新型導(dǎo)向PDC鉆頭

點(diǎn)擊數(shù)：30552015-03-20 11:54:22　來源: 鉆桿_金剛石鉆頭_煤截齒_支護(hù)-邯鄲市開山礦業(yè)機(jī)械配件有限公司

在阿布扎比，盡管有先進(jìn)的定向鉆井技術(shù)和大功率的螺桿鉆具，但是只有使用IADC 517牙輪鉆頭才能進(jìn)行鉆具面控制和達(dá)到油井設(shè)計(jì)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(jìn)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(shè)計(jì)的造斜率鉆穿軟頁巖。

1、油井規(guī)劃8 in井段通常始于6600ft處的碳酸巖層底部，地層的抗壓強(qiáng)度為9～21ksi。在7400ft～8100ft會鉆遇抗壓強(qiáng)度為3～5ksi的頁巖。在此井段低抗壓強(qiáng)度的軟頁巖和高抗壓強(qiáng)度的硬巖層相互交錯。在鉆穿儲層前，約有半數(shù)的定向鉆井作業(yè)是在軟頁巖中進(jìn)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(jìn)行定向鉆井作業(yè)，但由于軸承和切削結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重磨損往往不能在一次下井達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。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(guī)PDC導(dǎo)向鉆頭的嘗試因?qū)騿栴}而失敗。為了克服這一問題，由來自油公司和服務(wù)公司的工程師小組開發(fā)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(biāo)工程師小組的目標(biāo)是至少把單位進(jìn)尺的成本降低25%。計(jì)算表明，單只鉆頭的平均鉆速約達(dá)到牙輪鉆頭的兩倍即35ft/hr時才能滿足要求。此外，定向鉆進(jìn)要求鉆頭的造斜率應(yīng)保持在10o～12o/100ft。工程師小組為提高系統(tǒng)的整體性能，開發(fā)出一種更高功率的鉆井馬達(dá)。

2、鉆頭技術(shù)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(shè)計(jì)規(guī)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(qiáng)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(jìn)過程一般不很順利，高扭矩易導(dǎo)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(wěn)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(fā)生變化。設(shè)計(jì)者在PDC切削結(jié)構(gòu)的邊緣設(shè)計(jì)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(diào)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(dǎo)向鉆頭具有限制吃入深度的支撐面，并調(diào)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(jìn)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(shù)為滿足高鉆速的要求，需要把泥漿馬達(dá)與PDC鉆頭組合起來。新一代泥漿馬達(dá)具有兩種特點(diǎn)：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(jī)械效率明顯提高。二是改變了馬達(dá)的彎曲裝置，使彎外殼可調(diào)到更大的彎曲角，這對在旋轉(zhuǎn)條件下進(jìn)行導(dǎo)向鉆進(jìn)控制和保持良好的清潔是非常重要的……新的泥漿馬達(dá)和新型PDC鉆頭不僅可以在一次下井鉆穿頁巖層到達(dá)著陸點(diǎn)，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(jié)省了470萬美元。平均機(jī)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。