關(guān)于定向井PDC鉆頭的發(fā)展趨勢

　　隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的定向工具和儀器已經(jīng)很發(fā)達，現(xiàn)在定向鉆井是用的是軍事上的導(dǎo)彈導(dǎo)航技術(shù)，地面控制井下鉆頭往期望的方位鉆進，也就是簡單的可以理解為想在那里打井工程師都可以幫助你實現(xiàn)。例如這塊地方地下有油，但是地面是居民區(qū)不可能在居民區(qū)里鉆井，那就從附近對環(huán)保要求不高的地方打井，定向工程師可以引導(dǎo)鉆頭準(zhǔn)確鉆到你所需要的油層靶點，順利采油。或者地下好幾個臨近的地方都有油，每個地方打一口井成本太高，定向工程師可以通過打一口水平井把這幾個油層貫穿，同時采油。又或者在大海邊緣淺水大陸架地下有油，可是在水面上搭建鉆井平臺成本過高（通常以億計算），定向工程師可以通過在附近的陸地打一口大位移水平井，實現(xiàn)海上油田陸地開采，大大節(jié)約成本。技術(shù)的發(fā)達不僅給人們的生活帶來了改變，更給掌握這門技術(shù)的工作人員帶來了便利，不但可以節(jié)約開支，更可以給人們的生活帶來了本質(zhì)性的變革。
　　一、定向井的現(xiàn)狀
　　2012年6月，蛟龍?zhí)栐谔窖蟪晒ο聺撝?062米，讓中國人在遠(yuǎn)洋探索中獲得了新的成功。2013年，在中石油西部鉆探工程有限公司，一個號稱“地下蛟龍?zhí)枴钡脑O(shè)備―“定向井儀器打撈送入裝置及控制系統(tǒng)”，為我國石油鉆探科技譜寫了新的篇章。
　　二、鉆頭的發(fā)展和應(yīng)用
　　定向井技術(shù)是提高石油勘探開發(fā)效率有效的技術(shù)之一，而PDC鉆頭以其自身的性能優(yōu)勢，在定向井鉆井中發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著定向井PDC鉆頭的不斷發(fā)展與應(yīng)用，在提高定向井鉆井的效率和質(zhì)量方面作用明顯。但是PDC鉆頭在定向井鉆井過程中，方位的偏移嚴(yán)重，為了提高鉆井的質(zhì)量，需要提高定向井PDC鉆頭鉆進趨勢的研究，通過對影響定向井PDC鉆頭鉆井的影響研究，提高定向井鉆井的效率。文章研究了定向井PDC鉆頭與地層的作用模型，分析影響PDC鉆頭鉆井趨勢的影響因素，提高了定向井鉆井的速度和質(zhì)量。
　　三、定向井PDC鉆頭的參數(shù)分析
　　影響定向井PDC鉆頭的因素很多，筆者就重點簡單的說下，地層之間的相互影響，就重點簡單的說下，地層間的相互作用是影響的影響因素較多，為了能夠表示地層巖石的定量參數(shù)，首先要對地層巖石的參數(shù)進行定量分析，地層各向異性參數(shù)就是地層巖石主要參數(shù)之一，由于地層巖石特殊的形成原因，地層巖石的強度和硬度在地層的各個方向上，具有不同數(shù)值，所以石油鉆井鉆遇的地層一般都會各個方向上存在區(qū)別，這就指的是地層的各向異性。在PDC鉆頭鉆進過程中，不但會存在鉆頭軸向鉆進的趨勢，同時也會存在著鉆頭側(cè)向鉆進的趨勢，PDC鉆頭這種在軸向和側(cè)向上鉆井趨勢的不同，就是PDC鉆頭的軸側(cè)方向鉆進的不同性能。在實際PDC鉆井過程中，鉆頭的設(shè)計一般都會側(cè)重于鉆頭的軸向鉆進，避免鉆頭側(cè)向鉆進的現(xiàn)象。定向井PDC鉆頭在實際鉆井中，主要存在著三種類型的側(cè)向力，首先是井下鉆具結(jié)構(gòu)對于PDC鉆頭的側(cè)向力，其次是PDC鉆頭結(jié)構(gòu)本身造成的側(cè)向力，第三是由于地層巖石結(jié)構(gòu)的不同，而對鉆進鉆頭產(chǎn)生側(cè)向力。