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吐哈油田主要含复杂岩性地层的区块有照壁山、柯克亚、鲁克沁等，自上而下钻遇的地层有：第四系西域组、第三系鄯善；中生界白垩系吐谷鲁，侏罗系上统齐古组，侏罗系中统七克台组、三间房组、西山窑组，侏罗系下统三工河组、八道湾组，三叠系上统克拉玛依组、三叠系上统。
其中照壁山区块中下部地层（2500-4300m）为致密砂泥岩互层，地层可钻性较差、研磨性极强。由于钻头在这种复杂岩性地层中钻进时受力不均引起的交变应力对切削齿造成的恶劣冲击是导致钻头切削齿破坏失效的主因。主要表现有：金刚石复合片先期损坏，单只钻头行程短、使用寿命短、机械钻速低等。因此，在前期钻井施工中大多采用牙轮钻头钻进的方式穿越复杂岩性地层，在此条件下施工的钻头破岩效率低、钻压较大井身质量难以控制、起下钻频繁，造成钻井周期延长和钻井费用增加，那以满足油田目前勘探开发形式下高效钻井的要求。 2 PDC钻头个性化设计研究
2.1 地层可钻性研究复合片钻头
通过在室内开展岩石力学参数实验，对岩石动力学参数和声学参数进行测定，采集照壁山、柯克亚、鲁克沁等多个复杂岩性地层发育区块的岩芯，对岩芯可钻性、研磨性实验结果和声波时差测井资料进行对比分析，建立了地层可钻性、研磨性的科学计算模型，最终形成了复杂岩性区块的PDC钻头地层可钻性、研磨性分析剖面。
2.2 钻头优化设计研究3 现场试验情况及结果分析
为验证吐哈复杂岩性地层中新型PDC钻头的适应性，在照壁山、柯克亚、鲁克沁等典型复杂岩性地层区块开展了多口井的现场试验。实践证明，新型PDC 钻头对复杂岩性地层适应性良好，机械钻速、使用寿命和单只行程有了明显的提高，使钻井周期大幅缩短、钻井运行效率显著提高。下面例举新型钻头在照壁山区块的两口试验井中的现场应用情况及效果。
3.1 试验1井试验情况及结果分析
试验1井位于红旗坎构造带照壁山区块，处于山前逆掩带，中部地层泥岩与砂砾岩互层发育，下部地层致密细砂岩与泥岩发育，夹黑煤、泥质粉砂岩，属非均质性极强的高研磨强冲击性地层。前期开展的
多次PDC钻头试验效果较差，严重制约着该区中下部地层的钻井速度。在该井的侏罗系中下统地层开
展了81/2″新型PDC钻头试验，先后入井3次，钻进井段为3155-3811m，3813.14-4044.58m，4053.34-4168.4m，累计进尺1002.5m，累计纯钻时间237.67h，平均机械钻速4.22m/h。与同区同期已钻井相比，单只钻头进尺提高了714.11%；单只纯钻时间提高了205.41%；机械钻速提高了86.08%，节约钻头用量6只，新型钻头在此井取得了非常显著应用效果。
表1 试验1井81/2″新型PDC钻头指标与同区同期邻井对比
序号项目
单只进尺（m）纯钻时间（h）机械钻速（m/h）钻头用量（只）1试验1井应用指标
1002.5
237.67 4.2212同区同期邻井钻井
指标123.14
77.82 1.587对比
值879.36119.64 1.36-6幅度
714.11%
205.41%
86.08%
-85.71%
4 结束语
（1）通过对钻头整体结构、冠部头型、布齿参数、水力结构、切削元件的个性化设计研究，增强了PDC钻头穿越非均质多变夹层和高研磨、强冲击性地层的能力，有效减少了PDC钻头先期损坏，从而大幅提高了钻头在井底的有效工作时间和效率，这是新型钻头取得显著效果的重要原因之一。
（2）试验应用表明，针对吐哈油田复杂岩性地层的新型PDC钻头有较好的适应性，突破了常规PDC钻头使用的瓶颈，使单只钻头行程、使用寿命、机械钻速均得到了成倍提高，同时有效减少了钻头用量和起下钻频率、提高了钻井运行效率、降低了钻井成本。
（3）试验应用表明，双排布齿的设计确实利于延长单只钻头使用寿命和行程，但后排齿的后倾角度和出露高度的大小对钻头的抗冲击能力和切削破岩能力的影响，还有待进一步研究评估，也是下一步研究的重点。
（4）针对吐哈复杂岩性地层的新型PDC钻头的个性化设计成功，对于扩大PDC钻头的使用范围具有很大的意义，为此类地层的钻井提速提供了切实可行的技术思路，为加速石油勘探开发做出了积极贡献。
参考文献
[1] 刘志鹏，曾恒，周学军.适用于特定地层PDC 钻头个性化设计[J].钻井工程，2013
[2] 杨庆理.PDC 钻头在井底的涡动分析研究[J].石油矿场积雪，2007
适用于复杂岩性地层的PDC钻头个性化设计与应用
徐军 程洪伟 付光军 刘登兵
中国石油集团西部钻探吐哈钻井公司 新疆 鄯善 838200
摘要：针对常规PDC钻头在吐哈油田复杂岩性地层钻井施工中，由于其软硬交错、高含砾、强研磨性的特性，造成钻头机械钻速低、行程短、用量高的问题，开展了PDC钻头整体结构、冠部头型、布齿参数、水力参数等方面的个性化设计，研制出新型PDC钻头。复杂岩性地层现场试验表明，所设计的新型PDC钻头具有很强的适应性，有效提高了单只钻头行程和机械钻速，提速效果显著，从而提高钻
井运行效率、缩短钻井周期、降低钻井作业成本，为复杂岩性地层的快速高效钻探提供了切实可行的技术思路，为加快油田勘探开发步伐贡献了积极的力量。
关键词：复杂岩性地层PDC钻头个性化设计 机械钻速
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