PCD及PDC鉆頭在石油鉆井中的應(yīng)用

　　PCD鉆頭即金剛石聚晶鉆頭，PDC鉆頭即金剛石復(fù)合片鉆頭，兩者在硬度上很大，因此目前在石油鉆井的硬地層中得到了十分廣泛的應(yīng)用。在應(yīng)用PCD及PDC鉆頭對硬地層復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的石油鉆井時，雖然具備諸多優(yōu)勢，但在一些特殊的地質(zhì)環(huán)境中卻并不適用，因此對PCD及PDC鉆頭在石油鉆井中的應(yīng)用展開分析具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。基于此，文章重點(diǎn)就PCD及PDC鉆頭在石油鉆井行業(yè)中的應(yīng)用分四個部分展開了分析，提出了一些可供參考的觀點(diǎn)和建議，以下是具體內(nèi)容。
　　PCD及PDC鉆頭在石油鉆井應(yīng)用的特點(diǎn)
　　PCD鉆頭采用的是金剛石聚晶模式，在聚晶過程中采用的是黑色金屬線和有色金屬線材料，和一般的硬質(zhì)合金拉絲模相比，其在耐用度上提升了數(shù)百倍。因此，PCD鉆頭在使用鉆井中應(yīng)用的主要優(yōu)勢，即在保障硬度的前提下耐用性極高。目前鈷是最為常用的一種PCD鉆頭結(jié)合劑，其具有強(qiáng)度高、耐磨性好等諸多優(yōu)勢，同時拉絲的成本也很低，十分適用于石油鉆井作業(yè)中。
　　PDC鉆頭的優(yōu)點(diǎn)主要集中于鉆頭結(jié)構(gòu)簡單和耐磨性高兩點(diǎn)上。PDC鉆頭所采用的人造金剛石，其比硬質(zhì)合金的耐磨性更高，在鉆頭構(gòu)成上，切削齒是其主要部件，在工作中無需鉆頭自身鉆頭，因此PDC鉆頭也被稱作固定式探頭。在PDC鉆頭的使用早期，主要是在一些軟頁巖層中使用，而隨著PDC鉆頭在性能和結(jié)構(gòu)上的不斷優(yōu)化。目前PDC鉆頭已經(jīng)可以在?L段中硬巖地層和硬夾層中使用。此外，PDC鉆頭還有高針對性的優(yōu)勢，可根據(jù)鉆進(jìn)地層的各區(qū)塊地質(zhì)特征以及地層的深度采用針對性的鉆進(jìn)工藝，選擇更為合理的鉆進(jìn)方案[1]。
　　PCD及PDC鉆頭應(yīng)用于石油鉆井中的適用地質(zhì)環(huán)境
　　PCD及PDC鉆頭在石油鉆井作業(yè)的使用中，并不是所有的地質(zhì)環(huán)境都可以發(fā)揮出最大的使用效果，在具體的使用過程中也需要基于不同的地質(zhì)環(huán)境選擇不同的PCD及PDC鉆頭類型。具體而言，主要包括以下幾點(diǎn)因素：其一為巖石粒徑，PCD及PDC鉆頭在鉆進(jìn)的過程中采用的是切削破巖的范式，因此巖性的粒度越大導(dǎo)致鉆頭的磨損越高，而對于松軟的地層，巖石的粒徑越大，轉(zhuǎn)速卻越快；其二為巖石塑性，塑性越大則轉(zhuǎn)速越低，如果同時地層的硬度還很大，則轉(zhuǎn)速更低；其三為巖石硬度，硬度越大則轉(zhuǎn)速越低，對于高等硬度的地層，PCD及PDC鉆頭并不適用；其四為鉆頭比壓，比壓越高則轉(zhuǎn)速越高。綜上，PCD及PDC鉆頭適用于中等硬度及以下、塑性較低、粒徑較小且鉆頭比壓大的地質(zhì)環(huán)境，相反則不適用。對于實(shí)際的油田，則可以根據(jù)油田地層的具體每一個參數(shù)的實(shí)際情況進(jìn)行具體調(diào)整和型號的選擇。
　　PCD及PDC鉆頭在石油鉆井中應(yīng)用參數(shù)選擇
　　文章以北方某一油田為例，其地質(zhì)環(huán)境十分復(fù)雜，沉積巖為主要巖性，硬度較大且粒徑較大，粗砂巖分布密度高，因此對于鉆頭的磨損十分嚴(yán)重。PCD及PDC鉆頭在鉆進(jìn)的過程中是以破巖為主要方式，在面對硬度和密度過大的巖石時，本身也會受到損耗。因此，面對此類石油鉆井地層，則適合選擇耐磨性更高的刮刀式翼狀結(jié)構(gòu)PDC鉆頭，提升鉆進(jìn)的效率，并降低對鉆頭的損耗。
　　具體而言，在石油鉆井PCD及PDC鉆頭的翼數(shù)確定參考因素下，將翼數(shù)提升，可以提升PCD及PDC鉆頭在鉆進(jìn)過程中的穩(wěn)定性，同時在耐磨性上也較好，因此如果鉆進(jìn)地層的硬度較高，且粒徑較小情況下適合選擇多翼鉆頭。相反的如果鉆進(jìn)地層的硬度較低，但是塑性大，且粒徑較大，則更加適用于少翼鉆頭。此外因?yàn)樵撚吞飳儆谔妓猁}巖地層，因此在粒度上較為固定，多以塑性和硬度作為PCD及PDC鉆頭選擇的參考因素。如果在碳酸鹽巖中的泥巖含量較大，導(dǎo)致地層的塑性較強(qiáng)，則PCD及PDC鉆頭并不適用；如果泥巖較少脆性較大則PCD及PDC鉆頭使用。如果硬度過高則需要選擇肩部加強(qiáng)和保頸的PCD及PDC鉆頭。
