王許艷

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井一公司，黑龍江 大慶 163411）

石油是我國(guó)重要的礦產(chǎn)能源，是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的保障型能源。近年來我國(guó)油田進(jìn)入了中后期的開發(fā)開采階段，在該階段油田開發(fā)開采的難度逐步提高，鉆井工程需要面臨更為復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，傳統(tǒng)鉆井技術(shù)已經(jīng)不能滿足實(shí)際的施工需求。PDC鉆頭逐步普及應(yīng)用，目前我國(guó)多數(shù)鉆井企業(yè)已經(jīng)普及應(yīng)用了PDC鉆頭技術(shù)，鉆井效率以及鉆井質(zhì)量進(jìn)入了全新的階段，但優(yōu)快鉆井技術(shù)也為錄井工作帶來新的問題與挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步的研究和完善。

1 PDC鉆頭工作原理以及技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1.1 PDC鉆頭技術(shù)優(yōu)勢(shì)

PDC 鉆頭全程聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭，近年來已經(jīng)逐步取代了牙輪鉆頭成為了我國(guó)鉆井工程的主要破巖鉆頭。相比牙輪鉆頭PDC 鉆頭有著明顯的提速降本優(yōu)勢(shì)，目前已經(jīng)處于鉆井設(shè)備市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。PDC 鉆頭最早由CE 公司研發(fā)并投入市場(chǎng)，前身為Stratapax 系列石油地質(zhì)鉆頭產(chǎn)品，經(jīng)過數(shù)十年的不斷完善發(fā)展逐步發(fā)展為現(xiàn)今使用的PDC鉆頭。

目前我國(guó)以頁(yè)巖為首的塑性巖層開采項(xiàng)目數(shù)量逐步增加，牙輪鉆頭在塑性巖層的鉆進(jìn)過程中受鉆頭結(jié)構(gòu)原因決定，會(huì)在壓持作用下出現(xiàn)井底泥包的現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆進(jìn)效率降低以及設(shè)備損壞的問題出現(xiàn)。近年來鉆井中使用的泥漿比重不斷增加，泥包現(xiàn)象造成的問題更為凸顯。該問題一度成為鉆井設(shè)備技術(shù)攻關(guān)的重要方向，許多鉆井設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)，針對(duì)該問題研發(fā)設(shè)計(jì)大量的完善措施但始終收效甚微，直到PDC系列鉆頭的推廣應(yīng)用，才徹底地解決了該問題。早期的PDC鉆頭極大地解決了泥包問題的出現(xiàn)，同時(shí)伴隨PDC切削齒的問世，PDC 鉆頭逐步在多種地層的鉆井中取代了牙輪鉆頭。但受PDC 材料特點(diǎn)決定，dpc 鉆頭硬度以及抗高溫、高壓能力上均弱于牙輪鉆頭，導(dǎo)致在堅(jiān)硬、研磨類地層的鉆井中仍無法取代牙輪鉆頭。為了更好地發(fā)揮PDC鉆頭的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，貝克休斯公司率先研發(fā)出牙輪與PDC鉆頭相結(jié)合的復(fù)合型PDC鉆頭，在保留PDC鉆頭諸多技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也有效地提高了鉆頭硬度以及溫度、壓力的耐受性，提高了鉆頭的應(yīng)用空間?，F(xiàn)推出的復(fù)合鉆頭共有兩種設(shè)計(jì)，一種是小尺寸兩刀翼、雙牙輪鉆頭，另一種為稍大尺寸的三刀翼、三牙輪鉆頭。這些鉆頭的設(shè)計(jì)基于四刀翼和六刀翼PDC 鉆頭，而副刀翼的位置則被短尺寸的牙輪所替代。這樣，井眼的中心位置是由位于主刀翼上的PDC切削齒完成破巖的，而井眼外圍部分的鉆進(jìn)由牙輪和刀翼上的切削齒共同完成，井眼外圍部分的破巖難度較高，破巖效果主要取決于牙輪與刀翼的配合。

