复杂地层优快钻井中钻头和钻井液优化配置

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摘 要：对于地层比较特殊，机械钻速、井下安全是制约钻井速度的两个基本方面。充分认识地层，有针对性改进PDC钻头，优选有机胺钻井液体系可使油田钻井速度大为提高。

关键词：PDC钻头；钻井速度；有机胺钻井液；井下安全

某断块油层分布主要受储层沉积相和断层控制，各砂层组之间具有独立的油水系统。为提高该断块厚油层储量动用程度，改善开发效果，提高采收率，设计同台水平井，地层东南倾，地层倾角4°，区域面积小，构造扭曲，断块主要受两组断裂系统控制，断块封闭，最大井斜超过 90°，该断块钻遇诸多技术难点，属高难度水平井。

1. PDC钻头应用

钻头是钻穿地覆岩石的不可替代的唯一工具。钻头的好坏，直接影响着钻井工作的效率。某油田地层岩性有泥岩、砂岩、砾岩、火成岩等之分，各岩层的硬度和可钻性差别巨大，可谓地质环境复杂。随着对地层可钻性的不断认识，和PDC钻头的应用发展，PDC钻头的使用取得了初步的成功，机械钻速有了成倍的增长，推动钻井提速提效的发展。

1.1 PDC钻头使用情况

试用10种以上型号的PDC钻头，不同厂家不同型号的PDC钻头应用效果表现不一。

1.1.1钻速高进尺少损坏严重.机械钻速在20m/h以上，进尺800～1000m，钻头损坏严重，主要表现为崩齿、断齿。如图：

1.1.2机械钻速慢钻头损坏轻使用价值低

这种类型钻头牙齿的攻击性不强，自我保护严重，导致钻头无损耗，同时表现为吃不进地层，机械钻速低。属于不作为型钻头，与现钻井的提速提效理念不相适应。

1.1.3钻速高钻头损坏轻微进尺多

有些厂家的钻头使用效果很好，表现为机械钻速高、钻头损坏少，进尺多。显然这样的钻头既能提高机械钻速，又能减少起下钻换钻头的时间。给钻井带来巨大的效益。

1.2地层岩性特点

地层主要为砂砾岩与泥岩不等厚互层。砂砾岩比较松散，其中砾石对牙齿有致命的冲击作用。流一段油层顶盖为致密性泥岩，其硬度不高，但塑性较大，防泥包是重点。在钻进流三段的井中，不同的岩性对PDC钻头提出了不同的要求。一只PDC钻头不可能全面应对软硬差别很大的地层，钻井中PDC钻头主要应对的是玄武岩、火成岩之外的中软砂砾岩泥岩互层。

1.2.1 牙齿特性及布齿要求

钻头牙齿要有很强的攻击性，切削齿要有最大的切削角度。内外齿的切削角度要相同，不要有一颗保守性强的牙齿。要求牙齿要有足够的抗冲击能力，对热稳定性、研磨性的要求不高。1.2.2 PDC钻头冠部及刀翼结构选择.针对地层的中软特性，PDC钻头的冠部要有很强的攻击性，要有利于水力清洗，其冠部形状成凹形前旋结构，有利于牙齿之间相互借力，既可提高机械钻速，又可减少牙齿的磨损，提高钻头的寿命。为了提高钻头的攻击性，有利于水力清洗，避免泥包，应该采用单排齿而不是复齿结构。刀翼结构应该使用攻击性强的直型或前倾型。刀翼数少的PDC钻头攻击性更强，但刀翼数增加其抗冲击能力也增强。根据地层中丰富的砾石夹层的情况，应该选用5刀翼结构。

2 钻进参数对钻头的影响分析

优化的钻进参数才能使优质的PDC钻头发挥出其威力。钻井排量受设备井眼的影响，一般比较固定，没有太多变化。钻压大小以吃入地层为准，根据地层的硬度、机械钻速进行调整，一般在40-80KN。转速则是影响PDC钻头的一个重要参数。

2.1 转速对机械钻速的影响。在研磨性轻的地层中，转速越高，机械钻速越快。涠洲组以下地层适用高转速钻进。

2.2 钻速对钻头的影响。流三段中的火成岩地层则不适用高转速。在上部地层，砾石发育丰富，且与被包地层的基本岩性硬度差别很大。高转速使PDC钻头的牙齿承受更大的冲击力，容易造成钻头的先期崩断齿损坏。在下部地层的火成岩中，高钻速则使钻头与地层的研磨加重，此现象可导致牙齿过热，牙齿出现石墨化，使牙齿研磨性剥蚀损坏，牙齿锐度缺失，不能吃入硬地层，攻击力降低，无法继续硬地层中钻进。

3 钻井液体系优选

3.1 地层特点与井下复杂原因

目前所钻地层为第四系、上第三系的望楼港组、灯楼角组、角尾组、下洋组和下第三系的涠洲组、流沙港组，其岩层多为泥岩、砂砾岩、砂岩不等厚互层其中流沙港组层段是重点关注井段，该地层泥岩易水化膨胀，发生钻头泥包和井壁失稳等钻井复杂问题。

3.2 钻井液体系发展

这些年来，钻井一直使用聚磺防塌钻井液体系，钻井施工中时常出现钻头泥包、井壁失稳等复杂情况，严重影响了钻井速度和效益。2013年引用胺基聚醇钻井液体系，取得了很好的效果。

3.3 胺基聚醇钻井液特点

研究资料表明，胺基聚醇能很好的镶嵌在粘土层间，使粘土层紧密结合在一起，限制粘土水化膨胀，减少粘土的塑性以降低钻头泥包的可能性，另一方面通过吸附产生润湿反转，使钻具表面由亲水转变为亲油，降低了钻具与钻屑间的摩擦系数，减少了钻头、钻具的泥包和无效研磨，从而提高了钻头的钻进效率。胺基聚醇的一次、二次和三次岩屑回收率变化不大而且比较高，有利于井壁的长期稳定，减少井下复杂。

3.4 现场应用效果

针对某油藏地层特点、技术难点，推行使用胺基聚醇钻井液体系，解决了钻井中长期存在的钻头泥包和井壁失稳而引发的复杂问题，完井电测数据显示，井眼规则，井径扩大率小5%，大幅度提升了固井质量和钻井速度。

4. 结束语

随着人们实践认识的不断增加，钻井行业技术水平在不断发展。（1）适应地层的PDC钻头是提速提效的最直接手段，由于钻头厂家对地层的认识不同，对钻头的定位不一样，设计理念及侧重点都有区别，致使钻头效果差别巨大。的PDC钻头仍有改进空间。在使用上也需要有具体的措施应对。PDC钻头的合理选择与使用，才能实现真正意义上的提速提效。（2）胺基聚醇防塌钻井液在某油田的使用，成功解决了某油田长期以来存在的钻头泥包和井壁失稳问题，有效促进钻井速度的提高。优质钻井液是安全快速钻井的重要保障。

参考文献：

[1]王福修，田京燕；PDC钻头稳定性技术研究[J]；石油矿场机械；2002年02期

[2]徐先国，张歧安.新型胺基聚醇防塌剂研究[J].钻采工艺，2010，33（1）：93-95.