　　PCD及PDC鉆頭在石油鉆井中的應(yīng)用效果與前景 　

  　 PCD及PDC鉆頭在石油鉆井中的應(yīng)用效果
　　以文章背景油田為例，在通過上文的PCD及PDC鉆頭參數(shù)選擇分析后，選擇刮刀式翼狀結(jié)構(gòu)PDC鉆頭，一共累積鉆進(jìn)110次，使用刮刀式翼狀結(jié)構(gòu)PDC鉆頭80只，總共累積鉆進(jìn)深度56324.21m，平均鉆進(jìn)速度9.64m/h，累積鉆進(jìn)時間5841h，平均單只鉆頭鉆進(jìn)深度達(dá)到704m。在刮刀式翼狀結(jié)構(gòu)PDC鉆頭的應(yīng)用效果上，和一般的牙輪鉆頭相比，鉆速上提升了55%以上，在每節(jié)純鉆進(jìn)時間上達(dá)到3500h，其中有效縮短石油鉆井時間420h左右，增加鉆進(jìn)的深度超過32000m。此外因?yàn)檎w鉆進(jìn)時間的縮短，因此在鉆井過程中使用的鉆井油也大幅度降低，該油田在使用刮刀式翼狀結(jié)構(gòu)PDC鉆頭作為油田鉆井鉆頭后，全年經(jīng)濟(jì)效應(yīng)達(dá)到了2000萬元，在整體的油田開采行業(yè)內(nèi)都取得了十分豐碩的成績。這一成績也充分說明了PCD及PDC鉆頭在石油鉆井中的應(yīng)用較之一般常規(guī)鉆頭所具有的優(yōu)異成績，值得我國油田開采行業(yè)廣泛使用[2]。
　　5.2 PCD及PDC鉆頭在石油鉆井中的應(yīng)用前景
　　因?yàn)楝F(xiàn)階段PCD及PDC鉆頭所具備的諸多優(yōu)勢，在石油鉆井作業(yè)的進(jìn)行過程中，得到了十分廣泛的應(yīng)用。但是不可回避的是在PCD及PDC鉆頭的使用過程中也逐漸出現(xiàn)一些問題，而面對這些問題則需要石油鉆井和PCD及PDC鉆頭開發(fā)兩個領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員共同進(jìn)行研發(fā)攻克。石油被稱作工業(yè)的血液，雖然近幾年世界的石油需求較為疲軟，但是隨著工業(yè)4.0的不斷推進(jìn)，以及全球居民汽車擁有量的不斷增加，可預(yù)期在未來的很長一段時間內(nèi)人類難以擺脫對石油的依賴，甚至?xí)痊F(xiàn)在的需求更高。因此，石油鉆井作為石油化工行業(yè)中的重要環(huán)節(jié)，本身也在未來的大趨勢上，呈現(xiàn)出需求提升、要求提升的雙趨勢。對于石油鉆井中的PCD及PDC鉆頭而言，則在性能的要求上也會更高。從這一層面上觀察，未來PCD及PDC鉆頭在石油鉆井中的應(yīng)用，一方面會呈現(xiàn)出需求提升的前景，另一方面也會呈現(xiàn)出要求提高的態(tài)勢，需要相關(guān)人員在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上繼續(xù)研發(fā)創(chuàng)新，不斷提升PCD及PDC鉆頭的性能，以符合未來石油鉆井對鉆頭性能的要求[3]。
　　結(jié)語
　　綜上所述，PCD鉆頭（金剛石聚晶鉆頭）及PDC鉆頭（金剛石復(fù)合片鉆頭）在硬度上極大，且具有很好的耐磨性及耐用性等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前在石油鉆井行業(yè)中得到了十分廣泛的應(yīng)用。但同時也要注意，在將PCD及PDC鉆頭應(yīng)用于油田鉆井作業(yè)中時，也需要基于油田的實(shí)際地質(zhì)環(huán)境選擇具體的型號，以起到保護(hù)鉆頭和提升使用效果的目的[4]。此外，隨著石油工業(yè)的快速發(fā)展，在鉆井作業(yè)上的要求不斷提升，未來PCD及PDC鉆頭還需要在現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，進(jìn)行進(jìn)一步的研發(fā)，不斷提升性能降低成本，符合時代所需，促進(jìn)石油行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。