螺桿鉆具與PDC鉆頭的鉆井技術在深井中的應用

　　海洋鉆井公司某鉆井平臺在勝利油田海域埕北區塊中深直井中，優選PDC鉆頭，成功運用螺桿鉆具配合PDC鉆頭優快鉆井技術，在該區塊施工的CB327井完鉆井深3965m，平均機械鉆速、鉆井周期等均創該區塊同井深記錄；勝利鉆井院產P5363S型PDC鉆頭創該區塊單只PDC鉆頭單遞鉆進尺最多記錄；深遠DF1606U型PDC鉆頭創該區塊東營組機械鉆速最快記錄，螺桿鉆具配合PDC鉆頭優快鉆井技術也成為該地區提高鉆井速度的可靠途徑。

　　地層特點

　　勝利油田海域埕北區塊地層各層厚度大約為平原組350m，明化鎮組1050-1250m，館陶組1000-1200m，東營組1200m，沙河街組100m（未穿）。其中平原組地層巖性為灰黃色、棕紅色粘土及流砂層，地層極軟、可鉆性強；明化鎮組地層巖性為棕紅色泥巖為主夾薄層粉砂質泥巖、灰綠色粉砂巖、泥質粉砂巖不等厚互層，地層極軟到中軟，可鉆性強；館陶組地層巖性為棕紅色灰綠色泥巖、灰白色砂礫巖互層，地層中軟到軟，可鉆性強，底部砂礫巖對鉆頭有損壞作用；東營組地層上部巖性為淺灰色粉砂巖，細砂巖為主夾灰色泥巖不等厚互層，可鉆性強，鉆速低于以上地層，下部為厚層褐灰色泥巖，壓實程度高，致密，顏色由灰色泥巖向深灰色泥巖過渡，地層硬到中硬，可鉆性較差；沙河街組地層巖性為褐灰色灰質油泥巖夾薄層灰色泥質白云巖、白云質泥巖，地層硬到中硬，可鉆性較差。

　　優快鉆井技術原理分析

　　241.3mm井眼中鉆具組合1：

　　￠241.3mmPDC+￠197mm螺桿+￠177.8mm無磁鉆鋌+￠241mm扶正器+￠177.8mm鉆鋌11根+5"DP

　　鉆具組合2：

　　￠241.3mmPDC+￠197mm螺桿（單彎0.75度）+￠177.8mm無磁鉆鋌+￠241mm扶正器+￠177.8mm鉆鋌11根+5"DP

　　2.1 PDC鉆頭快速鉆進技術

　　PDC鉆頭破碎巖石的作用機理與牙輪鉆頭相比有著本質上的不同，它完全是靠吃入、剪切破巖方式破碎地層而不是靠滾動、撞擊破巖，因此鉆頭的切削速度與轉速成正比關系，而鉆壓對其切削速度影響不大。也就是說PDC鉆頭適合于在較高轉速低鉆壓條件下作業，因為在轉盤鉆井中隨著井眼的加深，大部分的井段只能采用60～80轉/分的轉速鉆進，所以僅靠轉盤不能充分發揮PDC鉆頭的作用。而螺桿鉆具的高轉速，可以為PDC鉆頭提高切削速度提供井下動力保障，因此螺桿鉆具配合鉆頭可以大幅度地提高機械鉆速。并且高轉速、小鉆壓、鐘擺鉆具，可以有效地防止井斜；鉆具組合2使用單彎螺桿鉆具產生的偏心鐘擺鉆具效果，配合PDC鉆頭在復合鉆進時，防斜、糾斜效果較好，確保井身質量合格。

　　2.2 防斜打直技術

　　鉆具組合2在井下工作時，屬于一個偏軸的鐘擺鉆具組合，受動態軸向力、橫向力（離心慣性力）、彎矩、扭矩和鉆井液阻力聯合作用的渦動系統，符合偏軸鉆具的工作原理。施加鉆壓變形后的鉆具組合在井眼內做穩定的弓形回旋運動，以至鉆頭均等切削井壁四周，形成了較大的降斜力，可以在傾斜地層中克服較大的地層力而達到糾斜目的。該鉆具組合在旋轉時會產生較大的離心力，保證穩定的公轉效應。同時，當鉆具組合的“重邊”從井眼上側轉向井眼下側時，“重邊”下落，帶動鉆頭對井眼下側產生一個沖擊力，該力將部分抵消井底巖石的造斜趨勢，能夠達到防斜打直的效果，適用于地層傾角較大的區塊快速鉆進。

