新型導向PDC鉆頭

點擊數：28512015-03-20 11:54:22　來源: 鉆桿_金剛石鉆頭_煤截齒_支護-邯鄲市開山礦業機械配件有限公司

在阿布扎比，盡管有先進的定向鉆井技術和大功率的螺桿鉆具，但是只有使用IADC 517牙輪鉆頭才能進行鉆具面控制和達到油井設計所需的造斜率。81/2in井段要鉆穿薄的碳酸巖層和厚的軟頁巖，然后進入碳酸巖儲層。各種PDC鉆頭在鉆這段井眼時效率都不高，其原因是無法控制鉆具的工作面和以設計的造斜率鉆穿軟頁巖。

1、油井規劃8 in井段通常始于6600ft處的碳酸巖層底部，地層的抗壓強度為9～21ksi。在7400ft～8100ft會鉆遇抗壓強度為3～5ksi的頁巖。在此井段低抗壓強度的軟頁巖和高抗壓強度的硬巖層相互交錯。在鉆穿儲層前，約有半數的定向鉆井作業是在軟頁巖中進行的，井斜角約為40o。

井底鉆具組合由典型的IADC牙輪鉆頭和1.5o～1.9o彎外殼的螺桿鉆具組成。這種鉆具組合可很容易按要求進行定向鉆井作業，但由于軸承和切削結構的嚴重磨損往往不能在一次下井達到設計目標。而PDC鉆頭具有一次下井完成該井段的可能性。但早期使用常規PDC導向鉆頭的嘗試因導向問題而失敗。為了克服這一問題，由來自油公司和服務公司的工程師小組開發出一種PDM/PDC鉆頭，以便鉆難鉆的交互層。

1、工程師小組的目標工程師小組的目標是至少把單位進尺的成本降低25%。計算表明，單只鉆頭的平均鉆速約達到牙輪鉆頭的兩倍即35ft/hr時才能滿足要求。此外，定向鉆進要求鉆頭的造斜率應保持在10o～12o/100ft。工程師小組為提高系統的整體性能，開發出一種更高功率的鉆井馬達。

2、鉆頭技術研究表明，鉆具面的控制是阻礙PDC鉆頭成功的主要原因。其主要影響因素是鉆柱的柔性和PDC鉆頭的攻擊性。

（1）油井設計規定約在6000ft處由垂直井開始造斜。由于此深度影響到鉆柱抗扭強度，故它對工具面控制十分重要。

（2）PDC鉆頭比牙輪鉆頭更難控制的原因有兩種：一是由于PDC鉆頭是靠剪切而不是靠壓碾來破巖的，所以需要的扭矩較大。其鉆進過程一般不很順利，高扭矩易導致井底扭矩不斷變化，再加上鉆柱的柔性較好，致使工具面常常不穩定。二是其破巖速度快。鉆壓變化直接影響到PDC鉆頭的扭矩，造成反扭矩增大從而使工具面位置發生變化。設計者在PDC切削結構的邊緣設計了較大的倒角，以降低PDC鉆頭的攻擊性。

3、切削件吃入地層深度的控制通過調整切削件的傾角，可控制PDC鉆頭切削件吃入地層的深度和控制切削件所需的能量。新型導向鉆頭具有限制吃入深度的支撐面，并調整了切削件的出刃高度和幾何形狀，切削件只能吃入指定的深度。此外，支撐面與井底接觸，增加了鉆進所需要的鉆壓和扭矩，降低了鉆頭的攻擊性。

4、井下鉆具組合（BHA）技術為滿足高鉆速的要求，需要把泥漿馬達與PDC鉆頭組合起來。新一代泥漿馬達具有兩種特點：一是降低了橡膠定子的厚度，這就降低了定子變形的可能性，使機械效率明顯提高。二是改變了馬達的彎曲裝置，使彎外殼可調到更大的彎曲角，這對在旋轉條件下進行導向鉆進控制和保持良好的清潔是非常重要的……新的泥漿馬達和新型PDC鉆頭不僅可以在一次下井鉆穿頁巖層到達著陸點，且能順利完成定向工作，效果良好。

新式PDC鉆頭使每英尺的成本降低了39.21美元，72只新鉆頭共節省了470萬美元。平均機械鉆速由18ft/hr提高到37.78ft/hr。一只鉆頭可以從一層套管鞋深度鉆到另一層套管鞋深度，而在過去需要兩只或兩只以上的牙輪鉆頭。