混合钻头在斜井段的运用范文
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《金刚石与磨料磨具工程》2017年第2期
摘要:近年来随着长庆油田水平井的大规模开发，PDC钻头在斜井段使用过程中，仍然存在了一些影响斜井段快速钻进的因素。本文通过对斜井段使用的混合钻头基本情况和试验数据的分析，明确了该类型的钻头能够在一定程度上解决在斜井段施工中出现的工具面不稳定、复合增斜率差、滑动效率低等问题。
关键词:混合钻头;复合增斜率;斜井段;机械钻速;破碎环带
混合式钻头是指整合了PDC刀翼和牙轮的特殊钻头，其理念最早出现于20世纪30年代，但在当时被人们认为是不合理的，但科技的进步为混合式钻头的诞生奠定了基础。目前国际上最先进的混合钻头是贝克休斯公司的kymera系列钻头，国内的钻头厂家也已经开始对混合式钻头进行研发。此次所用的混合钻头是KPM1642ART型混合钻头。
1混合钻头的基本参数及特征
1.1混合钻头基本参数
该钻头的型号KPM1642ART，钻头尺寸φ215.9mm。由两个牙轮和四个PDC刀翼组成（主切削齿尺寸φ16mm），牙轮设计比PDC高2mm，共有6个水眼（16#*3个+14#*3个），保径长度100mm，排泄槽面积7985mm2,推荐转速45-160Rpm,推荐钻压60-160KN。
1.2混合钻头破岩机理
该钻头采用混合切削机构。混合钻头同时包含牙轮和刀翼，牙轮钻头比PDC高2mm，在使用过程中，牙轮切削齿先接触地层，对岩石产生预破碎，形成不连续的齿坑，PDC切削齿通过切削，将牙轮切削齿形成的不连续的齿坑连通，从而形成完整的破碎环带。
2混合钻头应用背景及目的
2.1应用背景
在长庆油田水平井开发过程中，PDC钻头在斜井段应用中通过不断的选型和改进，解决了PDC使用寿命短、进尺少、机械钻速差等一些问题，基本上满足了斜井段施工要求。但是随着钻井提速，PDC在斜井段使用过程中，仍然存在了一些影响斜井段快速钻进的因素，其中就包括滑动效率低、工具面不稳定、复合增斜率差、钻头容易泥包等一系列问题。为了进一步提高机械钻速，减少施工周期，就必须解决以上出现的各项问题。2.2应用目的为了进一步验证此类型的钻头是否能够解决PDC钻头在斜井段施工中出现的工具面不稳定、复增斜率差、滑动效率低
3混合钻头的使用情况
3.1使用情况
今年在苏里格区块施工的水平中，斜井段共计使用混合钻头4只。从区域上来说，使用混合钻头的4口水平井属于同一区域内，目的层和所钻遇地层一致，井眼方位一致，并且在使用过程中，钻具组合、钻井参数和泥浆性能基本一致。根据统计表所知，平均进尺559米，纯钻88小时，机械钻速6.35米/小时，滑动机械钻速3米/时，复合机械钻速9.94米/时，平均增斜率在14度/100米。滑动比率24.42%。
3.2磨损情况
该类型钻头使用的纯钻时间达到80小时后，各别牙轮旷动情况比较严重，其它牙轮都有不同程度的旷动情况。PDC复合片都有不同程度的磨损。整体来说在钻头使用到80小时时，要根据现场使用情况，复合过程中每米的钻时、扭矩的变化、以及入窗前的剩余进尺情况等，来判断是否需要及时起钻，还是在保证钻头安全的情况下继续钻进。
3.3使用效果
(1)滑动情况：该钻头滑动工具面比较稳定，配1.5度单弯螺杆，正常情况下在井斜小于10°时，滑动一根增斜2-2.5°/根；井斜大于10°时，滑动一根增斜2.5-3.5°/根°，在井斜大于70度后，滑动7米，增斜2.5°左右。复合情况：去除各别井因为螺杆或是地层倾角原因造成的复合增斜率比较低的情况，该钻头一般情况下井斜小于30°时，复合增斜率0.5-0.8°/根;井斜30°-70°时，复合增斜率0.6-1°/根;井斜70°后，复合增斜率0.8-1.5°/根。
(2)在使用过程中发现该类型的钻头对钻压十分敏感，在10吨钻压时每米钻时3-5分钟，8吨钻压每米5-7分钟。
(3)在滑动过程中发现，该类型钻头的反扭角和牙轮钻头反扭角变化规律有些像，都和钻压有很直接的关系，一定的钻压和加压频率，反扭角有一定值，相比牙轮更为敏感，随钻压的变化，反扭角变化也比较大，但在施工过程中工具面不会像PDC一样随钻压的轻微变化而突变。
(4)在钻遇砂岩时复合增斜率明显高于钻遇泥岩时的复合增斜率，同比每根增0.2-0.5度。(5)在所施工井中，未发现混合钻头泥包现象，但在同一井眼施工过程中，混合钻头起出后，更换PDC钻头入井后出现泥包现像。
4对比分析
4.1复合情况对比
(1)井斜5-30度之间，混合钻头复合增斜率相比PDC钻头复合增斜率每根提高0.2-0.5度不等。
(2)井斜30-50度之间，有两口井复合增斜率相比PDC钻头每根提高0.5-0.8度不等，有一口井应用的混合钻头复合增斜相比PDC钻头略微有些低，每根降低0.1-0.2度。
(3)井斜50-70度之间，混合钻头复合增斜率相比PDC钻头每根提高0-0.5度不等。
(4)0度以后混合钻头复合增斜率相比PDC钻头提高0.1-0.5不等。
(5)混合钻头平均机械钻速相比PDC钻头提高1-1.5m/h左右。
4.2滑动情况对比
(1)合钻头在0-10度之间滑动增斜率比PDC钻头每根提高0.5-1度。
(2)在10度之后混合钻头滑动增斜率每根都在2.5度以上，比PDC钻头滑动增斜率每根提高0.5度以上。
(3)混合钻头滑动机械钻速比PDC钻头每根提高1-2度左右。
(4)在滑动过程中，混合钻头没有出现拖压现象，而PDC钻头在滑动过程中出现拖压现象。
5结语
(1)在同区域内，钻遇地层一致、目的层一样、方位一致，同样的钻具组合情况下复合增斜率相比PDC钻头较高，达到了试验目的。
(2)滑动增斜率相对于PDC钻头较高。
(3)滑动时工具面相对比较稳定，平均滑动机械钻速达到3m/h，未出现比较严重的托压现象。
(4)平均进尺和平均机械钻速较高，在所使用井中有一口实现了斜井段一趟钻。
参考文献：
[1]高元.贝克休斯公司Kymera混合型钻头[J].石油钻探技术,2012,40(2):40.
[2]胡大梁.严焱诚.李群生等.混合钻头在元坝须家河组高研磨性地层的应用[J].钻采工艺.2013.36(6):8-12.
[3]许京国.陶瑞东.郑智冬等.牙轮+PDC混合钻头在迪北103井的应用试验.天然气工业.2014,34(10):71-74.
作者：韩佩章；侯博；王凯 单位：川庆钻探工程公司长庆钻井总公司