新型导向PDC钻头

点击数：31342015-03-20 11:54:22　来源: 钻杆_金刚石钻头_煤截齿_支护-邯郸市开山矿业机械配件有限公司

在阿布扎比，尽管有先进的定向钻井技术和大功率的螺杆钻具，但是只有使用IADC 517牙轮钻头才能进行钻具面控制和达到油井设计所需的造斜率。81/2in井段要钻穿薄的碳酸岩层和厚的软页岩，然后进入碳酸岩储层。各种PDC钻头在钻这段井眼时效率都不高，其原因是无法控制钻具的工作面和以设计的造斜率钻穿软页岩。

1、油井规划8 in井段通常始于6600ft处的碳酸岩层底部，地层的抗压强度为9～21ksi。在7400ft～8100ft会钻遇抗压强度为3～5ksi的页岩。在此井段低抗压强度的软页岩和高抗压强度的硬岩层相互交错。在钻穿储层前，约有半数的定向钻井作业是在软页岩中进行的，井斜角约为40o。

井底钻具组合由典型的IADC牙轮钻头和1.5o～1.9o弯外壳的螺杆钻具组成。这种钻具组合可很容易按要求进行定向钻井作业，但由于轴承和切削结构的严重磨损往往不能在一次下井达到设计目标。而PDC钻头具有一次下井完成该井段的可能性。但早期使用常规PDC导向钻头的尝试因导向问题而失败。为了克服这一问题，由来自油公司和服务公司的工程师小组开发出一种PDM/PDC钻头，以便钻难钻的交互层。

1、工程师小组的目标工程师小组的目标是至少把单位进尺的成本降低25%。计算表明，单只钻头的平均钻速约达到牙轮钻头的两倍即35ft/hr时才能满足要求。此外，定向钻进要求钻头的造斜率应保持在10o～12o/100ft。工程师小组为提高系统的整体性能，开发出一种更高功率的钻井马达。

2、钻头技术研究表明，钻具面的控制是阻碍PDC钻头成功的主要原因。其主要影响因素是钻柱的柔性和PDC钻头的攻击性。

（1）油井设计规定约在6000ft处由垂直井开始造斜。由于此深度影响到钻柱抗扭强度，故它对工具面控制十分重要。

（2）PDC钻头比牙轮钻头更难控制的原因有两种：一是由于PDC钻头是靠剪切而不是靠压碾来破岩的，所以需要的扭矩较大。其钻进过程一般不很顺利，高扭矩易导致井底扭矩不断变化，再加上钻柱的柔性较好，致使工具面常常不稳定。二是其破岩速度快。钻压变化直接影响到PDC钻头的扭矩，造成反扭矩增大从而使工具面位置发生变化。设计者在PDC切削结构的边缘设计了较大的倒角，以降低PDC钻头的攻击性。

3、切削件吃入地层深度的控制通过调整切削件的倾角，可控制PDC钻头切削件吃入地层的深度和控制切削件所需的能量。新型导向钻头具有限制吃入深度的支撑面，并调整了切削件的出刃高度和几何形状，切削件只能吃入指定的深度。此外，支撑面与井底接触，增加了钻进所需要的钻压和扭矩，降低了钻头的攻击性。

4、井下钻具组合（BHA）技术为满足高钻速的要求，需要把泥浆马达与PDC钻头组合起来。新一代泥浆马达具有两种特点：一是降低了橡胶定子的厚度，这就降低了定子变形的可能性，使机械效率明显提高。二是改变了马达的弯曲装置，使弯外壳可调到更大的弯曲角，这对在旋转条件下进行导向钻进控制和保持良好的清洁是非常重要的……新的泥浆马达和新型PDC钻头不仅可以在一次下井钻穿页岩层到达着陆点，且能顺利完成定向工作，效果良好。

新式PDC钻头使每英尺的成本降低了39.21美元，72只新钻头共节省了470万美元。平均机械钻速由18ft/hr提高到37.78ft/hr。一只钻头可以从一层套管鞋深度钻到另一层套管鞋深度，而在过去需要两只或两只以上的牙轮钻头。