花24区块PDC钻头优选调研

蒋永宝 郭俊平

摘 要：石油钻井作业中，PDC钻头的合理选择是非常重要的环节。在分析PDC钻头破岩机理的基础上，结合我队在花24区块施工的花24-23等3口井，对花24区块PDC钻头进行了合理的评价及优选，优选结果对该区块提速提效工作，降低钻井综合成本有着重要的参考作用。

关键词：PDC钻头；破岩机理；花24区块；钻头优选；提速提效

引言

花24断块构造位置位于花庄构造带南部，紧邻刘五舍次凹，北临花3含油断块，为一近东西向北掉断层所控制的断壁构造。我队从今年年初开始在该区块先后施工了花24-23、花24-18、花24-20三口井，在施工过程中对底层的岩性有了比较详细的认识，本文将对该区块不同井段所使用的PDC钻头进行统计分析，确定出适合该区块的PDC钻头，以提高该区块的建井周期并降低钻井成本。

1 PDC钻头破岩机理

PDC钻头，就是聚晶金刚石复合片钻头，它以金刚石为原料加入粘接剂在高温下烧结而成。复合片为圆片状，金刚石层厚度一般小于1mm，切削岩石时作为工作层，碳化钨基体对聚晶金刚石薄层起支撑作用。两者地有机结合，使PDC钻头既具有金刚石的硬度和耐磨性，又具有碳化钨的结构强度和抗冲击能力，钻井过程中，PDC钻头用低钻压、高转速来获得较高的钻速，而这种钻井参数不易产生井斜，可与螺杆钻具、涡轮钻具配合使用钻定向井。

PDC钻头的破岩机理及方式：（1）在在抗压强度较低的地层中，无论是塑性岩石或脆性岩石，PDC 钻头的齿均能以较小的钻压吃入并剪切破岩，这是 PDC 钻头较牙轮钻头滚动破岩更为有效的原因。（2）在抗压强度较高的地层中，当钻压相同时，由于岩石抗压强度变大，PDC 钻头的齿吃入深度变小，破岩量降低，故破岩效率下降。（3）在抗压强度高的地层中，当钻压相同时，由于 PDC 钻头的齿很难吃入地层，只能以研磨方式破岩，其效率降低，钻进速度也大大降低。

2 花24区块概况

2.1构造位置

花24断块构造位置位于花庄构造带南部，紧邻刘五舍次凹，北临花3含油断块，为一近东西向北掉断层所控制的断壁构造。该块主控断层断点清晰，内部一条小断层将该断块分为南北两块。

2.2地质分层

3 钻头使用情况

我队在花24区块所施工的四口井为花24-23、花24-18、花24-20，三口井的钻头使用情况如下：

由于本文所讨论的是花24区块PDC钻头选型，所以以上表格未统计3口井中所使用的牙轮钻头，从以上表格可以看出，我队在二开后使用的基本是4刀翼PDC钻头并使用较小喷嘴提高泵压进行高压喷射钻进，当钻进至 2000m之后均使用5刀翼PDC钻头进行复合钻进。我队在今年所施工的3口井中，在花24-23井钻进时尝试使用了脉冲喷嘴，下文将对不同钻头、喷嘴组合的机械钻速进行对比。

4 钻头机械钻速调研

在我队所施工的3口井中，花24-23井尝试使用了脉冲喷嘴并取得了较好的效果，我将就脉冲喷嘴使用井段的机械钻速与另外3口井相同井段的机械钻速进行对比。此外，花24-23井、花24-18井、这两口井在上部底层均使用4刀翼PDC钻头配合小喷嘴进行高压喷射，而花24-20井在上部井段所使用的是5刀翼PDC钻头，根据这3口井在花24区块相同井段的机械钻速进行对比。在1500m以上的上部井段3口井的机械钻速均比较高，其中花24-23井的机械钻速明显高于其余两口井，而花24-20井的机械钻速却低于其它两口井。在井深达到2000余米进入戴南组之后机械钻速下降的非常多。

原因分析：花24区块上部底层分别为东台组、盐城组、三垛组，岩性以砂岩、粉砂岩、页岩为主，属于较软地层，使用4刀翼PDC鉆头可以通过较长的切削刃压入岩层通过剪切的方式进行破岩，4刀翼PDC钻头的切削刃较5刀翼PDC钻头更长，破岩效果明显增强。而在喷嘴选择方面，我队在花24-23井尝试使用了脉冲喷嘴，脉冲喷嘴通过脉冲射流得到更高的喷射压力，水力破岩效果更为明显。花24区块戴南组平均深度在2355m，进入该组后岩性变为以泥岩为主，并且存在辉绿岩等火成岩，破岩方式由上部井段的剪切破岩变为剪切与研磨共同破岩，造成机械钻速大幅度下降。

5 结论与认识

1.花24区块上部东台组、盐城组、三垛组岩性以砂岩、泥岩为主，岩性较软，使用4刀翼PDC钻头可以显著提高机械钻速，有利于节约建井周期并减少成本。

2.花24区块2300m向下进入戴南组后岩性变为泥岩为主并夹杂辉绿岩、玄武岩等火成岩，存在掉块现象。建议该井段使用5刀翼PDC钻头保证井壁稳定。

3.在该区块使用脉冲喷嘴对喷射钻井有着一定效果，如果该区块未来继续布井位则可以继续使用脉冲喷嘴。

4.花24区块在上部底层800m左右发育有不等厚度的玄武岩，建议使用高性能4刀翼PDC钻头，以免保径齿磨损过快造成缩径。

参考文献

[1] 李士斌，艾池，宁海川，等. PDC 钻头的优选方法[J]. 大庆石油学院学报，1999（3）：86-88

[2] 陈谱。钻井技术手册。[M].北京：石油工业出版社。

[3] 陈庭根，管志川，刘希圣，等。钻井工程理论与技术。中国石油大学出版社。2000。

[4] 张辉，高德利. 钻头选型通用方法研究[J]. 石油大学学报：自然科学版，2005，29（6）：45-49.

[5] 张辉，高德利. 钻头选型方法综述[J]. 石油钻采工艺，2005，27（4）：1-5

（作者单位：华东石油工程有限公司）