常紅梅

（陜西延長石油集團(tuán)公司延長油田股份有限公司，陜西 延安 716000）

由于受地理?xiàng)l件的限制,延長油田在一個井場有多口定向井已很常見。由于同一井場井位較多,按以前常規(guī)鉆具組合施工,井眼軌跡控制難度大,起下鉆頻繁嚴(yán)重地制約了鉆井速度，延長了建井周期，影響了經(jīng)濟(jì)效益。

復(fù)合鉆井技術(shù)主要采用“PDC鉆頭+螺桿”鉆具組合，利用單點(diǎn)、有線隨鉆進(jìn)行軌跡跟蹤監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了滑動導(dǎo)向與旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)相結(jié)合。在鉆進(jìn)過程中，依據(jù)單、多點(diǎn)數(shù)據(jù)預(yù)算井眼軌跡，一旦發(fā)現(xiàn)實(shí)鉆井眼軌跡數(shù)據(jù)偏離計值時，隨時采取相應(yīng)的鉆進(jìn)措施，確保井身質(zhì)量符合設(shè)計要求[1]。復(fù)合鉆井技術(shù)是大幅度提高鉆井速度的主要手段之一，是近幾年來機(jī)械鉆速飛躍的關(guān)鍵技術(shù)。隨著井下動力鉆具性能、型號的完善，再加上適合各種地層的高效PDC鉆頭的蓬勃發(fā)展，復(fù)合鉆井技術(shù)大規(guī)模推廣應(yīng)用的時代已經(jīng)到來.由于受地理?xiàng)l件的限制，延長油田在一個井場有多口定向井已很常見。由于同一井場井位較多，按以前常規(guī)鉆具組合施工，井眼軌跡控制難度大，起下鉆頻繁嚴(yán)，嚴(yán)重地制約了鉆井速度，延長了建井周期，影響了經(jīng)濟(jì)效益。

本論文研究的內(nèi)容是對延長油田的地質(zhì)環(huán)境、施工設(shè)備、鉆井工具進(jìn)行調(diào)研，了解復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)的特點(diǎn)，根據(jù)延長油田的實(shí)際情況，對鉆進(jìn)方式、鉆具組合、鉆進(jìn)參數(shù)、鉆頭等進(jìn)行優(yōu)選，以提高延長油田的鉆井速度，降低鉆井成本。復(fù)合鉆井硬件設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀主要由鉆頭、鉆具的研究發(fā)展制約。在這里我們主要研究一下PDC（聚晶金剛石復(fù)合片）鉆頭和螺桿鉆具。

1 PDC鉆頭和動力鉆具的組合

復(fù)合鉆井是指在井下鉆具組合中，加一動力驅(qū)動裝置，該裝置利用鉆井液循環(huán)時的動能來驅(qū)動鉆頭高速運(yùn)轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速可以通過鉆井液流量的變化在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。在復(fù)合鉆井工藝中，鉆頭的驅(qū)動由地面驅(qū)動(轉(zhuǎn)盤驅(qū)動或頂部驅(qū)動)和地下驅(qū)動兩部分組成，而且由地下驅(qū)動作為鉆頭的主要動力。

螺桿鉆具是按莫諾原理制成的井下動力鉆具，采用容積式螺桿液馬達(dá)(以下簡稱馬達(dá))作為動力機(jī)，在性能上具有轉(zhuǎn)速低、扭矩大、易于啟動和過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，比渦輪鉆具更有優(yōu)越性，特別適合配用PDC鉆頭鉆井。理論研究表明，螺桿鉆具的工作特性主要取決于馬達(dá)的轉(zhuǎn)子與定子的橫截面的過流面積，如不考慮機(jī)械效率的影響，通過線型參數(shù)設(shè)計來增大轉(zhuǎn)子與定子橫截面的過流面積，可使馬達(dá)的每轉(zhuǎn)體積流量、輸出扭矩和軸向力(由馬達(dá)壓力降引起的轉(zhuǎn)子軸向力)上升，使鉆具的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子與定子間的最大滑速及轉(zhuǎn)子離心慣性力下降，并可使馬達(dá)對鉆井液中顆粒污物的敏感性降低。若減小轉(zhuǎn)子的偏心距，可使萬向軸的運(yùn)動幅度減小，從而可減小萬向軸內(nèi)的應(yīng)力值。減小偏心距，還會使轉(zhuǎn)子離心力降低，有助于減小鉆具的橫向振動。這些理論上的研究結(jié)果為馬達(dá)的優(yōu)化設(shè)計提供了依據(jù)。然而，螺桿鉆具的工作特性不僅是由轉(zhuǎn)子與定子的線型參數(shù)決定的，制造和使用方法的因素對螺桿鉆具工作特性的影響往往也是不可忽視的.總的來說，螺桿鉆具優(yōu)點(diǎn)在于高扭矩，較高的轉(zhuǎn)速，制造及維護(hù)費(fèi)用較低且易于操作，在同樣的功率輸出條件下需要更小的不平衡水壓力。螺桿鉆具的缺點(diǎn)動力部分使用橡膠材料，使得它受溫度及鉆井液系統(tǒng)中化學(xué)藥品的限制，然而如今的制造工藝已消除了螺桿鉆具的大多數(shù)缺點(diǎn)。在仍然保留常規(guī)螺桿鉆具優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，新型的高速螺桿鉆具已達(dá)到或超過了渦輪鉆具的鉆頭轉(zhuǎn)速，并且能可靠的應(yīng)用于高溫高壓井和為鉆頭鉆進(jìn)提供無可匹及的功率[2]。

