浅析PDC钻头在辽河油田中的应用

2022-09-11

由于地质条件极为复杂, 加之破岩效果不佳, 在钻到深井阶段时机械钻速会降低很多。另外, 利用高压喷射法钻井必须要有大功率钻井泵, 以至于循环系统能耗和承压都较高, 对钻井速度影响极大。所以在随后的钻井中, 长城钻探公司果断尝试PDC钻头, 最终取得了良好的钻井效果。

一、岩石特性分析

在PDC钻头用于深井钻井时, 关键之处在:第一、确定PDC钻头适合的井段;第二、依据井段的不同挑选不同类型的PDC钻头及对应的钻具。辽河油田的地层主要是沉积岩, 在使用PDC钻头时, 沉积岩的塑性、粒径和硬度对其钻性的影响是最大的。

曾有业内人士专门对PDC钻头使用干扰因素研究后, 归纳出几点结论。第一、PDC钻头主要是切削破岩, 破岩的粒径越大, 对钻头的磨损也越厉害。特别是砾岩和粗砂岩, 由于两者胶结强度很高, 使得很短时间内PDC钻头就极容易被损坏。相反, 如果岩石很松软, 同时岩石粒径较大, 则使用PDC钻头时钻速也会更高。第二、岩石塑性跟钻头钻速成反比。尤其是有些岩石不仅弹性大而且硬度也大, 在用PDC钻头时钻速会非常低, 甚至比牙齿钻头还低。第三、岩石硬度同钻头钻速也成反比, 同时钻头的磨损也会极其严重。往往岩石硬度超过中等就很不适合利用PDC钻头。第四、钻头比压 (转速) 跟钻头速度成正比。

由此, 不适宜利用PDC钻头的地层有:砾岩及粗砂岩 (胶结强度高) 、粉砂岩 (塑性大、致密硬) 、碳酸盐岩 (泥质含量大) 。

二、参数选择

第一、从排量上看, PDC钻头排量同牙轮钻头排量是一样的。但是, 使用PDC钻头时的泵压最好是降6MPa3]。第二、从钻速上看, 在PDC钻头运转比较平稳、扭矩也不太大的情况下, 用高转速是最好的。第三、从钻压上看, 使用前期钻头最好是小钻压, 使用中期钻头最好是中钻压, 使用后期钻头最好是大钻压。另外, 钻头遇到砾石夹层或者硬夹层的时候, 钻压越大对钻头损害也更大, 这时候小钻压是最合适的。如果地层硬度偏高且钻头又不大平稳时, 无论钻头是横向摆动还是纵向振动都必然使得钻头破损加剧, 这时候调整转速或者钻具组合来解决。第四、当PDC钻头钻到易斜地层的时候, 钻具组合选用钟摆组合, 选用30KN的小钻压, 每分钟160转的高转速, 那么钻井会有理想效果。第五、在一次弯曲钻压以下, 钻压越小、转速越高, PDC钻头防斜效果越好[1]。一次与二次弯曲钻压间, PDC钻头增斜能力大于牙轮钻头[2]。同时, PDC钻头使用中, 钻压跟增斜能力成正比。如果遇到较硬、较脆的地层, 钻压又偏小时, 岩石很易破碎以至能量也不足, 这个时候最好用满眼钻具的组合办法, 使钻压范围有效增大。

三、钻头类型

事实证明, 针对沉积岩地层做钻井工作时, 选用的PDC钻头类型最好是刮刀翼状式类型。究其原因是:第一、多翼PDC对于钻头的耐磨和稳定有强化作用, 尤其在需要钻入粒径小、硬度又高的地层时, 多翼PDC就更显优势。第二、如果遇到岩石粒径大、塑性大且硬度低的时候, 少翼PDC是最好的选择。第三、针对碳酸盐岩, 在PDC钻头的类型选择上, 要充分依据岩石塑性及硬度。一是碳酸盐岩含有大量泥质, 那么塑性偏大, 最好不要用PDC钻头;二是碳酸盐岩的脆性大的情况下, PDC钻头就很合适, 但是岩石硬度太高使得钻头外围很易受磨损, 这种情况下必须先给PDC钻头做保径和加强肩部处理后再使用。

四、PDC钻头在辽河油田中的应用效果

据统计, 在今年的1月份至9月份, 长城钻探公司利用各种PDC钻头下井累计为123次, 使用的PDC钻头数量累计为92只, 进尺累计约为6万米, 纯钻井的时间累计为7120小时, 钻速平均为每小时8.43米, 钻头下井平均井深为2814.6米, 单只钻头的平均进尺为652.2米。在同一井段, 用牙轮钻头跟PDC钻头比较, PDC钻头的速度提升约为56.2%, 换言之纯钻井的时间省下了4012小时, 从而钻井进尺增加了41038米, 建井周期也随之减少了510d左右。再者, 钻速的飞速提升, 使得钻井经费减少许多, 这一年的经济效益至少达2200万元。

结束语

在对油田进行钻井工作的过程当中, 钻井公司选用哪种钻头或钻具组合的搭配, 都跟钻井时间、深度、钻速及经济方面关联甚密。因此, 在辽河油田的实际情况中, 由于地层差异导致的岩石特性也不尽相同, 所以长城钻探公司依据岩石特征的差异化, 钻井作业时区别选用牙轮钻头和PDC钻头。而正是长城钻探公司大胆、果断的在辽河油田使用PDC钻头, 使得辽河油田在钻井周期、钻井速度、钻井深度等指标都得以提升。

摘要：长城钻探公司组建于2008年, 是石油行业高度专业化的服务公司, 直属于中石油。长城钻井公司接纳钻井、录井、测井、井下作业及地质勘探等业务, 在国内业务已拓展到22个省市 (自治区) , 在国际上业务已拓展到了31个国家。在钻井技术方面, 长城钻探公司为了钻井提速, 在辽河油田的钻井中尝试使用PDC钻头。本文将从岩石特性、参数选择、钻头选型及运用效果这4个跟PDC钻头息息相关的方面分别作叙述。

关键词：浅析,辽河油田,PDC钻头,应用