綏中油田鉆頭優選及應用分析

　　綏中油田發現于1987年，是在渤海海域發現的第一個石油儲量超過億方的大型稠油油田。綏中油田調整井屬于井間加密，用一位中海油鉆完井專家的話說是“在兩個掃把之間再插一個掃把”，項目實施難道大[1-5]，主要難點：（1）叢式加密井井間防碰風險大；（2）衰竭油藏儲層保護難；（3）調整井需要提高鉆井時效，降低費用。通過鉆頭高效的機械鉆速和鉆頭總進尺，減少因鉆頭因素起下鉆的次數，保障鉆井作業時效，降低作業費用。為此對鉆頭的能力提出了更高的要求。調整井項目通過建立鉆頭選型原則，優選鉆頭型號，有針對性的優化鉆頭結構，取得了良好效果。
　　1 綏中油田基本情況
　　1.1 地層特性
　　綏中油田主要目的層在東營組，要揭開東營組油層，需要鉆穿平原組、明花鎮組、館陶組地層。明化鎮組地層：上部以中砂巖為主，夾薄層綠灰色泥巖，地層抗壓強度在1000psi以內；下部為中砂巖、細砂巖為主，地層抗壓強度在2000psi以內。館陶組地層：上部為含礫中砂巖，地層抗壓強度在3000psi以內；下部為礫巖，地層抗壓強度在3000～6000psi。東營組地層：灰色泥巖、泥質細砂巖，細砂巖交互，東營組地層抗壓強度一般在3000psi以下，泥巖夾層地層抗壓強度較高，局部超過6000psi。
　　1.2 鉆井工程介紹
　　綏中油田開發井的常規定向井的井身結構，24"隔水導管入泥50m，一般在平臺安裝初期就已經錘入。一采用17-1/2"井眼鉆進至200m左右，二開一只PDC鉆頭鉆進至館陶底礫巖后，通常完成一口常規定向井二開需要3只鉆頭，3次起下鉆更換鉆頭作業，降低了作業效率，增加了鉆井工期。
　　根據綏中油田地層特點，地層從平原組地層到東營組目的層，地層抗壓強度都比較低，全井段適合采用PDC鉆頭鉆進。如果能夠實現1只PDC鉆頭鉆穿館陶底部礫巖，且能繼續在東營組保證較好的機械鉆速，鉆至完鉆井深，那么就可以節省2趟起下鉆的時間。
　　近年來，針對1只PDC鉆頭不能鉆穿館陶組底部礫巖和鉆頭出現的斷齒、齒缺損、齒脫落、泥包及保徑磨損等問題進行研究分析，提出鉆頭改進方案。根據地層特性，對鉆頭型號進行優選，逐步提高了1只PDC鉆頭鉆穿館陶組底部礫巖的成功率，并最終實現了一口常規定向井二開僅使用1只鉆頭鉆至東營組完鉆井深的目標。
　　2 鉆頭優選方法應用
　　綏中油田開發初期鉆頭選型是基于“地層因素”提出和建立的等概鉆頭選型方法，由目前我國石油行業內部行之有效的利用巖石可鉆性選擇鉆頭類型的方法提煉總結而得。早期綏中油田鉆井使用的PDC鉆頭不能鉆穿館陶組底部礫巖，由于鉆頭原因一口井二開需要起下鉆3次。根據使用出現的問題，通過完善鉆頭的切削結構，增強抗沖擊性，延長使用壽命。保證了PDC鉆頭能夠鉆穿館陶組底礫巖，但是使用時存在泥包現象，影響機械鉆速，且未能實現1只PDC鉆頭，鉆至完鉆井深的目標。 　　綏中油田一期調整井項目，根據海洋鉆井作業區域特殊，鉆井日費較高的特點，確定了鉆頭優選原則：在鉆頭相同條件下，盡量選擇機械鉆速高、進尺多的鉆頭。