江蘇油田地層PDC鉆頭個性化設計及應用

江蘇油田地處水網地帶，地面條件差，地下構造復雜，斷層繁多，屬復雜小斷塊油田。地層中含有大段的泥巖，分散性強、容易泥包鉆頭，給使用PDC鉆頭帶來限制，給提高機械鉆速、節(jié)約時效、降低鉆井成本造成很大的難度。江蘇油田從常規(guī)定向井、叢式井到大斜度井與水平井，井身質量要求越來越高，因此，容易造成摩阻增大，容易出現(xiàn)鍵槽，易形成巖屑床，使得施工難度越來越大，2005－2007年平均鉆機月速度2467m/臺月。通過研究攻關，形成了適合于江蘇油田的地層可鉆性預測技術。研制出了個性化高效鉆頭，使江蘇油田地層的鉆井速度比同一區(qū)塊最高機械鉆速提高了約7%以上，縮短了鉆井周期，降低了鉆井成本，取得了良好的技術經濟效益。
　　江蘇油田地層可鉆性分析
　　 利用實鉆巖心對硬度和可鉆性級值進行了室內試驗(表1)，巖心分別取自各井阜寧組層位的巖樣。
　　 表1 江蘇油田地層巖石硬度和可鉆性室內實驗數(shù)據
　　
　　
　　 由表1可知，江蘇油田阜寧組地層巖石可鉆性級別分為2-4級，巖石硬度為262-733MPa，根據國內硬度分級分為2-4級，屬于軟到中軟地層。
　　通過統(tǒng)計分析，地層可鉆性與聲波時差的關系模型為：
　　
　　
　　 其中：-巖石可鉆性級值，無量綱；
　　
　　
　　 同理得到硬度與聲波時差的關系模型為：
　　
　　
　　 其中：-巖石硬度值，MPa；
　　 利用已完鉆井測井資料對江蘇油田地層可鉆性規(guī)律進行了分析。分析結果表明其地層可鉆性級別達1-6級，該泥巖地層屬于軟到中地層，而且，巖性不均質性極強，這就要求鉆頭應具有較好的抗泥包能力[1]。
　　2. 個性化高效PDC鉆頭設計
　　 從江蘇油田的地層巖性來看，主要以砂泥巖為主，地層有大段泥巖，分散性強、容易泥包鉆頭。根據前面計算的巖石可鉆性結果可知，江蘇油田地層屬于軟到中地層。優(yōu)選適用于軟地層到中軟夾層鉆進，采用深內錐、低密度布齒設計[3-4]。利用PDC鉆頭優(yōu)化設計軟件，對布齒數(shù)量、各切削齒位置和傾角進行優(yōu)化設計[2]，使鉆頭具有針對江蘇油田地層的個性化特征。表1為個性化鉆頭的主要切削結構特征和設計參數(shù)。
　　 表1個性化鉆頭的切削結構特征和設計參數(shù)
　　
　　
　　現(xiàn)場試驗效果
　　 根據不同的地層情況，推薦的鉆頭類型及參數(shù)，應用于莊13－15井，該井根據鄰區(qū)塊的地層特性，為中軟地層。根據地層可鉆性級值分析，選用了由江漢鉆頭廠生產的四刀翼PDC鉆頭，同新型連續(xù)導向單彎雙穩(wěn)鉆具組合相配合，有效地提高了該井的施工速度（表2、表3）。
　　 表2 莊13－15鉆頭使用情況表
　　
　　
　　 表3 FL1654M(四刀翼)鉆頭經濟技術指標對比表
　　
　　
　　 從上表可以看出：在井型、鉆具組合、鉆進參數(shù)基本相同的情況下，四刀翼PDC鉆頭比五刀翼PDC鉆頭機械鉆速有較大幅度的提高。
　　結論
　　 (1)江蘇油田地層可鉆性級別為1-6級，硬度為169~733MPa，屬于軟到中地層，要求鉆頭具有較強抗泥包能力。
　　 (2)根據地層可鉆性分析，通過個性化鉆頭設計和室內試驗，證實江蘇油田地層可以使用PDC鉆頭鉆進，并能顯著地提高其機械鉆速和單只鉆頭鉆進進尺。
　　 (3) PDC鉆頭切削齒的選擇、切削結構設計是泥巖地層個性化高效鉆頭設計的關鍵。
　　 (4) FL1654M型個性化鉆頭較好地適應了江蘇油田泥巖地層特點，機械鉆速和單只鉆頭進尺均取得較好效果，為加快江蘇油田勘探和開發(fā)提供了重要的技術支持。