浅析PDC钻头在辽河油田中的应用

杨光

中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井技术服务公司 辽宁盘锦 124010

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。

[1]常领、陈华忠、刘小刚、许杰等.PDC钻头在胜利油田钻井（钻深井）中的研究与应用[J].石油钻探技术，2010，3(8)：63-68.

[2]李广国、索忠伟、王金荣、周玉仓、高昌斌.塔河油田液动射流冲击器+PDC钻头提速技术[J].石油钻探技术，2012，5(12)：32-40.

[3]戴大良、王振全、潘启峰、高德利等.肯基亚克油田非盐丘井PDC钻头设计及实验研究[J].石油钻采工艺，2012，5(17)：23-36.