復雜地層優快鉆井中鉆頭和鉆井液優化配置

摘 要：對于地層比較特殊，機械鉆速、井下安全是制約鉆井速度的兩個基本方面。充分認識地層，有針對性改進PDC鉆頭，優選有機胺鉆井液體系可使油田鉆井速度大為提高。

關鍵詞：PDC鉆頭；鉆井速度；有機胺鉆井液；井下安全

某斷塊油層分布主要受儲層沉積相和斷層控制，各砂層組之間具有獨立的油水系統。為提高該斷塊厚油層儲量動用程度，改善開發效果，提高采收率，設計同臺水平井，地層東南傾，地層傾角4°，區域面積小，構造扭曲，斷塊主要受兩組斷裂系統控制，斷塊封閉，井斜超過 90°，該斷塊鉆遇諸多技術難點，屬高難度水平井。

1. PDC鉆頭應用

鉆頭是鉆穿地覆巖石的不可替代的工具。鉆頭的好壞，直接影響著鉆井工作的效率。某油田地層巖性有泥巖、砂巖、礫巖、火成巖等之分，各巖層的硬度和可鉆性差別巨大，可謂地質環境復雜。隨著對地層可鉆性的不斷認識，和PDC鉆頭的應用發展，PDC鉆頭的使用取得了初步的成功，機械鉆速有了成倍的增長，推動鉆井提速提效的發展。

1.1 PDC鉆頭使用情況

試用10種以上型號的PDC鉆頭，不同廠家不同型號的PDC鉆頭應用效果表現不一。

1.1.1鉆速高進尺少損壞嚴重.機械鉆速在20m/h以上，進尺800～1000m，鉆頭損壞嚴重，主要表現為崩齒、斷齒。如圖：

1.1.2機械鉆速慢鉆頭損壞輕使用價值低

這種類型鉆頭牙齒的攻擊性不強，自我保護嚴重，導致鉆頭無損耗，同時表現為吃不進地層，機械鉆速低。屬于不作為型鉆頭，與現鉆井的提速提效理念不相適應。

1.1.3鉆速高鉆頭損壞輕微進尺多

有些廠家的鉆頭使用效果很好，表現為機械鉆速高、鉆頭損壞少，進尺多。顯然這樣的鉆頭既能提高機械鉆速，又能減少起下鉆換鉆頭的時間。給鉆井帶來巨大的效益。

1.2地層巖性特點

地層主要為砂礫巖與泥巖不等厚互層。砂礫巖比較松散，其中礫石對牙齒有致命的沖擊作用。流一段油層頂蓋為致密性泥巖，其硬度不高，但塑性較大，防泥包是重點。在鉆進流三段的井中，不同的巖性對PDC鉆頭提出了不同的要求。一只PDC鉆頭不可能全面應對軟硬差別很大的地層，鉆井中PDC鉆頭主要應對的是玄武巖、火成巖之外的中軟砂礫巖泥巖互層。

1.2.1 牙齒特性及布齒要求

鉆頭牙齒要有很強的攻擊性，切削齒要有切削角度。內外齒的切削角度要相同，不要有一顆保守性強的牙齒。要求牙齒要有足夠的抗沖擊能力，對熱穩定性、研磨性的要求不高。1.2.2 PDC鉆頭冠部及刀翼結構選擇.針對地層的中軟特性，PDC鉆頭的冠部要有很強的攻擊性，要有利于水力清洗，其冠部形狀成凹形前旋結構，有利于牙齒之間相互借力，既可提高機械鉆速，又可減少牙齒的磨損，提高鉆頭的壽命。為了提高鉆頭的攻擊性，有利于水力清洗，避免泥包，應該采用單排齒而不是復齒結構。刀翼結構應該使用攻擊性強的直型或前傾型。刀翼數少的PDC鉆頭攻擊性更強，但刀翼數增加其抗沖擊能力也增強。根據地層中豐富的礫石夾層的情況，應該選用5刀翼結構。

2 鉆進參數對鉆頭的影響分析

優化的鉆進參數才能使優質的PDC鉆頭發揮出其威力。鉆井排量受設備井眼的影響，一般比較固定，沒有太多變化。鉆壓大小以吃入地層為準，根據地層的硬度、機械鉆速進行調整，一般在40-80KN。轉速則是影響PDC鉆頭的一個重要參數。

2.1 轉速對機械鉆速的影響。在研磨性輕的地層中，轉速越高，機械鉆速越快。潿洲組以下地層適用高轉速鉆進。

2.2 鉆速對鉆頭的影響。流三段中的火成巖地層則不適用高轉速。在上部地層，礫石發育豐富，且與被包地層的基本巖性硬度差別很大。高轉速使PDC鉆頭的牙齒承受更大的沖擊力，容易造成鉆頭的先期崩斷齒損壞。在下部地層的火成巖中，高鉆速則使鉆頭與地層的研磨加重，此現象可導致牙齒過熱，牙齒出現石墨化，使牙齒研磨性剝蝕損壞，牙齒銳度缺失，不能吃入硬地層，攻擊力降低，無法繼續硬地層中鉆進。

3 鉆井液體系優選

3.1 地層特點與井下復雜原因

目前所鉆地層為第四系、上第三系的望樓港組、燈樓角組、角尾組、下洋組和下第三系的潿洲組、流沙港組，其巖層多為泥巖、砂礫巖、砂巖不等厚互層其中流沙港組層段是重點關注井段，該地層泥巖易水化膨脹，發生鉆頭泥包和井壁失穩等鉆井復雜問題。

3.2 鉆井液體系發展

這些年來，鉆井一直使用聚磺防塌鉆井液體系，鉆井施工中時常出現鉆頭泥包、井壁失穩等復雜情況，嚴重影響了鉆井速度和效益。2013年引用胺基聚醇鉆井液體系，取得了很好的效果。

3.3 胺基聚醇鉆井液特點

研究資料表明，胺基聚醇能很好的鑲嵌在粘土層間，使粘土層緊密結合在一起，限制粘土水化膨脹，減少粘土的塑性以降低鉆頭泥包的可能性，另一方面通過吸附產生潤濕反轉，使鉆具表面由親水轉變為親油，降低了鉆具與鉆屑間的摩擦系數，減少了鉆頭、鉆具的泥包和無效研磨，從而提高了鉆頭的鉆進效率。胺基聚醇的一次、二次和三次巖屑回收率變化不大而且比較高，有利于井壁的長期穩定，減少井下復雜。

3.4 現場應用效果

針對某油藏地層特點、技術難點，推行使用胺基聚醇鉆井液體系，解決了鉆井中長期存在的鉆頭泥包和井壁失穩而引發的復雜問題，完井電測數據顯示，井眼規則，井徑擴大率小5%，大幅度提升了固井質量和鉆井速度。

4. 結束語

隨著人們實踐認識的不斷增加，鉆井行業技術水平在不斷發展。（1）適應地層的PDC鉆頭是提速提效的直接手段，由于鉆頭廠家對地層的認識不同，對鉆頭的定位不一樣，設計理念及側重點都有區別，致使鉆頭效果差別巨大。的PDC鉆頭仍有改進空間。在使用上也需要有具體的措施應對。PDC鉆頭的合理選擇與使用，才能實現真正意義上的提速提效。（2）胺基聚醇防塌鉆井液在某油田的使用，成功解決了某油田長期以來存在的鉆頭泥包和井壁失穩問題，有效促進鉆井速度的提高。優質鉆井液是安全快速鉆井的重要保障。

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