對于延長油田這種軟到中硬地層為主的地層，螺桿鉆具依靠著它的優(yōu)勢更加適合適在其使用。

在復(fù)合鉆井技術(shù)中，無論是短半徑還是中、長半徑水平井，通常應(yīng)用動力鉆具進(jìn)行井眼軌道控制作業(yè)，如造斜、糾斜、扭方位，采用動力鉆具還可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)斜鉆進(jìn)。對于水平井段，在高溫高壓的作用下，巖石硬度大，可鉆性變差，機(jī)械鉆速低，一些泥巖，泥質(zhì)砂巖也由常壓下的脆性向塑性或彈塑性轉(zhuǎn)化，破碎這種地層特別困難。另外鉆頭破碎巖石的水力及機(jī)械能量，由于沿程壓耗的增加而降低，從而造成水平部井段的機(jī)械鉆速大大降低。牙輪鉆頭的牙齒在這種巖石中破碎起來非常困難。且由于PDC鉆頭沒有滾動部件，使用壽命長，不會形成井下落物，造成井下事故。從而成為防斜鉆井、定向鉆井海洋鉆井和井下動力鉆井的高效、經(jīng)濟(jì)、安全的優(yōu)良的鉆井工具，成為牙輪鉆頭強(qiáng)有力的競爭者。

基于PDC鉆頭的這些優(yōu)點(diǎn)，近年來在國內(nèi)外被廣泛應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。要進(jìn)一步提高PDC鉆頭在復(fù)合鉆井中應(yīng)用的技術(shù)水平，必須加強(qiáng)相關(guān)的設(shè)計技術(shù)的研究，本文將對PDC鉆頭的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行初步探討。

PDC鉆頭是依靠金剛石的顆粒破碎巖石的鉆頭。它在低鉆壓下即可獲得較高的鉆速和鉆井進(jìn)尺，是石油鉆井中廣泛使用的一種高效鉆頭[3]。

動力鉆具配合PDC鉆頭鉆井，可以大大地提高機(jī)械鉆速、降低成本、縮短鉆井周期。螺桿鉆具的高轉(zhuǎn)速可以為PDC鉆頭提高切削速度提供井下動力保障。在動力鉆具與PDC鉆頭配合鉆井時，首先選擇配合較好的動力鉆具和PDC鉆頭，然后根據(jù)其性能和要求選擇合適的地層。

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井下動力鉆具是指能把鉆井液的能量轉(zhuǎn)化為鉆井破巖動力的井底鉆具，特別是與PDC鉆頭配合使用將大大地提高鉆井速度。此外，由于鉆桿不動，可以減少動力消耗，減輕鉆具及套管的磨損和破壞;用井下馬達(dá)鉆定向井和叢式井時，能夠有效地控制井眼軌跡。基于此，井下動力鉆井技術(shù)在實(shí)際鉆井中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，正愈來愈多地用來取代轉(zhuǎn)盤鉆井[4]。

2 應(yīng)用效果

延長油田PDC鉆頭總體使用情況：2006 以來年延長油田對鉆進(jìn)技術(shù)做了部分調(diào)整，原來的牙輪鉆頭常規(guī)鉆具逐漸被PDC鉆頭復(fù)合鉆具取代。

由表1常規(guī)鉆具與表2 復(fù)合鉆具（2006年）數(shù)據(jù)比較，可以看到復(fù)合鉆具與常規(guī)鉆具在延長油田應(yīng)用中，復(fù)合鉆進(jìn)的鉆速以及平均進(jìn)尺得到了極大的提高。

盡管如此，復(fù)合鉆井中還存在問題，螺桿鉆具扭矩偏低，鉆井參數(shù)有待優(yōu)化。為此，對螺桿鉆具參數(shù)進(jìn)一步調(diào)整。原來φ165(2006年)螺桿鉆具被φ172 7:8 螺桿鉆具取代.提高螺桿鉆具扭矩。

由表2與表3對比可以看出，2007年延長油田通過對螺桿鉆具的調(diào)整后，機(jī)械鉆速由2006年的32.10m/h 提高到2007年的35.80m/h，提高了11.53%。

由表4可以看出，2007年P(guān)DC鉆頭使用量大幅提高，PDC完成進(jìn)尺達(dá)到738589 米，占到總進(jìn)尺的56.9%。隨著各項(xiàng)配套技術(shù)的完善，PDC鉆頭使用水平有較大的提高。

3 結(jié)束語

通過對延長油田地質(zhì)條件的分析，以及對各種鉆頭鉆具優(yōu)選之后，我們得到了下面一些成果。

3.1 螺桿鉆具配合PDC鉆頭鉆井，可以大大地提高機(jī)械鉆速，降低鉆井成本，縮短鉆井周期。

3.2 采用螺桿鉆具配合PDC鉆頭鉆進(jìn)方式，首先選擇配合較好的螺桿鉆具和PDC鉆頭，然后根據(jù)其性能和要求選擇合適的地層，鉆進(jìn)應(yīng)嚴(yán)格遵守螺桿鉆具的使用規(guī)程，否則會損傷其壽命。

3.3 在螺桿鉆具上由原來的φ165 5:6 螺桿鉆具更改為φ172 7:8 螺桿鉆具，提高了扭矩，使機(jī)械鉆速提高13.8%。

3.4 通過提高鉆井液粘度、細(xì)化鉆井液維護(hù)，提高了鉆井液性能，增大泵的排量，最終達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益。

[1]劉謙.復(fù)合鉆井在吐哈油田的應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù)，2002，30(2):39-401.

[2]馮定.渦輪鉆具的復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù).石油鉆采工藝.2007.19-21.

[3]馬保松.PDC鉆頭的新發(fā)展及應(yīng)用[J].世界地質(zhì)，1996，15(4):94298.

[4]A 魯賓斯基.鉆井工程進(jìn)展(第二冊)[M].北京:石油工業(yè)出版社，1993.42244.