1.2 PDC鉆頭的工作原理

PDC 鉆頭的核心工作原理就是通過與動(dòng)力端相連接獲取動(dòng)力，通過對(duì)鉆頭加壓和旋轉(zhuǎn)，不斷對(duì)地面進(jìn)行切削，最終實(shí)現(xiàn)破碎和穿越地層的目的。鉆頭穿越巖層時(shí)屬于對(duì)巖層進(jìn)行機(jī)械擠壓作業(yè)，從本質(zhì)上看鉆頭將動(dòng)力端提供的力量通過旋轉(zhuǎn)的機(jī)械作用傳遞至巖層中，導(dǎo)致巖層發(fā)生滑移變形碎裂，逐步將巖石轉(zhuǎn)化為巖屑，這與牙輪型鉆頭的工作原理顯著不同。牙輪型鉆頭主要依靠沖擊力破碎巖石達(dá)到穿越的目的，牙輪鉆頭在鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的巖屑通常體積較大，而PDC鉆頭產(chǎn)生的巖屑則十分細(xì)小接近粉末的狀態(tài)。因此PDC 鉆頭具有更高的穿越性能以及穿越效率，同時(shí)由于使用過程中沖擊力較小，設(shè)備承壓較低其使用成本以及使用壽命均優(yōu)于牙輪鉆頭，同時(shí)施工過程中設(shè)備穩(wěn)定性較高，可以有效降低井斜現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2 PDC鉆頭對(duì)地質(zhì)錄井效果的影響

2.1 巖屑采集

根據(jù)前文所述受PDC 鉆頭的工作原理決定，PDC鉆頭在鉆進(jìn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉末狀巖屑，巖屑顆粒粒徑較小，目前鉆井工程中使用的震動(dòng)篩設(shè)備篩布孔隙較大，會(huì)造成篩濾時(shí)大量的細(xì)小巖屑流失，導(dǎo)致巖屑采集量小于真實(shí)巖屑產(chǎn)生量，巖屑樣本采集失去意義，達(dá)不到巖屑取樣的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也會(huì)對(duì)后續(xù)錄井工作的精度以及應(yīng)用效果造成較大的影響，也直接影響了剖面符合率。

2.2 利用鉆井時(shí)劃分巖性和地層

在使用牙輪鉆頭時(shí)進(jìn)行鉆井時(shí)，一般需要使用相應(yīng)的測(cè)量設(shè)備以及傳感器設(shè)備對(duì)鉆井設(shè)備的工作狀態(tài)以及地下情況進(jìn)行全面的監(jiān)控和測(cè)量，根據(jù)鉆進(jìn)中參數(shù)變化來判斷巖石性質(zhì)，并進(jìn)行地層類型的劃分。但在使用PDC 鉆頭以后，由于鉆頭工作原理不同，鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的砂、泥、鉆屑等固體顆粒的變化不夠明顯。在使用牙輪鉆頭系列設(shè)備時(shí)，砂巖鉆時(shí)通常在5～10min/m，泥巖則是15～20min/m。使用PDC 鉆頭后，鉆時(shí)有了明顯的變化，尤其是帶有螺桿的復(fù)合鉆井工程鉆時(shí)更是明顯的縮短，因此在使用PDC 鉆頭時(shí)，工作人員很難對(duì)巖性以及地層情況進(jìn)行精準(zhǔn)的判斷。

2.3 巖屑描述和判別油氣顯示

如前文所述使用PDC 鉆頭鉆井時(shí)產(chǎn)生的巖屑粒徑較小，導(dǎo)致錄井中對(duì)巖屑信息描述十分困難，工作難度增加。例如某鉆井工程在鉆進(jìn)施工中，該地層的巖性組合特性為灰色泥巖夾雜灰色粉末以及細(xì)砂巖，但在使用PDC鉆頭后，由于PDC鉆頭的深度研磨作用產(chǎn)生的巖屑十分細(xì)小，導(dǎo)致兩種巖屑極難通過視覺以及手感直接分辨，為后期的描述工作來帶極大的障礙。

