淺析石油鉆井的鉆頭選擇

　　石油鉆井工作在石油開發(fā)、石油勘探工作中發(fā)揮著基礎性的作用，在收集地質資料、收集開發(fā)數(shù)據、證明石油構造等方面，石油鉆井作業(yè)必不可少。石油鉆井工作的速度對石油開發(fā)成本、產出效益起著決定性的作用。當前，石油資源短缺已成為一個世界性問題，在這樣的背景下，不斷提高石油鉆井技術的研究力度，從而保證石油鉆井的質量顯得尤為重要。
　　1.鉆頭、鉆井液
　　鉆頭是進行石油鉆井工作的重要工具之一，鉆頭是否適應巖石性質及其質量的好壞，在選用鉆井工藝方面起著非常重要的作用，特別是對鉆井質量、鉆探速度、鉆井成本方面產生著巨大的影響，而鉆井液的確定會對石油鉆井的效益產生一定的影響。應當將石油鉆井工作的具體情況作為立足點，對鉆頭、鉆井液有一個全面的了解，在具體的鉆井工作中科學選擇鉆頭、合理確定鉆井液，從而提高石油鉆井的工作效率、工作質量，才能使石油鉆井更好地發(fā)揮自身的價值，為促進石油事業(yè)的發(fā)展作出一定的貢獻。
　　1.1鉆頭
　　鉆頭是鉆井設備的主要組成部分，其主要作用是破粹巖石、形成井眼。旋轉鉆頭是目前石油行業(yè)普遍使用的鉆頭，在機械的帶動下旋轉鉆頭會產生旋轉，從而帶動整個鉆頭產生向心運動，并通過侵削、研磨使巖石發(fā)生裂痕并破碎，起到向下鉆探的作用。鉆頭是主要的鉆井設備之一，根據工作環(huán)境、地域環(huán)境的不同，鉆頭的規(guī)格、形狀也應當有所不同，在進行石油鉆井工作時，應當以具體需要、具體設計方案為根據，合理地、科學地選擇鉆頭。
　　1.2鉆井液
　　在進行石油鉆井工作的過程中，鉆井液是必不可少的介質，其主要作用是在鉆井過程中清理、沖洗井底，將在巖石破粹過程中所產生的鉆探巖屑、塵屑帶到地面，并對鉆頭進行冷卻、潤滑，平衡地層壓力、井壁壓力，從而保證鉆井工作的順利進行，也被稱為鉆孔沖洗液、鉆井泥漿、洗井液。按照成分的不同對鉆井液進行劃分，主要有空氣霧化鉆井液、泥漿鉆井液、清水鉆井液（無固相聚合物鉆井液）與天然高分子鉆井液等種類。清水鉆井液、泥漿鉆井液是石油鉆井工作中較為常見的鉆井液。
　　2.鉆頭分類及選擇
　　目前石油行業(yè)使用的鉆頭有很多種類，以不同的鉆進方式為根據對鉆頭進行分類，可以將其分為金剛石鉆頭、牙輪鉆頭與刮刀鉆頭，這三種鉆頭是最基本的鉆頭形式。在這三種鉆頭中，在石油鉆探工作中應用最為普遍、最為廣泛的一種是牙輪鉆頭，其應用程度也比較深。將這三種鉆頭進行對比，使用范圍最小的一種鉆頭是刮刀鉆頭。本文主要介紹的是金剛石鉆頭與牙輪鉆頭。
　　2.1金剛石鉆頭及選擇
　　切削刃使用的是金剛石材料的鉆進刀具就是金剛石鉆頭，金剛石鉆頭的主要優(yōu)勢在于能夠適應研磨性較高、地質較硬的地層，切割性能也比較優(yōu)良。在高速鉆探方面具有非常顯著的優(yōu)勢。以所適應地層的差異為根據，可以將金剛石鉆頭分為普通金剛石鉆頭、聚晶金剛石復合片鉆頭兩大類。在這兩大類之中，普通金剛石鉆頭適用于研磨性較高、地質較硬、地質復雜的地層；聚晶金剛石復合片鉆頭能夠被廣泛的應用于硬質地層、軟質地層、軟硬適中的地層，其應用范圍十分廣泛。刀片的不同是這兩種金剛石鉆頭的主要差別所在。聚晶金剛石復合片鉆頭主要有四個組成部分，即金剛石復合片、噴嘴、胎體以及鉆頭體；普通金剛石鉆頭主要有四個組成部分，即金剛石顆粒、噴嘴、胎體以及鉆頭體。
　　因為金剛石鉆頭的切割性能比較優(yōu)良，因此在選擇金剛石鉆頭當做石油鉆井工具時，能夠高速鉆探，也能夠在一定程度上擴大鉆深。在使用金剛石鉆頭進行石油鉆井作業(yè)的過程中，需要高度注意的有以下幾個方面：第一，金剛石鉆頭的價格比較高，因此在使用時應小心操作，降低損壞程度；第二，金剛石鉆頭在熱穩(wěn)定性方面具有一定的缺陷，因此在使用時要保證鉆頭的冷卻性能、清洗情況；第三，其質地比較脆，因此金剛石鉆頭的抗沖擊性能會比較差，應該嚴格按照金剛石鉆頭的相關規(guī)程來進行嚴格的、規(guī)范的操作。
　　2.2牙輪鉆頭及選擇
　　以牙輪鉆頭的結構為依據，可以將其分為水眼、軸承、巴掌、牙輪以及鉆頭體這五個部分。如果是密封噴射式的牙輪鉆頭，在一般情況下還包括儲油補償系統(tǒng)這一部分。螺紋一般會在牙輪鉆頭的上部，鉆柱與螺紋進行相互連接，鉆頭下部會存在牙輪，其上帶有三個巴掌，牙輪軸上裝上牙輪，牙輪軸與各個牙輪之間裝有軸承，牙輪會通過其自身所帶的切削齒進行破碎巖石工作。鉆井液的通道就是鉆頭的水眼。在進行石油鉆井工作的過程中，通過鉆進過程中的橫向剪切作用、縱向振動作用，牙輪鉆頭會實現(xiàn)破碎巖石的目的，從而能夠提升鉆井速度。
