PDC鉆頭選型及性能

    PDC鉆頭選型的傳統(tǒng)方法主要基于待鉆地層的力學(xué)參數(shù)（包括抗壓強(qiáng)度、巖石可鉆性、巖石內(nèi)摩擦角、抗剪強(qiáng)度等）就PDC鉆頭予以優(yōu)選，但就巖石力學(xué)參數(shù)相近或相同的兩個地區(qū)，型號相同的PDC鉆頭的使用效果卻存在極大的差異。由此可得，PDC鉆頭使用性能的影響因素并不單一。本文就玉門白堊系地層PDC鉆頭選型及性能評價展開討論。

　　工程概況

　　白堊系地層局部井段單只指標(biāo)低，尤其是青西老山區(qū)的泥云巖井段和酒東探區(qū)紅層以下。白堊系地層破裂壓力高，重點解決水平井固井質(zhì)量問題，以保證水平井壓裂高施工壓力下的封隔質(zhì)量。實驗結(jié)果顯示，在9口井使用了25只PDc鉆頭，平均進(jìn)尺216.54m，單只進(jìn)尺相當(dāng)于5只牙輪鉆頭；平均機(jī)械鉆速0.5 8m/h，比牙輪鉆頭低。青西的單只指標(biāo)與牙輪鉆頭相當(dāng)，試驗未見到成效；酒東探區(qū)雖單只進(jìn)尺取得重大突破，但機(jī)速太低，不能有效和顯著的提高鉆井速度；第三系尚存在局部個性化改進(jìn)空間。實踐證明，個別鉆頭單只指標(biāo)非常高，其影響因素包括地層特征、鉆頭與地層的匹配程度高等。

　　白堊系下溝組單只進(jìn)尺提高，但平均機(jī)械鉆速較低。白堊系平均厚度是884m。PDC單只平均進(jìn)尺218m（相當(dāng)于5.4只牙輪）；平均機(jī)械鉆速0.58m/h（牙輪0.74m/h）；平均鉆井周期98d；17%的進(jìn)尺占全井43%的周期。

　　PDC鉆頭選型的方法

　　所謂鉆井巖石力學(xué)特性，其是指外力作用迫使巖石從變形至破碎的全過程的力學(xué)性質(zhì)，如抗壓強(qiáng)度、硬度、可鉆性、抗剪強(qiáng)度和研磨性等?；诟鲗佣瘟W(xué)參數(shù)的評價結(jié)果可就巖石可鉆性的綜合值和鉆頭的使用效果予以準(zhǔn)確判斷，并根據(jù)如下PDC鉆頭選型方法實現(xiàn)鉆頭選型的優(yōu)化。

　?。?）基于效益指數(shù)法就白堊系地層PDC鉆頭的使用情況做初步評價；就白堊系地層可鉆性綜合值予以準(zhǔn)確計算。基于地層可鉆性綜合值和標(biāo)準(zhǔn)井鉆頭的使用情況，就白堊系地層PDC鉆頭的使用情況與同級PDC鉆頭或標(biāo)準(zhǔn)井級別間的關(guān)系予以判定。

　?。?）基于巖石抗壓強(qiáng)度就PDC切削塊直徑予以判定。就軟地層或中硬地層而言，一般選擇較大直徑的PDC復(fù)合片和中密或低密布齒的鉆頭。針對欠平衡或近平衡的鉆井，一般就無圍壓抗壓強(qiáng)度予以重點考慮；針對過平衡鉆井，一般就有圍壓抗壓強(qiáng)度予以重點考慮。

　?。?）基于巖石內(nèi)摩擦角就白堊系地層研磨性予以判定。研究結(jié)果顯示，巖石內(nèi)摩擦角可對地層研磨性予以準(zhǔn)確度量。若地層巖石內(nèi)摩擦角均超過了40°，則該地層的研磨性相對常規(guī)PDC鉆頭會更強(qiáng)，那么最好選擇經(jīng)特殊加工而成的PDC鉆頭或天然金剛石鉆頭鉆進(jìn)；若地層巖石內(nèi)摩擦角大于36°且小于40°，那么應(yīng)基于實際巖性選擇加強(qiáng)功能各異的PDC鉆頭；若地層巖石內(nèi)摩擦角小于36°，那么應(yīng)選擇常規(guī)的PDC鉆頭鉆進(jìn)。

　　若PDC鉆頭鉆進(jìn)井段的長度長、穿越地層多，則應(yīng)基于對最高鉆遇強(qiáng)度的地層的考慮選擇恰當(dāng)?shù)腜DC型號。圖1展示了PDC鉆頭選型的方法和流程：

　　根據(jù)實際地質(zhì)條件，確定在1000-2500m井段：鉆頭選型與同定向井三層結(jié)構(gòu)相同，均推薦鉆頭311mmST615RS。2500-3200m定向增斜、穩(wěn)斜井段：鉆頭選型與同定向井三層結(jié)構(gòu)相同，均推薦鉆頭311mmST636RS。建議先使用牙輪鉆頭定向。3200-4200m穩(wěn)斜段：地層為下溝組，巖性K3，上部棕紅色泥巖，夾泥質(zhì)粉砂巖。下部灰白色中細(xì)砂巖夾棕紅色泥巖及砂質(zhì)泥巖，優(yōu)選高抗研磨性PDC；K2，棕紅色、雜色砂礫巖、礫狀砂巖、粉砂巖為主，夾棕紅色、深灰色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖；K1，棕紅色礫狀砂巖，灰色粉砂巖，夾灰褐色、深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。均推薦鉆頭216mmST307BD。

　　玉門白堊系地層PDC鉆頭的性能評價

　　玉門白堊系地層PDC鉆頭的使用情況的問題研究

　　白堊系地層可鉆級值高、研磨性強(qiáng)，雖段長只有全井段的1/3，鉆井周期卻占全井段的2/3。突出表現(xiàn)為青西上半年復(fù)雜事故多，累計損失293.65天，相當(dāng)于上半年2部鉆機(jī)沒有工作，其中Q1—9和柳14井復(fù)雜事故分別損