3 優(yōu)快鉆井條件下地質(zhì)錄井技術(shù)的改進(jìn)措施

3.1 巖屑撈取和清洗的方式

在使用PDC鉆頭的鉆井錄井工作中，由于PDC鉆頭產(chǎn)生的巖屑較為細(xì)小，因此在粗過濾階段應(yīng)使用最低80目以上的震動(dòng)篩，從而規(guī)避細(xì)小巖屑在初篩時(shí)流失的可能。在松軟地層的鉆井過程中，有此類地層巖石密度較低巖性較差鉆進(jìn)過程中容易產(chǎn)生大量的泥漿，錄井工作人員需要在工藝的緩沖槽位置，從泥漿中獲得巖屑進(jìn)行分析描述。在巖石密度大的超深井鉆井過程中，錄井工作人員一般需要根據(jù)震動(dòng)篩返砂的細(xì)節(jié)變化來判斷取樣筒的具體位置，因此為了確保錄井描述的客觀性與準(zhǔn)確性，鉆井工藝需要確保振動(dòng)篩可以穩(wěn)定高效地將巖屑篩選后輸送至取樣筒中，為此每次取樣后，工作人員需要對(duì)取樣系統(tǒng)進(jìn)行清理和恢復(fù)，為連續(xù)取樣提供環(huán)境基礎(chǔ)。

目前我國(guó)鉆井工程隊(duì)伍中使用的震動(dòng)篩多數(shù)為直面邊緣結(jié)構(gòu)，而多數(shù)鉆井隊(duì)伍中使用的取樣桶卻為圓形桶，兩種設(shè)備的匹配度以及兼容度較低，圓形取樣筒的開口厚度較高，在與振動(dòng)篩進(jìn)行連接時(shí)無法緊密結(jié)合，導(dǎo)致泥漿會(huì)從振動(dòng)篩與取樣筒口之間的縫隙大量流失，導(dǎo)致巖屑取樣失真影響到下一步的描述工作。針對(duì)此類情況鉆井施工隊(duì)伍應(yīng)根據(jù)自身的工藝現(xiàn)狀，對(duì)兩者的兼容度進(jìn)行優(yōu)化和完善，使用方形取樣盆，從而讓取樣容器可以和振動(dòng)篩形成良好的密封，增加取樣器具與振動(dòng)篩之間的接觸區(qū)間，從而最大限度降低取樣過程中泥漿的流失，從而有效地提升真巖屑的收集量。

此外，巖屑的清洗工作中，工作人員也應(yīng)嚴(yán)格按照操作流程進(jìn)行操作，遵循各項(xiàng)清洗原則。首先在初步清洗中應(yīng)嚴(yán)格控制清洗用水的水壓，避免清洗過程中對(duì)巖屑產(chǎn)生較高的沖擊力破壞巖屑結(jié)構(gòu)造成巖屑流失。其次，在水槍的沖洗過程中，要對(duì)巖屑不斷地?cái)嚢?，逐步清洗雜志還原巖屑原本的顏色，避免靜態(tài)沖洗造成巖屑清洗不均的現(xiàn)象發(fā)生。最后，在清洗的過程中操作人員應(yīng)實(shí)時(shí)地觀察洗砂水顏色變化過程，判斷是否存在疏松砂巖、含油巖屑等物質(zhì)，減少其流失的可能。

如果在清洗過程中通過對(duì)洗砂水的觀察推斷出存在含油巖屑以及疏松砂巖，需要及時(shí)終止清洗對(duì)巖屑進(jìn)行分類，其中常規(guī)巖屑繼續(xù)進(jìn)行沖洗，疏松砂巖以及含油巖屑則進(jìn)行沖擊力更小的簡(jiǎn)單漂洗，減少清洗巖屑造成的損失。