　　現場應用效果

　　3.1 優選PDC鉆頭

　　針對勝利油田樁西區塊的特點上部明化鎮組和館陶組井段屬于軟和中軟地層，考慮到館陶組下部砂礫層對PDC鉆頭有損壞作用，因此選用價格相對較低的鉆井院產大直徑、雙復合片的四刀翼或五刀翼PDC鉆頭，選用型號為P273M和P266M、P5363s鉆頭試驗，一趟鉆鉆穿明化鎮組和館陶組至東營組鉆時變慢陡增時起鉆換鉆頭，此鉆頭吃入地層多，機械鉆速快，且價格便宜，有良好的經濟技術指標；東營組和沙河街組屬于硬和中硬地層，選用川石、深遠、BEST產的小直徑、單復合片六刀翼、七刀翼PDC鉆頭加螺桿鉆具復合鉆進，此鉆頭牙翼多，能夠吃入地層，保徑效果好。

　　3.2 優選鉆井參數

　　在241mm井眼中使用197mm螺桿鉆具復合鉆進時，推薦鉆壓20-100KN，頂驅轉速60-80轉/分，推薦排量35L/S；泵壓選擇要考慮螺桿鉆頭水眼壓降要求，盡量提高泵壓，保證鉆頭的水馬力，提高水力破巖和清洗井底效果，推薦泵壓18-20MPa。

　　3.3 應用實例

　　埕北42井、埕北326井、埕北327井是預探井、直井，設計井深分別為3950m、3650m和3950m，位于渤海灣埕北海域，構造位置位于埕北凹陷北部陡坡帶，鉆探目的是了解埕北凹陷北部第三系含油情況，主要目的層為東營組和沙河街組兼探明化鎮組、館陶組。

　　在CB42和CB326井二開241mm井眼中使用鉆具組合2；考慮到該區塊地層傾角小，在CB327二開241mm井眼中使用鉆具組合1，井斜、全角變化率、井底位移均合格，井眼軌跡控制光滑。

　　在東營組和沙河街組選用合適的PDC鉆頭，是整口井提高機械鉆速的關鍵，CB327井優選深遠DF1606U和DF1307U鉆穿東營組至完鉆井深，有效的提高了機械鉆速，減少了起下鉆時間，井深比CB326深300m的情況下，全井機械鉆速19.20m/h比CB326井9.83m/h提高95.32%，鉆井周期縮短13.47天。而在CB42中選用了不適合該區塊東營組和沙河街組地層的PDC鉆頭，機械鉆速反而不如CB34和CB326井使用牙輪鉆頭機械鉆速高。

　　認識和建議

　　1、利用鐘擺鉆具組合的防斜特點，結合井下動力鉆具高轉速的特性，加上長壽命、高轉速的PDC鉆頭，輔之以頂驅/轉盤鉆進，是目前中深井防斜打快的較常用技術，應用該技術既能解決井斜問題，又可以大幅度提高鉆速，是降低鉆井綜合成本的有效的途徑之一。

　　2、在勝利油田海域埕北區塊，找出適合在東營組及沙河街組地層鉆進的PDC鉆頭是提高該區塊機械鉆速的關鍵所在，如果PDC鉆頭不能吃入地層，PDC鉆頭只能以研磨的方式破巖，其破巖效率大大降低，隨之鉆進速度也大大降低。在CB328井的鉆進中將試驗用單只深遠DF1307U型PDC鉆頭鉆穿東營組，鉆至完鉆井深，減少起下鉆時間，縮短鉆井周期。

　　3、在鉆進過程中，使用試鉆法尋找合適的鉆井參數和水力參數可以提高機械鉆速，在CB328井中，將進一步優化鉆頭水力參數，提高井底清潔能力，并形成配套的區域化鉆井模式，帶動該地區中深井鉆井速度的整體提高。

　　4、使用PDC鉆頭鉆進，就保護好PDC鉆頭，防止PDC鉆頭的初期破壞，在PDC下到井底時和正常鉆進前，必須先井底造型，在硬到中硬地層中應用“遞增鉆壓井底造型法”，加快造型速度，保護PDC鉆頭，提高進尺工作時效。

　　5、采用螺桿鉆具配合PDC鉆頭方式鉆進應嚴格遵守螺桿鉆具的使用規程否則會損傷其壽命。