通過鉆頭對于地層巖石機械作用力的分析，以及鉆頭的井底的位移變化，經(jīng)過一定的坐標(biāo)變換，考慮到PDC結(jié)構(gòu)參數(shù)對于側(cè)向力的影響，最后在加上地層巖石的各向異性參數(shù)，就可以得到井底鉆頭與地層巖石之間相互作用的模型。通常情況下，在實際鉆井過程中鉆遇地層大多數(shù)都是非均質(zhì)的，不論地層的均質(zhì)性如何，而且即使是鉆頭軸側(cè)鉆指數(shù)相同，定向井井下鉆頭產(chǎn)生的合力的方向也不能完全和鉆頭的位移方向一致。鉆頭合力的方向總會和鉆頭位移的方向有一定的夾角，可以分析地層巖石的非均質(zhì)性對于PDC鉆頭力的影響。在進行力學(xué)分析時，地層受到的力僅僅為力的形式，而不是真實的力，這和實際機械作用力區(qū)別較大，在地層受力分析時，將地層的特性參數(shù)，轉(zhuǎn)換成力的表達形式，便于分析研究。地層巖石的力學(xué)性質(zhì)主要是有巖石的各向異性決定，在鉆井過程中才顯現(xiàn)出力的作用。通過對鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析研究，可以得到水平井鉆井的鉆頭結(jié)構(gòu)特性參數(shù)，將以上分析的特性參數(shù)帶入到鉆頭與巖石作用的模型中，從而可以得到相應(yīng)鉆頭在實際工作中的側(cè)向力，進而可以確定定向井鉆井中，鉆頭的鉆進的方法。
　　四、影響定向井PDC鉆頭鉆進趨勢的因素研究分析
　　在定向井鉆井過程中，影響PDC鉆頭鉆進趨勢的因素很多，主要包括鉆頭上部的鉆具組合、鉆頭的形狀參數(shù)、地層巖石的性質(zhì)、實際鉆井的參數(shù)等。各因素對于影響鉆頭鉆進的作用機理不同，表現(xiàn)形式各種各樣。通過采用理論研究結(jié)合軟件分析的方式對影響鉆頭鉆進的因素進行了研究，當(dāng)井下鉆具組合中扶正器的直徑增加時，對于鉆頭的井斜力具有一定的影響，但是不會造成較大的影響，通過分析可得扶正器直徑的增加，會加大井眼軌跡的斜率，但是對于鉆頭方位力的影響較小，所以在大斜度井鉆井中，不能只通過增加扶正器的直徑方法，來達到穩(wěn)定井眼斜度和方位的目的。
　　在PDC鉆頭結(jié)構(gòu)方面，當(dāng)PDC鉆頭的保徑齒長度加長時，鉆頭的井斜力始終向上，而數(shù)值的大小逐漸的減小，所以保徑齒的加長可以達到降低井斜的目的，所以在利用PDC鉆頭鉆定向井時，可以采用減小保徑齒長度的方法，來達到穩(wěn)定井眼斜度和方位的目的。在定向井鉆井參數(shù)方面，當(dāng)鉆井的鉆壓增加時，鉆頭的井斜力始終向下，而數(shù)值也在逐漸的增加，因此鉆壓的增加會增加井斜，而且增加的幅度隨著鉆壓的增大而增大。而鉆頭的方位力則為零，所以在大斜度井鉆井中，鉆壓的增大可以增加井眼的斜率，同時可以穩(wěn)定井眼軌跡的方位。
　　當(dāng)鉆頭的轉(zhuǎn)速增加時，井眼的斜度減小，可以達到井斜的目的。在定向井PDC鉆頭造斜的過程中，當(dāng)鉆頭從較硬的地層轉(zhuǎn)到較軟地層時，鉆頭的鉆進方向會向軟地層偏移一定的距離。通過對影響定向井PDC鉆頭鉆進趨勢的因素研究，可以提高定向井鉆井的質(zhì)量和速度。
　　總之，PDC鉆頭在定向井鉆井中得到廣泛的應(yīng)用，隨著定向井PDC鉆頭理論和技術(shù)的不斷發(fā)展，PDC鉆頭的使用會不斷的提升定向井鉆井的準(zhǔn)確性和鉆井效率。定向井PDC鉆頭在工作時存在三種類型的側(cè)向力，鉆具結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的側(cè)向力，鉆頭結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生的側(cè)向力和地層特性產(chǎn)生的側(cè)向力。通過對PDC鉆頭鉆進趨勢的因素研究，得到各因素對于PDC鉆頭鉆進趨勢的影響規(guī)律，可以更好的提高定向井鉆井的質(zhì)量和速度。