3.2 提高鉆時(shí)可利用性

受PDC鉆頭的破巖原理決定，PDC鉆頭在鉆進(jìn)過程中由于PDC鉆頭的高研磨特征，鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的砂、泥巖在鉆時(shí)特征都十分模糊難以區(qū)分。但PDC鉆頭鉆進(jìn)過程中返出的巖屑的特征則可以直接反映出地層巖性的相關(guān)作用。因此在優(yōu)快鉆井條件下進(jìn)行鉆進(jìn)施工時(shí)，需要擺脫傳統(tǒng)工作方法的束縛，充分地考量鉆時(shí)巖性以及地層劃分是否存在不適應(yīng)、不匹配、不精確的情況。在油藏深度較低，成巖沒有受到較強(qiáng)的壓實(shí)作用的地層鉆井中，由于地層特點(diǎn)決定鉆頭旋轉(zhuǎn)阻力較小，機(jī)械鉆速高，此時(shí)鉆時(shí)的參考價(jià)值也受到了影響，鉆井過程中產(chǎn)生的巖屑更加粉碎，砂泥巖的特性不夠明顯難以區(qū)分。但伴隨油藏深度的不斷增加，巖石在形成過程中受到更大的地層壓力，巖石密度顯著提高，此時(shí)使用PDC鉆頭鉆井產(chǎn)生的鉆時(shí)則具有鮮明的特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的可描述特征。同時(shí)地層巖性的變化分界線也能夠從鉆時(shí)的突變界線當(dāng)中展現(xiàn)出其變化細(xì)節(jié)，顯然此時(shí)的鉆時(shí)極具備比較明顯的分層參考價(jià)值。但在實(shí)際鉆進(jìn)工作當(dāng)中，工作人員依舊需要根據(jù)實(shí)際工程中巖屑巖性以及巖石中各類礦物質(zhì)的組成成分以及參數(shù)變化特點(diǎn)，與鉆時(shí)充分結(jié)合，對(duì)巖性和地層的界限進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的矯正。

在目前的鉆井施工隊(duì)伍中，多數(shù)施工隊(duì)伍都普及和應(yīng)用了復(fù)合型鉆具，其中以PDC鉆頭和螺桿鉆具組合的復(fù)合型鉆具占比最高。螺桿鉆具可以有效提高PDC 鉆頭的機(jī)械鉆速，從而提高鉆進(jìn)效率。以某油田鉆井隊(duì)伍為例，該鉆井隊(duì)使用的是241.3mmPDC 鉆頭+197mm 的動(dòng)力鉆具+177.8mm 鉆鋌+240mm 扶正器等[3]。施工井段為1494.86～3 864.25m 之間，機(jī)械鉆速為24.47m/h，最終的最大井斜為1.12°，控制效果十分優(yōu)秀。該技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)是可以有效利用機(jī)械能量，提高鉆頭的機(jī)械效率，在全面提高鉆井效率的同時(shí)也有效降低了鉆頭事故的產(chǎn)生可能性。根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，該技術(shù)在與之匹配的巖層中，相比傳統(tǒng)鉆井工藝，鉆井效率可以提高60%。

4 結(jié)束語

PDC 鉆頭以及相關(guān)高新鉆井技術(shù)的應(yīng)用，有效地提高鉆井工程的施工效率以及施工質(zhì)量，但也對(duì)巖屑描述以及地層巖性分析的結(jié)果帶來了較大的影響。為了確保錄井工作質(zhì)量，錄井工作人員就必須與時(shí)俱進(jìn)，不斷對(duì)工作方法進(jìn)行整改完善，不斷創(chuàng)新鉆井技術(shù)，為地質(zhì)錄井技術(shù)在優(yōu)快鉆井條件下迅速穩(wěn)定的發(fā)展提供穩(wěn)定保障。