定向井PDC鉆頭的發(fā)展趨勢

隨著技術的發(fā)展，現(xiàn)在的定向工具和儀器已經(jīng)很發(fā)達，現(xiàn)在定向鉆井是用的是軍事上的導彈導航技術，地面控制井下鉆頭往期望的方位鉆進，也就是簡單的可以理解為想在那里打井工程師都可以幫助你實現(xiàn)。例如這塊地方地下有油，但是地面是居民區(qū)不可能在居民區(qū)里鉆井，那就從附近對環(huán)保要求不高的地方打井，定向工程師可以引導鉆頭準確鉆到你所需要的油層靶點，順利采油。或者地下好幾個臨近的地方都有油，每個地方打一口井成本太高，定向工程師可以通過打一口水平井把這幾個油層貫穿，同時采油。又或者在大海邊緣淺水大陸架地下有油，可是在水面上搭建鉆井平臺成本過高（通常以億計算），定向工程師可以通過在附近的陸地打一口大位移水平井，實現(xiàn)海上油田陸地開采，大大節(jié)約成本。技術的發(fā)達不僅給人們的生活帶來了改變，更給掌握這門技術的工作人員帶來了便利，不但可以節(jié)約開支，更可以給人們的生活帶來了本質(zhì)性的變革。
　　一、定向井的現(xiàn)狀
　　2012年6月，蛟龍?zhí)栐谔窖蟪晒ο聺撝?062米，讓中國人在遠洋探索中獲得了新的成功。2013年，在中石油西部鉆探工程有限公司，一個號稱“地下蛟龍?zhí)枴钡脑O備―“定向井儀器打撈送入裝置及控制系統(tǒng)”，為我國石油鉆探科技譜寫了新的篇章。
　　二、鉆頭的發(fā)展和應用
　　定向井技術是提高石油勘探開發(fā)效率有效的技術之一，而PDC鉆頭以其自身的性能優(yōu)勢，在定向井鉆井中發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著定向井PDC鉆頭的不斷發(fā)展與應用，在提高定向井鉆井的效率和質(zhì)量方面作用明顯。但是PDC鉆頭在定向井鉆井過程中，方位的偏移嚴重，為了提高鉆井的質(zhì)量，需要提高定向井PDC鉆頭鉆進趨勢的研究，通過對影響定向井PDC鉆頭鉆井的影響研究，提高定向井鉆井的效率。文章研究了定向井PDC鉆頭與地層的作用模型，分析影響PDC鉆頭鉆井趨勢的影響因素，提高了定向井鉆井的速度和質(zhì)量。
　　三、定向井PDC鉆頭的參數(shù)分析
　　影響定向井PDC鉆頭的因素很多，筆者就重點簡單的說下，地層之間的相互影響，就重點簡單的說下，地層間的相互作用是影響的影響因素較多，為了能夠表示地層巖石的定量參數(shù)，首先要對地層巖石的參數(shù)進行定量分析，地層各向異性參數(shù)就是地層巖石主要參數(shù)之一，由于地層巖石特殊的形成原因，地層巖石的強度和硬度在地層的各個方向上，具有不同數(shù)值，所以石油鉆井鉆遇的地層一般都會各個方向上存在區(qū)別，這就指的是地層的各向異性。在PDC鉆頭鉆進過程中，不但會存在鉆頭軸向鉆進的趨勢，同時也會存在著鉆頭側向鉆進的趨勢，PDC鉆頭這種在軸向和側向上鉆井趨勢的不同，就是PDC鉆頭的軸側方向鉆進的不同性能。在實際PDC鉆井過程中，鉆頭的設計一般都會側重于鉆頭的軸向鉆進，避免鉆頭側向鉆進的現(xiàn)象。定向井PDC鉆頭在實際鉆井中，主要存在著三種類型的側向力，首先是井下鉆具結構對于PDC鉆頭的側向力，其次是PDC鉆頭結構本身造成的側向力，第三是由于地層巖石結構的不同，而對鉆進鉆頭產(chǎn)生側向力。