圆片状，金刚石层厚度一般小于1慢慢，PDC 钻头采用圆形弧面进行破岩，钻遇砾岩钻井参数稍有不当将造成高速切削状态下砾石冲击损伤，导致刀翼外椎体破损或切削齿崩齿，如长期处于该状态将导致钻头损坏，降低了单趟钻进尺，加大了作业的成本。 PY34-1气田开发初期，12-1/4″井段主要使用常规PDC 钻头和牙轮钻头，平均机械钻从速15.2～21.9 m/h 不等，一次作业通常需要3～5只钻头才能完成该井段作业，单趟进尺523 ～ 1 012 m ，出井钻头崩齿的现象较为普遍，个别钻头缩径现象严重。邻井12-1/4″井段钻头数据如表1所示。
为了进一步提高机械钻速，降低钻头磨损，提高钻头的经济效益，技术人员借鉴国内外成功经验，通过对该区块地层特征和前期钻头使用情况深入分析的基础上，优选斧形齿专利PDC 钻头。 2.1 斧型齿钻头的结构设计
为保证同时提供出的切削效率(机械钻速)和耐磨性(钻
0 引言
伴随着油气田开发技术的不断提高，国内外的钻井工技术逐渐向高效、优质、快速的方向发展。PY34-1气田位于中国南海北部海域珠江口盆地番禺33自营区块，区域上位于中央隆起带的中部番禺低隆起，南部紧邻白云凹陷北缘[1]。地质层系自上而下分别为万山组、粤海组、韩江组、珠江组和珠海组。上部地层以松软的沙泥岩为主，少量含砾灰质夹层，抗压强度从20.68～62.05 MPa 不等，可钻性较好，但频繁的岩性变化和砾岩较强的研磨性导致转差震动和切削齿磨损，严重影响钻头寿命。下部珠江组有大段的硬质灰质砂岩，抗压强度137.90～275.79 MPa ，且具有极强的研磨性，导致钻头机械钻速低，钻井经济效益低下[2]。
1 钻头使用现状
近年来，随着常规PDC 的广泛应用，PDC 钻头的型号和质量上都进行了较大的改进，已经在软到硬的地层中逐渐使用，取得了较好的经济效益。PDC 钻头就是聚晶金刚石复合片钻头，它以金刚石为原料加入粘合剂在高温烧制而成。复合片为
新型专利PDC 在南海东部海上油气田的应用
秦世利1，陶冶2，宋吉明2(1.中海石油(中国)有限公司深圳分公司，广东 深圳 518067；
2.中海油能源发展股份有限公司工程技术深圳分公司，广东 深圳 518064)
摘要：PDC 钻头对地层的适应性是决定钻井提速提效的关键，南海东部PY34-1区块下部井段灰质细砂岩夹薄层泥岩，具有非常强的研磨性，可钻性极差，机械钻速低，单只钻头进尺少，钻井周期长。通过对该区块地层特征和前期钻头使用深入分析的基础上，优选斧形齿专利PDC 切削结构，提高钻头的破岩效率，实现了该气田平均机械钻速提高73.5%，提速效果明显。关键词：PDC 钻头；PY34-1油田；钻头选型；针对性设计 中图分类号：TE54
文献标志码：A
文章编号：1008-4800(2021)14-0144-02
DOI:10.19900/jki.ISSN1008-4800.2021.14.071
Application of the New Patent PDC in the Offshore Oil and Gas Fields
in the Eastern South China Sea
QIN Shi-li 1, TAO Ye 2, SONG Ji-ming 2
(1. CNOOC (China) Co., Ltd. Shenzhen Branch, Shenzhen 518067, China;
2. CNOOC Energy Development Co., Ltd. Engineering Technology Shenzhen Branch, Shenzhen 518064, China)
Abstract: The adaptability of the PDC bit to the formation is the key to determining the speed and eff i ciency of drilling. The lower part of the PY34-1 block in the eastern South China Sea has f i ne limestone sandstone intercalated with thin mudstone, which has very strong abrasiveness and poor drillability. The drilling speed is low, the footage of a single bit is small, and the drilling cycle is long. Based on the in-depth analysis of the formation characteristics of the block and the use of the previous bit, the axe-shaped patented PDC cutting structure was selected to improve the rock breaking eff i ciency of the bit, and the average ROP of the gas f i eld was increased by 73.5%, and the speed-up effect was obvious.
