李凱(勝利石油管理局石油工程技術(shù)開發(fā)中心 山東東營 257000)

隨著定向井技術(shù)的不斷發(fā)展，定向井鉆井技術(shù)已經(jīng)成為油藏高效的開發(fā)重要方法。PDC鉆頭的工作壽命長，鉆井速度高，具有優(yōu)異的性能，因此得到了廣泛的應(yīng)用。定向井鉆井過程中鉆頭的鉆井趨勢直接關(guān)系到鉆井的井眼軌跡質(zhì)量。因此需要重點研究定向井PDC鉆頭研究，得到影響到定向井PDC鉆頭鉆井趨勢的影響因素。定向井井眼軌跡的影響因素較多，包括鉆井參數(shù)、鉆井設(shè)備、井深結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件等。所以定向井鉆井的井眼軌跡控制是非常復(fù)雜的，研究過程中會應(yīng)用到各個學(xué)科和行業(yè)知識。PDC鉆頭的鉆井趨勢是決定定向井鉆井井眼軌跡質(zhì)量的重要因素，通過建立PDC鉆頭影響因素對井眼軌跡的作用模型，可以有效的提高定向井鉆井的效率和質(zhì)量。

一、定向井PDC鉆頭鉆井趨勢影響因素分析

定向井鉆井過程中，井下PDC鉆頭上部的鉆具組合是影響到鉆頭鉆井趨勢的重要因素。鉆具組合指的是鉆頭上部鉆鋌、扶正器、鉆桿等設(shè)備型號和組合方式統(tǒng)稱。影響到鉆頭鉆井趨勢的鉆具組合參數(shù)包括扶正器數(shù)目、扶正器和井壁之間的間隙、動力鉆具型號、彎曲角度、鉆鋌數(shù)量和長度等，在定向井鉆井中，合理的鉆具組合可以有效的解決井下PDC鉆頭受力不均勻的問題，保證鉆頭的穩(wěn)定高效工作。實際鉆井過程中，需要結(jié)合所鉆地層的特點，合理的計算井下鉆頭的受力情況，確定出最佳的鉆具組合，保證鉆頭的鉆進趨勢能夠匹配設(shè)計的井眼軌跡。鉆井的井眼幾何參數(shù)也是影響到PDC鉆頭鉆井趨勢的重要因素，由于定向井井眼軌跡維數(shù)的不同，定向井井眼軌跡的幾何參數(shù)也不同。三維井身結(jié)構(gòu)中的定向井井眼參數(shù)要比一維定向井的井身結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)量多，而且復(fù)雜。定向井鉆井過程中，已經(jīng)鉆完的井眼，其井深結(jié)構(gòu)參數(shù)是不能夠改變，但是通過理論分析和數(shù)值計算的方法，可以對后續(xù)的PDC鉆頭的鉆井趨勢進行預(yù)測。鉆井參數(shù)的不同也會影響到定向井鉆頭的鉆井趨勢。定向井鉆井參數(shù)主要包括，鉆頭鉆壓、工作扭矩、泥漿泵排量、壓力、鉆井液密度、鉆井液粘度、鉆桿的轉(zhuǎn)速等。其中泥漿泵的工作壓力和排量等水力參數(shù)對于鉆頭偏移的影響較小。鉆壓的大小對于井下鉆頭的受力影響較大，如果鉆井過程中鉆壓較大，容易導(dǎo)致鉆頭的不穩(wěn)，以及鉆具組合的彎曲，彎曲后的鉆具組合對PDC鉆頭的側(cè)向力影響較大，如果產(chǎn)生的側(cè)向力較大，會嚴重的影響到鉆頭的鉆進趨勢，造成鉆頭的偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致井眼軌跡偏離設(shè)計的井眼軌跡。地層的特性也會影響到定向井PDC鉆頭的鉆井趨勢，地層的特性主要包括，地層的傾斜角度、地層巖性、巖石的硬度等參數(shù)，這些參數(shù)是定向井鉆井所必須面對的參數(shù)，通常情況下地層的參數(shù)是無法改變的，但是可以通過測量和實驗的方法，得到一個區(qū)域范圍內(nèi)的地層參數(shù)。在定向井鉆井的過程中，只能夠根據(jù)地層的參數(shù)，不斷的適應(yīng)和改進，從而保證鉆頭的鉆井趨勢滿足設(shè)計的要求。鉆頭是影響到PDC鉆頭鉆井趨勢的關(guān)鍵影響因素。鉆頭參數(shù)包括鉆頭類型、鉆頭尺寸、刀翼布置、切削齒、水力結(jié)構(gòu)等參數(shù)，在定向井鉆井過程中，首先要按照鉆井的設(shè)計標準，選擇出適合該井鉆井條件的定向井鉆頭，在條件允許的情況下，可以進行相應(yīng)的鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計改進，設(shè)計出更適合的鉆頭。鉆頭的類型確定后，鉆頭的結(jié)構(gòu)和水力參數(shù)基本確定，通常情況下，一只鉆頭下入到井底，如果不出現(xiàn)異常情況，鉆頭通常會一直使用到鉆頭的壽命結(jié)束，需要更換鉆頭類型時，可以在下次更換鉆頭時，再更換鉆頭的類型。