　　在選擇牙輪鉆頭當做石油鉆井工具時，需要按照鉆井設備的實際情況、地層的實際條件以及相鄰油井的地質資料、地層資料來進行牙輪鉆頭的選型。在進行選擇時，需要考慮的問題主要有以下幾點：首先，應考慮鉆井地層中的軟硬交錯情況是否存在；其次，應考慮在石油鉆井工作中是否需要防斜鉆進、曲線作業(yè)；再次，應考慮同一油井中的不同鉆進井段的實際深淺情況；最后，應考慮鉆井地質、地層的可研磨性以及軟硬程度。
　　3.鉆井液分類及鉆井液確定
　　3.1鉆井液的分類
　　鉆井液的主要作用是在鉆井過程中清理、沖洗井底，將在巖石破粹過程中所產生的鉆探巖屑、塵屑帶到地面，并對鉆頭進行冷卻、潤滑，平衡地層壓力、井壁壓力，從而保證鉆井工作的順利進行。隨著鉆井種類的增多，鉆井技術的進步發(fā)展，鉆井液的種類也得到了不斷的增多。當前對鉆井液進行分類時所采用的重要分類標準是“相”。以“相”為標準可以將鉆井液分為惰性固相鉆井液、活性固相鉆井液以及液相鉆井液這三大類。第一，惰性固相鉆井液主要包括加重材料、鉆屑等，惰性固相鉆井液對特殊地質具有比較高的適應性；第二，活性固相鉆井液主要包括油基鉆井液中所加入的有機膨潤土或者是在進行石油鉆井過程中所加入的膨潤土、造漿粘土，活性固相鉆井液能夠被廣泛地應用于碎裂性地質的鉆井作業(yè)中；第三，液相鉆井液主要包括清水類鉆井液與油質類鉆井液，液相鉆井液具有清洗、潤滑、降溫的功能，在石油鉆井中是最為常見的一種鉆井液類型。應該按照實際使用需求進行鉆井液的配置工作，從而獲得不同性能的、能夠適應不同地層地質的鉆井液，如在鉆井液中添加合適的添加劑，調整鉆井液中活性固相的分散狀態(tài)，從而實現(xiàn)調節(jié)鉆井液性能的目的。 　　3.2鉆井液確定
　　在實際設計過程中，鉆井液的確定對于保證石油鉆井的可靠性、經濟性具有重要的作用，鉆井液的確定存在著很多的影響因素，也具有很多層面，近年來，欠平衡鉆井技術得到了快速的發(fā)展，鉆井液確定中其密度的確定成為了關鍵所在。鉆井液密度確定過程主要包括地層孔隙壓力、環(huán)空消耗、最終密度的計算、確定。第一，地層孔隙壓力。采用不同的壓力檢測方法進行檢測，所獲得的監(jiān)測數(shù)據也有非常明顯的不同，誤差高達百分之十。特別是在進行深井鉆井時，計算誤差在很大程度上超過負壓差值。在計算誤差這一方面來看，dc指數(shù)法、C指數(shù)法以及聲波時差法等無法保證鉆井液密度確定的準確性。地層孔隙壓力，由油藏地質工程于勘探過程中所提供的，主要包括MFT測試壓力、試油靜壓以及鉆桿測試壓力，在確定具體的井壓時應該以油層的深度為根據予以適當?shù)恼{整。在探井過程中，應以隨鉆時得到的試井數(shù)據為主要根據進行分析、計算，從而獲得地層孔隙壓力。第二，環(huán)空消耗。鉆井液密度確定與環(huán)空壓耗具有直接相關的關系。在普通的近平衡、過平衡鉆井現(xiàn)場，在一般情況下，會根據噴射鉆井所使用的最大鉆頭的水功率來設計泵的排量，在這樣的前提條件下，鉆井液循環(huán)可以基本達到紊流狀態(tài)。對欠平衡鉆井來說，為提高井控的可靠度，從而有效地避免紊流狀態(tài)對裸眼油氣層所產生的沖刷作用，欠平衡鉆井液不能有過大的排量，應該要使欠平衡鉆井液的流動狀態(tài)保持在層流狀態(tài)。第三，鉆井液最終密度的計算與確定。鉆井液密度的數(shù)值等于：地層孔隙壓力減去井底負壓設計值再減去環(huán)空壓耗所得出的差再乘以102得出的乘積除以鉆井的深度。
　　結語
　　石油鉆井工作的鉆頭選擇直接影響著鉆井質量、鉆井效率以及油井建成后的管理難度，因此，在對鉆頭進行選擇的過程中，應當以鉆井地質、地層的實際情況以及工程的實際需要為主要根據來合理地進行選擇。鉆井液的確定對于石油鉆井工作是否能夠順利進行、鉆井的可靠性具有非常重要的意義，因此，應以正確算例作為主要根據進行準確的計算，并在此基礎上與鉆井地質、地層的實際情況相結合進行計算，從而保障鉆井液確定的準確性、合理性。綜上所述，本文主要對石油鉆井的鉆頭選擇以及鉆井液確定作了淺要的分析，望對相關研究與石油鉆井實踐有所幫助。