PDC鉆頭選型及性能

    PDC鉆頭選型的傳統方法主要基于待鉆地層的力學參數（包括抗壓強度、巖石可鉆性、巖石內摩擦角、抗剪強度等）就PDC鉆頭予以優選，但就巖石力學參數相近或相同的兩個地區，型號相同的PDC鉆頭的使用效果卻存在極大的差異。由此可得，PDC鉆頭使用性能的影響因素并不單一。本文就玉門白堊系地層PDC鉆頭選型及性能評價展開討論。

　　工程概況

　　白堊系地層局部井段單只指標低，尤其是青西老山區的泥云巖井段和酒東探區紅層以下。白堊系地層破裂壓力高，重點解決水平井固井質量問題，以保證水平井壓裂高施工壓力下的封隔質量。實驗結果顯示，在9口井使用了25只PDc鉆頭，平均進尺216.54m，單只進尺相當于5只牙輪鉆頭；平均機械鉆速0.5 8m/h，比牙輪鉆頭低。青西的單只指標與牙輪鉆頭相當，試驗未見到成效；酒東探區雖單只進尺取得重大突破，但機速太低，不能有效和顯著的提高鉆井速度；第三系尚存在局部個性化改進空間。實踐證明，個別鉆頭單只指標非常高，其影響因素包括地層特征、鉆頭與地層的匹配程度高等。

　　白堊系下溝組單只進尺提高，但平均機械鉆速較低。白堊系平均厚度是884m。PDC單只平均進尺218m（相當于5.4只牙輪）；平均機械鉆速0.58m/h（牙輪0.74m/h）；平均鉆井周期98d；17%的進尺占全井43%的周期。

　　PDC鉆頭選型的方法

　　所謂鉆井巖石力學特性，其是指外力作用迫使巖石從變形至破碎的全過程的力學性質，如抗壓強度、硬度、可鉆性、抗剪強度和研磨性等。基于各層段力學參數的評價結果可就巖石可鉆性的綜合值和鉆頭的使用效果予以準確判斷，并根據如下PDC鉆頭選型方法實現鉆頭選型的優化。

　　（1）基于效益指數法就白堊系地層PDC鉆頭的使用情況做初步評價；就白堊系地層可鉆性綜合值予以準確計算。基于地層可鉆性綜合值和標準井鉆頭的使用情況，就白堊系地層PDC鉆頭的使用情況與同級PDC鉆頭或標準井級別間的關系予以判定。

　　（2）基于巖石抗壓強度就PDC切削塊直徑予以判定。就軟地層或中硬地層而言，一般選擇較大直徑的PDC復合片和中密或低密布齒的鉆頭。針對欠平衡或近平衡的鉆井，一般就無圍壓抗壓強度予以重點考慮；針對過平衡鉆井，一般就有圍壓抗壓強度予以重點考慮。

　　（3）基于巖石內摩擦角就白堊系地層研磨性予以判定。研究結果顯示，巖石內摩擦角可對地層研磨性予以準確度量。若地層巖石內摩擦角均超過了40°，則該地層的研磨性相對常規PDC鉆頭會更強，那么最好選擇經特殊加工而成的PDC鉆頭或天然金剛石鉆頭鉆進；若地層巖石內摩擦角大于36°且小于40°，那么應基于實際巖性選擇加強功能各異的PDC鉆頭；若地層巖石內摩擦角小于36°，那么應選擇常規的PDC鉆頭鉆進。

　　若PDC鉆頭鉆進井段的長度長、穿越地層多，則應基于對最高鉆遇強度的地層的考慮選擇恰當的PDC型號。圖1展示了PDC鉆頭選型的方法和流程：

　　根據實際地質條件，確定在1000-2500m井段：鉆頭選型與同定向井三層結構相同，均推薦鉆頭311mmST615RS。2500-3200m定向增斜、穩斜井段：鉆頭選型與同定向井三層結構相同，均推薦鉆頭311mmST636RS。建議先使用牙輪鉆頭定向。3200-4200m穩斜段：地層為下溝組，巖性K3，上部棕紅色泥巖，夾泥質粉砂巖。下部灰白色中細砂巖夾棕紅色泥巖及砂質泥巖，優選高抗研磨性PDC；K2，棕紅色、雜色砂礫巖、礫狀砂巖、粉砂巖為主，夾棕紅色、深灰色粉砂質泥巖、泥巖；K1，棕紅色礫狀砂巖，灰色粉砂巖，夾灰褐色、深灰色泥巖、粉砂質泥巖。均推薦鉆頭216mmST307BD。

　　玉門白堊系地層PDC鉆頭的性能評價

　　玉門白堊系地層PDC鉆頭的使用情況的問題研究

　　白堊系地層可鉆級值高、研磨性強，雖段長只有全井段的1/3，鉆井周期卻占全井段的2/3。突出表現為青西上半年復雜事故多，累計損失293.65天，相當于上半年2部鉆機沒有工作，其中Q1—9和柳14井復雜事故分別損