并通過技術效益指數TBI[1]（technology benefit index），對鉆頭性能高低進行評價，把指數最高的鉆頭作為優選對象。該指數的計算公式，TBI=平均機械鉆速×鉆頭進尺，單位為Li。以旅大油田A平臺現場作業資料為基礎，通過統計分析該地區大量的資料，在各種條件都相同的情況下，優選進尺多、機械鉆速較高的鉆頭，即優選鉆頭技術效益指數TBI較高者。綏中油田某平臺最終選用了Si719VHBPX型號鉆頭，實現了一只PDC鉆頭完成一口井二開由二開平原組鉆穿明花鎮組館陶組至完鉆井深東營組地層的突破。
　　3 鉆頭優化措施
　　根據綏中區塊和旅大區塊地層的特點，開發設計出Si719VHBPX新型號鉆頭。為了實現1只鉆頭由二開明花鎮組鉆穿館陶組至完鉆井深東營組地層的目標。通過油田老井資料統計，針對鉆頭抗沖擊能力弱，防泥包能力差、機械鉆速不高等問題，對鉆頭進行了優化設計。Si719VHBPX型號鉆頭優化措施。（1）增強鉆頭抗沖擊性，延長使用壽命措施。使用具有很好的韌性和抗沖擊性強的鋼體PDC鉆頭，它能吸收沖擊載荷，不易產生共振，在動態工作環境下有利于鉆頭的保護；為了滿足在較大鉆壓作用下鉆頭各部位受力均勻，沒有應力較集中的缺陷，選擇中長拋物線的冠部形狀。（2）保證較高機械鉆速措施。采用廠家獨有的抗沖擊性強的19mm復合片切削齒，保障切削齒在鉆館陶底礫巖地層時不易被損壞。（3）防泥包措施。剛體鉆頭冠部的刀翼又高又窄，可有效地增加鉆頭冠部的排屑空間和排屑槽面積。較多噴嘴數量（9個）和額外的固定流道，增強了鉆頭清洗效果，不易泥包，提高了其在東營組易泥包地層的機械鉆速。（4）加強鉆頭保徑措施。PX特征，用金剛石覆蓋整個保徑部分，在抗沖擊性較強的館陶組底礫巖地層工作時，加強保徑保護，延長鉆頭的使用壽命。（5）其它措施。在每個刀翼上部布置了倒劃眼切削齒，在起鉆時針對發生縮徑井段進行倒劃眼作業，充分利用倒劃眼齒使井眼得到優化，避免保徑部分磨損，減少潛在的卡鉆發生。
　　4 鉆頭使用效果
　　綏中油田某平臺共施工12口井，其中N1井和N6井使用Si719VHBPX型號鉆頭，實現了二開12-1/4"井眼由平原組鉆穿明花鎮組館陶組至完鉆井深東營組地層。從以下幾個方面分析該型號鉆頭使用效果。機械鉆速分析。該型號鉆頭優點主要表現在兩個方面：（1）單只鉆頭進尺多，達到1660m。（2）高效的機械鉆速。在整個二開過程中均保持較高的機械鉆速，甚至在館陶組地層最高平均機械鉆速達到90.67m/hr。
　　　　束語
　　（1）通過優化選擇鉆頭型號，及針對地層特性進行“量體裁衣”式的鉆頭優化設計，實現了使用1只Si719VHBPX型號鉆頭鉆穿明花鎮、館陶組，鉆至東營組完鉆井深的新突破。該型號鉆頭在單只鉆頭進尺和機械鉆速上均滿足作業要求，減少因鉆頭因素起下鉆次數，縮短鉆井周期，提高鉆井效益，取得了良好的經濟效益。
　　（2）根據海洋鉆井作業特點，引入可靠實用的鉆頭型號優選原則及方法，以提高單只鉆頭的總進尺，平均機械鉆速為途徑，最終實現縮短建井周期，降低鉆井成本的目的。同時，為該地區鉆頭選型提供了理論依托。