Keywords: PDC bit; PY34-1 oilf i eld; bit selection; targeted design
表1 邻井12-1/4″
井段钻头数据
A5H 3 137
207
6
15.2
523
械钻速。这个钻头的作用原理为先通过切削齿凸起部斧型结构接触地层，预压碎岩石，再通过后部切削齿平面部分切削，同时斧型齿刀口两侧的倾角设计使切削力减少，更有利于切削地层减小钻进扭矩[5]。
2.3 现场应用成果
PY34-1-A1H 井在南海东部首次引用进口新型斧形齿PDC 钻头，实现了2趟钻完成12-1/4″井段作业，单只钻头进尺、ROP 和钻井日效率均有比较明显的提高，其中钻井日效率较A2和A5H 井平均水平提高了31%，达到了该项目的预期目标。
后续连续应用4口井，该钻头均有不错的表现，并且创造了该区块单只钻头、单趟钻进尺最多纪录，机械钻速、钻井周期、钻井日效率均屡创新高。其中番禺34-1-A6H 井以钻井周期43.77 d 的骄人成绩，打破了中国海油石油总公司6 000～6 500 m 水平井钻井周期纪录。
通过同区块常规齿和斧型齿钻头钻头使用情况对比分析，新型斧形齿PDC 钻头较常规齿平均单趟进尺提高144.1%，单
趟最大进尺提高44.3%，平均机械钻速提高73.5%，钻井日效率提高82.7%。新型斧形齿PDC 钻头提速效果明显[6]。
PY34-1气田斧型齿钻头使用情况如表2所示。PY34-1气田12-1/4″井段钻头数据对比如表3所示。
头进尺)。基于邻井分析，采用了专利技术的刚性金刚石材料的5刀翼、16 mm 切削齿、钢体钻头设计。为了在各个岩性地层中取得出的机械钻速表现，新的钻头设计采用了攻击性的冠部形状(斧型)和切削齿后置角[3]。
钻头设计导入4D 有限元动态模拟系统与普通的PDC 钻头进行模拟对比。对比使用了6组岩性，使用不同的钻压、转速模拟了实际钻进过程中可能出现的情况。
结果显示新的钻头设
计在不同钻进参数下，机械钻速整体提高了8%～31%[4]。
新钻头设计的电脑辅助设计模型如图1所示。
图1 新钻头设计的电脑辅助设计模型
2.2 斧型齿钻头破岩机理
斧型齿钻头改变了常规齿仅靠切削破岩的机理，利用压碎
和切削复合破岩，能有效提高钻头破岩效率，极大的提高了机
表2 PY34-1气田斧型齿钻头使用情况
A6H 3 853143.63226.83 1 926.5 3 66816.88228.314d 2 56664.24139.94 2 566 2 566 6.52393.56A8P1 4 211116.41236.17 2 105.5 3 20014.81284.33A8
3 842
99.73
3
38.52
1 280.667
3 264
17.65
217.68
表3 PY34-1气田12-1/4″
井段钻头数据对比
常规718439218.33718.4254254.33132.22斧型齿
17535
551.55
31.79
1753.5
3668
72.52
241.78
3 结语
斧型齿PDC 钻头在保证了钻头良好的切削能力的同时也增加了钻头的抗研磨性，提高了钻头的机械效率和寿命。说明斧型齿PDC 钻头对番禺34-1地层有较强适应性。
番禺34-1气田下部高研磨性地层机械钻速虽有提升仍然有待提高，可以考虑加入提速工具如超级马达、水力振荡器等工具，进一步增加硬地层钻头切削效率，减小钻头磨损实现一趟钻完成12-1/4″井段。
参考文献：
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[2] 张涛，董宏伟，赵峰，等.非平面齿PDC 钻头在福山油田
砂砾岩地层的应用[J].石油工业技术监督，2021, 37(03): 52-54, 59.
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[4] 天工.新型PDC 钻头在塔里木油田再创新纪录[J].天然气工业，2020, 40(01): 19.
[5]李琴，傅文韬，黄志强，等.硬地层中新型PDC 齿破岩机理及试验研究[J].工程设计学报，2019, 26(06): 635-644.
[6]樊思成，周学超，邓阳.长宁—威远区块页岩气水平井PDC 钻头优选分析[J].设备管理与维修，2020 (01): 17-19.
作者简介：秦世利(1980-)，男，工程师，2003年毕业于西南石油大学石油工程专业，研究方向：海上钻完井现场作业和技术研究。
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