定向井PDC 钻头的钻井趋势分析

李凯(胜利石油管理局石油工程技术开发中心山东东营257000)

摘要：现阶段在定向井钻井中，PDC 钻头以其优越的性能得到了广泛的使用。PDC 钻头结合定向井钻井工具，有效的提高了定向井钻井的速度和效率。但是目前在定向井钻井中，钻井轨迹的控制还是比较困难，同时PDC 钻头的偏移现象也较为普遍。为了能够保证定向井钻井的质量，需要不断的进行井眼轨迹测量，出现问题后还需要进行纠斜作业。通过定向井井眼轨迹影响因素的分析，得到PDC 钻头的钻井趋势，对于提高定向井钻井的质量具有积极的意义。文章通过调研分析，研究了定向井钻头钻井趋势的影响因素，开展了各影响因素对PDC 钻头钻井趋势的影响规律，通过研究对于提高定向井钻井的质量和效率具有重要的意义。

关键词：定向井；PDC 钻头；钻井；趋势；规律；因素；影响

随着定向井技术的不断发展，定向井钻井技术已经成为油藏高效的开发重要方法。PDC 钻头的工作寿命长，钻井速度高，具有优异的性能，因此得到了广泛的应用。定向井钻井过程中钻头的钻井趋势直接关系到钻井的井眼轨迹质量。因此需要重点研究定向井PDC 钻头研究，得到影响到定向井PDC 钻头钻井趋势的影响因素。定向井井眼轨迹的影响因素较多，包括钻井参数、钻井设备、井深结构、地质条件等。所以定向井钻井的井眼轨迹控制是非常复杂的，研究过程中会应用到各个学科和行业知识。PDC 钻头的钻井趋势是决定定向井钻井井眼轨迹质量的重要因素，通过建立PDC 钻头影响因素对井眼轨迹的作用模型，可以有效的提高定向井钻井的效率和质量。

一、定向井PDC 钻头钻井趋势影响因素分析

定向井钻井过程中，井下PDC 钻头上部的钻具组合是影响到钻头钻井趋势的重要因素。钻具组合指的是钻头上部钻铤、扶正器、钻杆等设备型号和组合方式统称。影响到钻头钻井趋势的钻具组合参数包括扶正器数目、扶正器和井壁之间的间隙、动力钻具型号、弯曲角度、钻铤数量和长度等，在定向井钻井中，合理的钻具组合可以有效的解决井下PDC 钻头受力不均匀的问题，保证钻头的稳定高效工作。实际钻井过程中，需要结合所钻地层的特点，合理的计算井下钻头的受力情况，确定出最佳的钻具组合，保证钻头的钻进趋势能够匹配设计的井眼轨迹。钻井的井眼几何参数也是影响到PDC 钻头钻井趋势的重要因素，由于定向井井眼轨迹维数的不同，定向井井眼轨迹的几何参数也不同。三维井身结构中的定向井井眼参数要比一维定向井的井身结构参数数量多，而且复杂。定向井钻井过程中，已经钻完的井眼，其井深结构参数是不能够改变，但是通过理论分析和数值计算的方法，可以对后续的PDC 钻头的钻井趋势进行预测。钻井参数的不同也会影响到定向井钻头的钻井趋势。定向井钻井参数主要包括，钻头钻压、工作扭矩、泥浆泵排量、压力、钻井液密度、钻井液粘度、钻杆的转速等。其中泥浆泵的工作压力和排量等水力参数对于钻头偏移的影响较小。钻压的大小对于井下钻头的受力影响较大，如果钻井过程中钻压较大，容易导致钻头的不稳，以及钻具组合的弯曲，弯曲后的钻具组合对PDC 钻头的侧向力影响较大，如果产生的侧向力较大，会严重的影响到钻头的钻进趋势，造成钻头的偏转，导致井眼轨迹偏离设计的井眼轨迹。地层的特性也会影响到定向井PDC 钻头的钻井趋势，地层的特性主要包括，地层的倾斜角度、地层岩性、岩石的硬度等参数，这些参数是定向井钻井所必须面对的参数，通常情况下地层的参数是无法改变的，但是可以通过测量和实验的方法，得到一个区域范围内的地层参数。在定向井钻井的过程中，只能够根据地层的参数，不断的适应和改进，从而保证钻头的钻井趋势满足设计的要求。钻头是影响到PDC 钻头钻井趋势的关键影响因素。钻头参数包括钻头类型、钻头尺寸、刀翼布置、切削齿、水力结构等参数，在定向井钻井过程中，首先要按照钻井的设计标准，选择出适合该井钻井条件的定向井钻头，在条件允许的情况下，可以进行相应的钻头结构设计改进，设计出更适合的钻头。钻头的类型确定后，钻头的结构和水力参数基本确定，通常情况下，一只钻头下入到井底，如果不出现异常情况，钻头通常会一直使用到钻头的寿命结束，需要更换钻头类型时，可以在下次更换钻头时，再更换钻头的类型。

二、影响因素对定向井PDC 钻头钻井趋势的影响规律分析

通过影响参数对定向井PDC 钻头钻井趋势的影响规律分析，可以选择出适合定向井PDC 钻头钻井的优化参数，提高定向井的钻井质量。模拟结果显示，其他条件不变的条件小，随着底部钻具组合中扶正器外径不断增大，井下钻具组合开始向右偏转，但是增大到某一个值后，井下钻具组合又开始向左偏转，因此需要合理设计钻具组合的扶正器外径，选择出最佳的扶正器外径，充分发挥扶正器在稳定钻头方位方面的作用。通过地层参数对钻头钻井趋势研究得到，PDC 钻头由硬地层钻入到软地层是，钻头会在侧向力的作用下，向软地层偏转，这是由于钻头由硬地层转到软地层时，钻头在硬地层的钻进速度要小，所以钻头向软地层中偏转。在其他条件不变时，增大钻头的钻速，可以有效的提高钻头的钻井速度，由于钻头横截面上钻头的钻进能力基本相同，所以当钻头的钻速增大后，可以改善钻头的受力状态，从而减小PDC 钻头钻井过程中偏移，在进行稳斜段钻井过程中，可以适当的增加钻头的转速，但是不能无限的增大钻头的转速，无限增大也是不可能的。钻头转速的增加需要配合其他钻井参数。确定合理的定向井钻井参数，可以有效的稳定PDC 钻头的钻井趋势，保证定向井钻井的速度和质量。

结束语

定向井钻井是一项复杂的钻井工艺技术，如果不能够进行有效的控制，会严重的影响到定向井的钻井质量。定向井PDC 钻头的钻井趋势对于钻井井眼轨迹的影响较大。影响到钻头钻井趋势的钻具组合参数包括扶正器数目、扶正器和井壁间隙、动力钻具型号、弯曲角度、钻铤的数量和长度等。定向井钻井参数包括钻头钻压、工作扭矩、泥浆泵排量、钻井液密度、钻井液粘度、钻杆转速等。合理设计钻具组合扶正器外径，选择出最佳的扶正器外径。PDC 钻头由硬地层钻入到软地层是，钻头会在侧向力的作用下，向软地层偏转。通过研究对于改善定向井钻头的工作状况，提高定向井钻井的效率和质量具有重要的意义。