通過鉆頭對于地層巖石機械作用力的分析，以及鉆頭的井底的位移變化，經(jīng)過一定的坐標變換，考慮到PDC結構參數(shù)對于側向力的影響，最后在加上地層巖石的各向異性參數(shù)，就可以得到井底鉆頭與地層巖石之間相互作用的模型。通常情況下，在實際鉆井過程中鉆遇地層大多數(shù)都是非均質(zhì)的，不論地層的均質(zhì)性如何，而且即使是鉆頭軸側鉆指數(shù)相同，定向井井下鉆頭產(chǎn)生的合力的方向也不能完全和鉆頭的位移方向一致。鉆頭合力的方向總會和鉆頭位移的方向有一定的夾角，可以分析地層巖石的非均質(zhì)性對于PDC鉆頭力的影響。在進行力學分析時，地層受到的力僅僅為力的形式，而不是真實的力，這和實際機械作用力區(qū)別較大，在地層受力分析時，將地層的特性參數(shù)，轉(zhuǎn)換成力的表達形式，便于分析研究。地層巖石的力學性質(zhì)主要是有巖石的各向異性決定，在鉆井過程中才顯現(xiàn)出力的作用。通過對鉆頭結構參數(shù)的分析研究，可以得到水平井鉆井的鉆頭結構特性參數(shù)，將以上分析的特性參數(shù)帶入到鉆頭與巖石作用的模型中，從而可以得到相應鉆頭在實際工作中的側向力，進而可以確定定向井鉆井中，鉆頭的鉆進的方法。
　　四、影響定向井PDC鉆頭鉆進趨勢的因素研究分析
　　在定向井鉆井過程中，影響PDC鉆頭鉆進趨勢的因素很多，主要包括鉆頭上部的鉆具組合、鉆頭的形狀參數(shù)、地層巖石的性質(zhì)、實際鉆井的參數(shù)等。各因素對于影響鉆頭鉆進的作用機理不同，表現(xiàn)形式各種各樣。通過采用理論研究結合軟件分析的方式對影響鉆頭鉆進的因素進行了研究，當井下鉆具組合中扶正器的直徑增加時，對于鉆頭的井斜力具有一定的影響，但是不會造成較大的影響，通過分析可得扶正器直徑的增加，會加大井眼軌跡的斜率，但是對于鉆頭方位力的影響較小，所以在大斜度井鉆井中，不能只通過增加扶正器的直徑方法，來達到穩(wěn)定井眼斜度和方位的目的。
　　在PDC鉆頭結構方面，當PDC鉆頭的保徑齒長度加長時，鉆頭的井斜力始終向上，而數(shù)值的大小逐漸的減小，所以保徑齒的加長可以達到降低井斜的目的，所以在利用PDC鉆頭鉆定向井時，可以采用減小保徑齒長度的方法，來達到穩(wěn)定井眼斜度和方位的目的。在定向井鉆井參數(shù)方面，當鉆井的鉆壓增加時，鉆頭的井斜力始終向下，而數(shù)值也在逐漸的增加，因此鉆壓的增加會增加井斜，而且增加的幅度隨著鉆壓的增大而增大。而鉆頭的方位力則為零，所以在大斜度井鉆井中，鉆壓的增大可以增加井眼的斜率，同時可以穩(wěn)定井眼軌跡的方位。
　　當鉆頭的轉(zhuǎn)速增加時，井眼的斜度減小，可以達到井斜的目的。在定向井PDC鉆頭造斜的過程中，當鉆頭從較硬的地層轉(zhuǎn)到較軟地層時，鉆頭的鉆進方向會向軟地層偏移一定的距離。通過對影響定向井PDC鉆頭鉆進趨勢的因素研究，可以提高定向井鉆井的質(zhì)量和速度。
　　總之，PDC鉆頭在定向井鉆井中得到廣泛的應用，隨著定向井PDC鉆頭理論和技術的不斷發(fā)展，PDC鉆頭的使用會不斷的提升定向井鉆井的準確性和鉆井效率。定向井PDC鉆頭在工作時存在三種類型的側向力，鉆具結構產(chǎn)生的側向力，鉆頭結構本身產(chǎn)生的側向力和地層特性產(chǎn)生的側向力。通過對PDC鉆頭鉆進趨勢的因素研究，得到各因素對于PDC鉆頭鉆進趨勢的影響規(guī)律，可以更好的提高定向井鉆井的質(zhì)量和速度。