二、影響因素對定向井PDC鉆頭鉆井趨勢的影響規(guī)律分析

通過影響參數(shù)對定向井PDC鉆頭鉆井趨勢的影響規(guī)律分析，可以選擇出適合定向井PDC鉆頭鉆井的優(yōu)化參數(shù)，提高定向井的鉆井質(zhì)量。模擬結(jié)果顯示，其他條件不變的條件小，隨著底部鉆具組合中扶正器外徑不斷增大，井下鉆具組合開始向右偏轉(zhuǎn)，但是增大到某一個值后，井下鉆具組合又開始向左偏轉(zhuǎn)，因此需要合理設(shè)計鉆具組合的扶正器外徑，選擇出最佳的扶正器外徑，充分發(fā)揮扶正器在穩(wěn)定鉆頭方位方面的作用。通過地層參數(shù)對鉆頭鉆井趨勢研究得到，PDC鉆頭由硬地層鉆入到軟地層是，鉆頭會在側(cè)向力的作用下，向軟地層偏轉(zhuǎn)，這是由于鉆頭由硬地層轉(zhuǎn)到軟地層時，鉆頭在硬地層的鉆進速度要小，所以鉆頭向軟地層中偏轉(zhuǎn)。在其他條件不變時，增大鉆頭的鉆速，可以有效的提高鉆頭的鉆井速度，由于鉆頭橫截面上鉆頭的鉆進能力基本相同，所以當(dāng)鉆頭的鉆速增大后，可以改善鉆頭的受力狀態(tài)，從而減小PDC鉆頭鉆井過程中偏移，在進行穩(wěn)斜段鉆井過程中，可以適當(dāng)?shù)脑黾鱼@頭的轉(zhuǎn)速，但是不能無限的增大鉆頭的轉(zhuǎn)速，無限增大也是不可能的。鉆頭轉(zhuǎn)速的增加需要配合其他鉆井參數(shù)。確定合理的定向井鉆井參數(shù)，可以有效的穩(wěn)定PDC鉆頭的鉆井趨勢，保證定向井鉆井的速度和質(zhì)量。

結(jié)束語

定向井鉆井是一項復(fù)雜的鉆井工藝技術(shù)，如果不能夠進行有效的控制，會嚴重的影響到定向井的鉆井質(zhì)量。定向井PDC鉆頭的鉆井趨勢對于鉆井井眼軌跡的影響較大。影響到鉆頭鉆井趨勢的鉆具組合參數(shù)包括扶正器數(shù)目、扶正器和井壁間隙、動力鉆具型號、彎曲角度、鉆鋌的數(shù)量和長度等。定向井鉆井參數(shù)包括鉆頭鉆壓、工作扭矩、泥漿泵排量、鉆井液密度、鉆井液粘度、鉆桿轉(zhuǎn)速等。合理設(shè)計鉆具組合扶正器外徑，選擇出最佳的扶正器外徑。PDC鉆頭由硬地層鉆入到軟地層是，鉆頭會在側(cè)向力的作用下，向軟地層偏轉(zhuǎn)。通過研究對于改善定向井鉆頭的工作狀況，提高定向井鉆井的效率和質(zhì)量具有重要的意義。

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