浅谈PDC钻头的使用

浅谈PDC钻头的使用作者：李炳任、张健（30530钻井队）摘要：随着钻井工艺的不断完善和钻井技术的不断更新，优质高效成为石油钻井的主旋律。近年来，大量的技术进步使PDC钻头在钻头市场上占有重要份额，而且其份额还在不断增长,PDC钻头使用逐渐普及.因此，PDC钻头的合理使用，将成为提高钻速、降低成本、增加效益的重要环节。关键词：PDC钻头优选使用今年，我们选择了PDC钻头及复合定向钻井技术。通过使用我们认为：PDC钻头的优点很多。PDC钻头机械转速高，耐磨性非常强，寿命长，极大的提高了钻井时效；钻进时钻压小，不容易井斜且降低钻具事故，提高钻具的使用寿命等。一.PDC钻头的技术优点首先是采用了抗研磨性和抗冲击性更好的人造金刚石材料；其次是聚晶金刚石薄片与碳化钨圆片接触面的几何形状也更合理；最后是PDC钻头的热稳定性很好，热稳定极限可以达到1150℃。PDC钻头的破岩机理就是剪切。剪切作用在破岩时起主要作用。二.PDC钻头的优选选择PDC钻头主要取决于所钻岩层的特性，还有如钻进能力（钻速）、水马力、导向能力和耐磨性等。PDC钻头主要应用于软至中硬地层的钻进，钻头钻井过程中会产生大量的岩屑。水力能量对于钻头的清洗和冷却是必不可少的，水力能量的利用效率是影响钻头机械钻速的最重要因素之一。钻头与地层作用的结构分为3部分：切削结构，主动保径和被动保径。PDC钻头的钻进能力无疑是影响钻井成本最重要的因素。PDC钻头切削件的特性、后耙角、切削件排布、切削件的数量和尺寸是影响钻头钻进能力的主要参数。通常，减小切削件的后耙角可以提高钻速，但切削件的抗冲击能力下降。抗压强度、研磨性和孔隙压力是影响选择钻头的主要因素。总之要根据所钻地层和钻井条件选择切削件的数量和尺寸。三.合理的使用PDC钻头可降低费用，节约成本我队使用的PDC是胜利产的五刀翼φ222.3P5263MF钻头，喷嘴直径10*10*10*10*10*11。在桐31-26井中，使用地层为环河至洛河，由于经验不足致使机械钻速为21.5米/小时，在桐30-24井，使用PDC钻头复合钻进，使用地层为环河至洛河，机械钻速为41.39米/小时。但在庄74-29井组中，庄74-29井，使用PDC钻头常规钻进，机械钻速为33.91米/小时，庄75-30井使用PDC钻头复合钻进，机械钻速为31.92米/小时。只要运用合理的钻井参数及良好的钻井液，常规钻进并不比复合钻进机械钻速低，而且还可以降低螺杆费用，节约成本。在庄77-31井中，二开后直井段，使用PDC钻头钻进，进入洛河底界后，密切注意钻时变化，如果发现钻时一旦变慢或有严重连续蹩跳现象，则立即起钻，最后PDC钻头正常穿过安定、直罗,进入延安；在直罗地层钻时为1-2米/分种，在延安地层钻时为2-3米/分钟，在以往使用三牙轮钻头，延安地层钻时为5-7分钟。使用PDC钻头使得钻井周期为8天9小时，使我队的钻井周期明显缩短。PDC钻头的使用获得了成功，可以由表1和表2看出PDC钻头的机械钻速高于普通三牙轮钻头，使用寿命长，使用井段长，避免中途起下钻换钻头，节约了时效；目前我队的这只PDC钻头共使用6口井，总进尺4327米,目前钻头新度75%，还可以继续使用。PDC钻头使用钻头使用统计表（表1）井号井深进尺（米）纯钻时间（时）机械钻速对应地层钻压（KN）钻速（转/分）排量（L）泵压（MPa）桐30-26162-49132915:3021.22环河7060305.5491-76026915:3017.35华池7060306桐30-26A158-58042215:3027.22环河4060307.5580-7701908:0023.75华池40复合307.5770-9501808:0022.5洛河50复合307.5桐30-24157-5704138:3048.59环河40复合308570-8102408:0030华池40复合308庄74-29250-4502006:0033.33环河8060306.5450-6401905:3034.54华池8060306.5庄75-30241-4401996:0033.16环河50复合307.5440-6402006:3030.77华池50复合307.5640-96532513:0025洛河50复合307.5庄77-31257-4501938:0024.12环河8060305.5450-6502008:3023.53华池10060305.5650-95030010:3028.57洛河8060305.5950-10601106:0018.33安定10060305.51060-12902308:3027.05直罗10060305.51290-14271376:3021.07延安10060305.5三牙轮钻头使用统计表（表2）井号钻头类型井深进尺（米）纯钻时间（时）机械钻速对应地层钻压（KN）钻速（转/分）排量（L）泵压（MPa）西37-028SHT22R284-110081634:0024环河、华池、洛河15060307西38-028SKH447G288-75046217:3026.4环河、华池15060307SKH447G862-161170142:0016.69洛河、安定、直罗18060307.5西31-021SKH447G218-1220100260:0016.7环河、华池、洛河、安定、直罗17060306西29-023SKH447G219-105083133:0025.18环河、华池、洛河15060306SKH447G1170-150933916:0021.6安定、直罗15060306西29-024SKH447G214-93872433:3021.61环河、华池、洛河15060306CQB517998-177077257:0013.54安定、直罗20060307西30-022SKH447G216-113091449:3018.46环河、华池、洛河15060307SKH447G1170-141224211:0022安定、直罗20060307西31-022CQA517224-79056635:0016.17环河、华池18060307四.使用PDC钻头应注意以下几点1．在钻头接近井底时将泵的排量开到最大，而后启动转盘，将转速控制在30～60rpm。缓慢下钻直至钻头接触井底。2．新的井底形成后，就可以平缓、均匀地增加钻压直至达到正常钻进时的钻压水平。对于极软地层，该钻压与起始钻压非常接近。对于较硬的地层，钻头磨合形成新井底将花费较长的时间，最终的正常工作钻压也较高。最佳的钻压值应该是：当钻压达到此值后，钻头的机械钻速ROP不再随着钻压新的增加而增加，或钻头扭矩已达到极限扭矩值。3.钻头的最佳转速应该是：当转速达到此值后，钻头的机械钻速ROP不再随着转速新的增加而增加，或钻头扭矩已达到极限扭矩值。通常情况下，钻头在较软的岩石中钻进时的机械钻速ROP对转速的变化更加敏感。对于较硬、研磨性较强的地层，高的钻头转速易导致切削齿提前磨损失效。因此，及时监测钻头钻速ROP随转速RPM的变化情况是很重要的，这样我们可以在最低的转速下达到预期的机械钻速。4．当钻遇岩性变化的地层时，应连续监测和调整钻压和转速，以达到最优的钻头寿命和钻进速度。5.接单根：接单根时不宜直接将钻头提离井底，而应先使钻压自然释放。这对于减少PDC切削齿的热冲击是很有效的，尤其是在钻进较硬岩层时。接单根完成后，钻头重新入井，钻井泵恢复全排量，转速和钻压应平缓地逐渐增加至正常值。谢谢大家!谢谢大家!