螺桿鉆具與PDC鉆頭的鉆井技術(shù)在深井中的應(yīng)用

　　海洋鉆井公司某鉆井平臺(tái)在勝利油田海域埕北區(qū)塊中深直井中，優(yōu)選PDC鉆頭，成功運(yùn)用螺桿鉆具配合PDC鉆頭優(yōu)快鉆井技術(shù)，在該區(qū)塊施工的CB327井完鉆井深3965m，平均機(jī)械鉆速、鉆井周期等均創(chuàng)該區(qū)塊同井深記錄；勝利鉆井院產(chǎn)P5363S型PDC鉆頭創(chuàng)該區(qū)塊單只PDC鉆頭單遞鉆進(jìn)尺最多記錄；深遠(yuǎn)DF1606U型PDC鉆頭創(chuàng)該區(qū)塊東營組機(jī)械鉆速最快記錄，螺桿鉆具配合PDC鉆頭優(yōu)快鉆井技術(shù)也成為該地區(qū)提高鉆井速度的可靠途徑。

　　地層特點(diǎn)

　　勝利油田海域埕北區(qū)塊地層各層厚度大約為平原組350m，明化鎮(zhèn)組1050-1250m，館陶組1000-1200m，東營組1200m，沙河街組100m（未穿）。其中平原組地層巖性為灰黃色、棕紅色粘土及流砂層，地層極軟、可鉆性強(qiáng)；明化鎮(zhèn)組地層巖性為棕紅色泥巖為主夾薄層粉砂質(zhì)泥巖、灰綠色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖不等厚互層，地層極軟到中軟，可鉆性強(qiáng)；館陶組地層巖性為棕紅色灰綠色泥巖、灰白色砂礫巖互層，地層中軟到軟，可鉆性強(qiáng)，底部砂礫巖對鉆頭有損壞作用；東營組地層上部巖性為淺灰色粉砂巖，細(xì)砂巖為主夾灰色泥巖不等厚互層，可鉆性強(qiáng)，鉆速低于以上地層，下部為厚層褐灰色泥巖，壓實(shí)程度高，致密，顏色由灰色泥巖向深灰色泥巖過渡，地層硬到中硬，可鉆性較差；沙河街組地層巖性為褐灰色灰質(zhì)油泥巖夾薄層灰色泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥巖，地層硬到中硬，可鉆性較差。

　　優(yōu)快鉆井技術(shù)原理分析

　　241.3mm井眼中鉆具組合1：

　　￠241.3mmPDC+￠197mm螺桿+￠177.8mm無磁鉆鋌+￠241mm扶正器+￠177.8mm鉆鋌11根+5"DP

　　鉆具組合2：

　　￠241.3mmPDC+￠197mm螺桿（單彎0.75度）+￠177.8mm無磁鉆鋌+￠241mm扶正器+￠177.8mm鉆鋌11根+5"DP

　　2.1 PDC鉆頭快速鉆進(jìn)技術(shù)

　　PDC鉆頭破碎巖石的作用機(jī)理與牙輪鉆頭相比有著本質(zhì)上的不同，它完全是靠吃入、剪切破巖方式破碎地層而不是靠滾動(dòng)、撞擊破巖，因此鉆頭的切削速度與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，而鉆壓對其切削速度影響不大。也就是說PDC鉆頭適合于在較高轉(zhuǎn)速低鉆壓條件下作業(yè)，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)盤鉆井中隨著井眼的加深，大部分的井段只能采用60～80轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，所以僅靠轉(zhuǎn)盤不能充分發(fā)揮PDC鉆頭的作用。而螺桿鉆具的高轉(zhuǎn)速，可以為PDC鉆頭提高切削速度提供井下動(dòng)力保障，因此螺桿鉆具配合鉆頭可以大幅度地提高機(jī)械鉆速。并且高轉(zhuǎn)速、小鉆壓、鐘擺鉆具，可以有效地防止井斜；鉆具組合2使用單彎螺桿鉆具產(chǎn)生的偏心鐘擺鉆具效果，配合PDC鉆頭在復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)，防斜、糾斜效果較好，確保井身質(zhì)量合格。

　　2.2 防斜打直技術(shù)

　　鉆具組合2在井下工作時(shí)，屬于一個(gè)偏軸的鐘擺鉆具組合，受動(dòng)態(tài)軸向力、橫向力（離心慣性力）、彎矩、扭矩和鉆井液阻力聯(lián)合作用的渦動(dòng)系統(tǒng)，符合偏軸鉆具的工作原理。施加鉆壓變形后的鉆具組合在井眼內(nèi)做穩(wěn)定的弓形回旋運(yùn)動(dòng)，以至鉆頭均等切削井壁四周，形成了較大的降斜力，可以在傾斜地層中克服較大的地層力而達(dá)到糾斜目的。該鉆具組合在旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的離心力，保證穩(wěn)定的公轉(zhuǎn)效應(yīng)。同時(shí)，當(dāng)鉆具組合的“重邊”從井眼上側(cè)轉(zhuǎn)向井眼下側(cè)時(shí)，“重邊”下落，帶動(dòng)鉆頭對井眼下側(cè)產(chǎn)生一個(gè)沖擊力，該力將部分抵消井底巖石的造斜趨勢，能夠達(dá)到防斜打直的效果，適用于地層傾角較大的區(qū)塊快速鉆進(jìn)。

