江蘇油田地層PDC鉆頭個性化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

江蘇油田地處水網(wǎng)地帶，地面條件差，地下構(gòu)造復(fù)雜，斷層繁多，屬復(fù)雜小斷塊油田。地層中含有大段的泥巖，分散性強(qiáng)、容易泥包鉆頭，給使用PDC鉆頭帶來限制，給提高機(jī)械鉆速、節(jié)約時(shí)效、降低鉆井成本造成很大的難度。江蘇油田從常規(guī)定向井、叢式井到大斜度井與水平井，井身質(zhì)量要求越來越高，因此，容易造成摩阻增大，容易出現(xiàn)鍵槽，易形成巖屑床，使得施工難度越來越大，2005－2007年平均鉆機(jī)月速度2467m/臺月。通過研究攻關(guān)，形成了適合于江蘇油田的地層可鉆性預(yù)測技術(shù)。研制出了個性化高效鉆頭，使江蘇油田地層的鉆井速度比同一區(qū)塊最高機(jī)械鉆速提高了約7%以上，縮短了鉆井周期，降低了鉆井成本，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
　　江蘇油田地層可鉆性分析
　　 利用實(shí)鉆巖心對硬度和可鉆性級值進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)(表1)，巖心分別取自各井阜寧組層位的巖樣。
　　 表1 江蘇油田地層巖石硬度和可鉆性室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
　　
　　
　　 由表1可知，江蘇油田阜寧組地層巖石可鉆性級別分為2-4級，巖石硬度為262-733MPa，根據(jù)國內(nèi)硬度分級分為2-4級，屬于軟到中軟地層。
　　通過統(tǒng)計(jì)分析，地層可鉆性與聲波時(shí)差的關(guān)系模型為：
　　
　　
　　 其中：-巖石可鉆性級值，無量綱；
　　
　　
　　 同理得到硬度與聲波時(shí)差的關(guān)系模型為：
　　
　　
　　 其中：-巖石硬度值，MPa；
　　 利用已完鉆井測井資料對江蘇油田地層可鉆性規(guī)律進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明其地層可鉆性級別達(dá)1-6級，該泥巖地層屬于軟到中地層，而且，巖性不均質(zhì)性極強(qiáng)，這就要求鉆頭應(yīng)具有較好的抗泥包能力[1]。
　　2. 個性化高效PDC鉆頭設(shè)計(jì)
　　 從江蘇油田的地層巖性來看，主要以砂泥巖為主，地層有大段泥巖，分散性強(qiáng)、容易泥包鉆頭。根據(jù)前面計(jì)算的巖石可鉆性結(jié)果可知，江蘇油田地層屬于軟到中地層。優(yōu)選適用于軟地層到中軟夾層鉆進(jìn)，采用深內(nèi)錐、低密度布齒設(shè)計(jì)[3-4]。利用PDC鉆頭優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，對布齒數(shù)量、各切削齒位置和傾角進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[2]，使鉆頭具有針對江蘇油田地層的個性化特征。表1為個性化鉆頭的主要切削結(jié)構(gòu)特征和設(shè)計(jì)參數(shù)。
　　 表1個性化鉆頭的切削結(jié)構(gòu)特征和設(shè)計(jì)參數(shù)
　　
　　
　　現(xiàn)場試驗(yàn)效果
　　 根據(jù)不同的地層情況，推薦的鉆頭類型及參數(shù)，應(yīng)用于莊13－15井，該井根據(jù)鄰區(qū)塊的地層特性，為中軟地層。根據(jù)地層可鉆性級值分析，選用了由江漢鉆頭廠生產(chǎn)的四刀翼PDC鉆頭，同新型連續(xù)導(dǎo)向單彎雙穩(wěn)鉆具組合相配合，有效地提高了該井的施工速度（表2、表3）。
　　 表2 莊13－15鉆頭使用情況表
　　
　　
　　 表3 FL1654M(四刀翼)鉆頭經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對比表
　　
　　
　　 從上表可以看出：在井型、鉆具組合、鉆進(jìn)參數(shù)基本相同的情況下，四刀翼PDC鉆頭比五刀翼PDC鉆頭機(jī)械鉆速有較大幅度的提高。
　　結(jié)論
　　 (1)江蘇油田地層可鉆性級別為1-6級，硬度為169~733MPa，屬于軟到中地層，要求鉆頭具有較強(qiáng)抗泥包能力。
　　 (2)根據(jù)地層可鉆性分析，通過個性化鉆頭設(shè)計(jì)和室內(nèi)試驗(yàn)，證實(shí)江蘇油田地層可以使用PDC鉆頭鉆進(jìn)，并能顯著地提高其機(jī)械鉆速和單只鉆頭鉆進(jìn)進(jìn)尺。
　　 (3) PDC鉆頭切削齒的選擇、切削結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是泥巖地層個性化高效鉆頭設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
　　 (4) FL1654M型個性化鉆頭較好地適應(yīng)了江蘇油田泥巖地層特點(diǎn)，機(jī)械鉆速和單只鉆頭進(jìn)尺均取得較好效果，為加快江蘇油田勘探和開發(fā)提供了重要的技術(shù)支持。