是在石油以及天然氣的開(kāi)發(fā)過(guò)程中由于井眼軌跡以及井身質(zhì)量等方面的要求不同，進(jìn)而對(duì)所選用的鉆頭存在著特定功能性要求的情況，如穿夾層性能。經(jīng)濟(jì)性指的是在鉆頭選型中應(yīng)堅(jiān)持以鉆頭每平米成本最低為原則，在選型的過(guò)程中應(yīng)綜合分析鉆頭成本以及鉆機(jī)運(yùn)行成本等等，該原則是鉆井工程中鉆頭選型中通常必須遵守的首要選擇[2]。除此以外，在鉆井工程中鉆頭選擇中還應(yīng)貫徹最小必能原則，該原則指的是鉆頭從井底地層上鉆到單位體積巖石所做的功應(yīng)是最小的，也就是說(shuō)鉆頭的比能越低說(shuō)明鉆頭的破巖效率則越高，所選擇的鉆頭的使用效率也越好。
　　2 鉆井工程中鉆頭選型方法分析
　　在鉆井工程中，鉆頭本身是在不同的地層巖石特性條件下進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆頭在使用過(guò)程中強(qiáng)調(diào)的是鉆井效益與鉆頭鉆進(jìn)效果都是最優(yōu)的。從現(xiàn)有的鉆井工程中鉆頭的選型方法來(lái)看，首先，以地層條件、鉆井方式、井眼的軌跡控制要求、井眼本身的尺寸與地質(zhì)要求等來(lái)確定合適的鉆頭使用類型。其次，以地層條件與鉆頭所具有的特性為基礎(chǔ)確定鉆頭的選擇型號(hào)。最后，對(duì)在同一個(gè)地層所使用的不同類型與不同型號(hào)的鉆頭，以單位進(jìn)尺成本當(dāng)做評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)鉆頭類型與型號(hào)進(jìn)行優(yōu)選。目前在PDC鉆頭選型方面所用的新方法有巖石力學(xué)參數(shù)分析法、通用選型法以及數(shù)字化鉆頭仿真分析法等[3]。以通用選型法為例，該方法在鉆頭選型中第一步是通過(guò)模糊優(yōu)選理論的應(yīng)用來(lái)構(gòu)建模糊優(yōu)選模型，用該模型來(lái)進(jìn)行相似層位的優(yōu)選，進(jìn)而通過(guò)經(jīng)濟(jì)效益指數(shù)法的應(yīng)用對(duì)相似層位的鉆頭所具有的性能實(shí)施評(píng)價(jià)。最終確定鉆頭選型結(jié)果。通用選型法在使用中不受區(qū)域限制，同時(shí)避免了由于常規(guī)的依據(jù)地質(zhì)分層或者鉆井經(jīng)驗(yàn)實(shí)施層位相似判斷存在的不足，因而有著良好的實(shí)用性。
　　3 鉆頭工程中鉆頭選型實(shí)例
　　鉆井工程中鉆頭選型所面臨的情況是多元化且復(fù)雜化的，這就決定了具體的鉆頭選型中，需要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)確定鉆頭的選型[4]。為了進(jìn)一步說(shuō)明該問(wèn)題，本文以鎮(zhèn)涇油田的鉆頭選型為例進(jìn)行論述。
　　從鎮(zhèn)涇油田在地層與巖性方面所具有的特點(diǎn)出發(fā)，在該區(qū)域塊的施工多數(shù)采用的是PDC鉆頭。換句話說(shuō)，是否確定出合適的PDC鉆頭是有效提高機(jī)械鉆速的核心。從該區(qū)域PDC鉆頭出現(xiàn)損壞的原因來(lái)看，主要是因?yàn)樵搮^(qū)域的地層中存在著礫石因?yàn)榘捕ńM下部與直羅組底部中有著較多的含礫粗砂巖，當(dāng)鉆頭在遇到這些區(qū)域的地層時(shí)，鉆頭所產(chǎn)生的磨損就會(huì)非常嚴(yán)重，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)崩片與碎裂等方面的情況，進(jìn)而導(dǎo)致鉆頭在鉆井工程應(yīng)用的先期就出現(xiàn)了損壞。同時(shí)，鉆頭在不斷的鉆井中，遭遇地層硬夾層比較多，鉆頭在由軟地層鉆至到硬夾層時(shí)，期冠部輪廓結(jié)構(gòu)的形狀就會(huì)導(dǎo)致鉆頭不同部位的切削齒接觸地層的硬度存在一定的區(qū)別，進(jìn)而導(dǎo)致鉆頭中不同部位的切削齒在切削地層時(shí)會(huì)存在受力不均的情況，導(dǎo)致蹩鉆等情況的出現(xiàn)，尤其是在對(duì)硬地層中的硬質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行切削時(shí)，瞬時(shí)載荷能夠?qū)е虑邢鼾X出現(xiàn)碎裂。除此以外，鉆頭水力參數(shù)本身與使用PDC鉆頭存在不合理的情況下，如果比水功率選擇存在過(guò)大的情況，鉆頭體就容易導(dǎo)致受到嚴(yán)重的沖蝕，造成切削齒或者噴嘴脫落的問(wèn)題。
　　結(jié)合該區(qū)域鉆頭使用的情況，依據(jù)前文所論述的鉆頭選型的依據(jù)與原則，結(jié)合在鉆井工程中鉆頭選型的方法，通過(guò)對(duì)該區(qū)域地層條件、鉆井方式、井眼的軌跡控制要求等進(jìn)行分析，尤其關(guān)注區(qū)域地層條件與鉆頭所具有的特性，得出應(yīng)選用鋼體斜刀翼深水槽型PDC鉆頭，該鉆頭適合在該區(qū)域推廣使用。因?yàn)樵搮^(qū)域內(nèi)探井較多，同時(shí)設(shè)計(jì)井深的狀況為較淺，起下鉆一次時(shí)間相對(duì)來(lái)說(shuō)也較短，因而應(yīng)在不同的地層確定不同型號(hào)的PDC鉆頭，這樣可以有效的預(yù)防單只鉆頭出現(xiàn)不必要磨損，進(jìn)而提高單只鉆頭使用效率，降低鉆頭選型所耗費(fèi)的成本支出。而對(duì)于已經(jīng)出先期磨損的鉆頭，如果鉆頭的保徑齒還能滿足使用的要求，就可以通過(guò)返廠修復(fù)的方式進(jìn)行有效利用。
　　綜上所述。鉆井工程中鉆頭選型本身是一個(gè)系統(tǒng)化的動(dòng)態(tài)工程[5]。這就決定了工作人員應(yīng)不斷的提高自身的專業(yè)知識(shí)與實(shí)踐技能，同時(shí)有效的結(jié)合所在區(qū)域的實(shí)際情況，確定合理的鉆頭型號(hào)，只有這樣才能有效的提升鉆井工程的工作效率。