　　現(xiàn)場應(yīng)用效果

　　3.1 優(yōu)選PDC鉆頭

　　針對勝利油田樁西區(qū)塊的特點(diǎn)上部明化鎮(zhèn)組和館陶組井段屬于軟和中軟地層，考慮到館陶組下部砂礫層對PDC鉆頭有損壞作用，因此選用價(jià)格相對較低的鉆井院產(chǎn)大直徑、雙復(fù)合片的四刀翼或五刀翼PDC鉆頭，選用型號為P273M和P266M、P5363s鉆頭試驗(yàn)，一趟鉆鉆穿明化鎮(zhèn)組和館陶組至東營組鉆時(shí)變慢陡增時(shí)起鉆換鉆頭，此鉆頭吃入地層多，機(jī)械鉆速快，且價(jià)格便宜，有良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)；東營組和沙河街組屬于硬和中硬地層，選用川石、深遠(yuǎn)、BEST產(chǎn)的小直徑、單復(fù)合片六刀翼、七刀翼PDC鉆頭加螺桿鉆具復(fù)合鉆進(jìn)，此鉆頭牙翼多，能夠吃入地層，保徑效果好。

　　3.2 優(yōu)選鉆井參數(shù)

　　在241mm井眼中使用197mm螺桿鉆具復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)，推薦鉆壓20-100KN，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速60-80轉(zhuǎn)/分，推薦排量35L/S；泵壓選擇要考慮螺桿鉆頭水眼壓降要求，盡量提高泵壓，保證鉆頭的水馬力，提高水力破巖和清洗井底效果，推薦泵壓18-20MPa。

　　3.3 應(yīng)用實(shí)例

　　埕北42井、埕北326井、埕北327井是預(yù)探井、直井，設(shè)計(jì)井深分別為3950m、3650m和3950m，位于渤海灣埕北海域，構(gòu)造位置位于埕北凹陷北部陡坡帶，鉆探目的是了解埕北凹陷北部第三系含油情況，主要目的層為東營組和沙河街組兼探明化鎮(zhèn)組、館陶組。

　　在CB42和CB326井二開241mm井眼中使用鉆具組合2；考慮到該區(qū)塊地層傾角小，在CB327二開241mm井眼中使用鉆具組合1，井斜、全角變化率、井底位移均合格，井眼軌跡控制光滑。

　　在東營組和沙河街組選用合適的PDC鉆頭，是整口井提高機(jī)械鉆速的關(guān)鍵，CB327井優(yōu)選深遠(yuǎn)DF1606U和DF1307U鉆穿東營組至完鉆井深，有效的提高了機(jī)械鉆速，減少了起下鉆時(shí)間，井深比CB326深300m的情況下，全井機(jī)械鉆速19.20m/h比CB326井9.83m/h提高95.32%，鉆井周期縮短13.47天。而在CB42中選用了不適合該區(qū)塊東營組和沙河街組地層的PDC鉆頭，機(jī)械鉆速反而不如CB34和CB326井使用牙輪鉆頭機(jī)械鉆速高。

　　認(rèn)識(shí)和建議

　　1、利用鐘擺鉆具組合的防斜特點(diǎn)，結(jié)合井下動(dòng)力鉆具高轉(zhuǎn)速的特性，加上長壽命、高轉(zhuǎn)速的PDC鉆頭，輔之以頂驅(qū)/轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)，是目前中深井防斜打快的較常用技術(shù)，應(yīng)用該技術(shù)既能解決井斜問題，又可以大幅度提高鉆速，是降低鉆井綜合成本的有效的途徑之一。

　　2、在勝利油田海域埕北區(qū)塊，找出適合在東營組及沙河街組地層鉆進(jìn)的PDC鉆頭是提高該區(qū)塊機(jī)械鉆速的關(guān)鍵所在，如果PDC鉆頭不能吃入地層，PDC鉆頭只能以研磨的方式破巖，其破巖效率大大降低，隨之鉆進(jìn)速度也大大降低。在CB328井的鉆進(jìn)中將試驗(yàn)用單只深遠(yuǎn)DF1307U型PDC鉆頭鉆穿東營組，鉆至完鉆井深，減少起下鉆時(shí)間，縮短鉆井周期。

　　3、在鉆進(jìn)過程中，使用試鉆法尋找合適的鉆井參數(shù)和水力參數(shù)可以提高機(jī)械鉆速，在CB328井中，將進(jìn)一步優(yōu)化鉆頭水力參數(shù)，提高井底清潔能力，并形成配套的區(qū)域化鉆井模式，帶動(dòng)該地區(qū)中深井鉆井速度的整體提高。

　　4、使用PDC鉆頭鉆進(jìn)，就保護(hù)好PDC鉆頭，防止PDC鉆頭的初期破壞，在PDC下到井底時(shí)和正常鉆進(jìn)前，必須先井底造型，在硬到中硬地層中應(yīng)用“遞增鉆壓井底造型法”，加快造型速度，保護(hù)PDC鉆頭，提高進(jìn)尺工作時(shí)效。

　　5、采用螺桿鉆具配合PDC鉆頭方式鉆進(jìn)應(yīng)嚴(yán)格遵守螺桿鉆具的使用規(guī)程否則會(huì)損傷其壽命。