j58-6-8井pdc钻头优化设计

技术应用与研究

一、J58-6-8井概况

Ｊ５８－６－８井位于内蒙古自治区鄂尔多斯市杭锦旗锡尼镇察哈尔乌素，构造位置为鄂尔多斯盆地伊陕斜坡北部，设计目的层位盒２、盒１，完钻层位是中元古界，依次钻穿中生界、古生界。

本井设计垂深３０９４ｍ，井底闭合距８９０ｍ，最大井斜角４０°，轨道类型为直－增－稳－降－稳，一开φ３１１．２ｍｍ钻头钻深４０１ｍ，φ２４４．５ｍｍ表层套管下深４００ｍ。二开φ２１５．９ｍｍ钻头钻深３５７６ｍ，φ１３９．７技术套管下深３５７５ｍ。

二、地层概况及使用难点

该区域为陆相沉积沙泥岩地层。该区块地质分层自上而下依次为：第四系、组、直罗组、延安组、延长组、纸坊组、和尚沟组、刘家沟组、石千峰组、石盒子组、山西组、太原组、本溪组和马家沟组。

表层井段大多数钻遇第四系－直罗组，因此表层钻头的设计和应用要充分考虑这一段地层岩性特点。组和直罗组交界面有砾石夹层，虽然硬度不大，但冲击性较强，这一井段对表层钻头是一个严峻的考验，优化设计、合理使用是保证表层一趟钻的前提。

延安组砂泥岩互层，虽硬度不高，但频繁变换岩性，钻头受到的冲击和研磨频繁交替变换，也考验着钻头的抗研磨性和抗冲击性。延长组砂岩具有一定的研磨性，延长组下部和纸坊组上部含砾石夹层，纸坊组中部－尚沟组以棕红泥岩为主，整体岩性较均质，泥质含量随着井深逐步增大。刘家沟组下部棕褐泥岩坚硬致密且还偶尔夹一段砂岩，ＰＤＣ钻头在该段钻进时机械钻速低、寿命短，非均质且坚硬的地层对钻头的损伤巨大，也是很考验钻头的井段。石千峰组中上部以棕红泥岩为主，钻头吃入困难，机械钻速慢，且因为造浆性强，易形成泥包。石千峰和石盒子组交界面是一个难点井段，岩性主要为褐红硬质泥岩、灰绿砂岩，且泥岩层较厚，钻速相对较慢。石盒子组中下部以白和灰细砂岩为主，可钻性好，机械钻速快，但是该段尤其是盒８储层石英含量非常高，对钻头磨损较严重。山西组－太原组含有一定厚度的

煤层，山１段为储层，孔渗性好，可钻

性相对较好。本溪组为泥质灰岩，硬度

大，部分井含有菱铁矿，ＰＤＣ钻头难以

穿越。马家沟组以白云岩和灰岩为主，

并含有泥质夹层，埋藏深，上覆地层压

复合片钻头

力大，岩石的抗压强度和抗剪强度都很

高，复合片难以吃入地层，这也是钻速

慢的主要原因。

三、PDC钻头设计思路和使用

钻头的稳定性能在造斜段钻进中

至关重要，钻头稳定性不好会使得工具

面难以控制，造成滑动钻进机械效率低

下；泥包同样是钻遇造浆性强地层时的

难点。提高钻头稳定性和防止泥包通常

采用以下几种方法：

（１）采用较平坦的钻头冠部轮廓，

试验表明，钻头冠部轮廓锥度愈大，钻

头旋转中心越容易发生横向偏移。反

之，具有平坦冠部轮廓的ＰＤＣ钻头不易

发生横向移动，其稳定性较好。

（２）混合切削结构，混合切削结

构的主要特点是在含有硬夹层的地层中

钻进时，有利于保持切削齿的连续吃入

地层，即保持机械钻速的连续不变性，

即保持机械钻速的连续不变性。也就是

说，这种结构使钻头的机械钻速在软地

层中不至于太快，而在硬夹层中也不至

于太慢。因此这种混合切削结构减小了

钻头在软硬交界面处引发各种振动的可

能性。

基于以上两点设计出的钻头型号

为ＰＱ５２３６ＳＪＺ－２１５．９完成了直－增－稳井

段，至石千峰组上部起钻。该钻为５刀翼

１６ｍｍ设计，并选用异型齿作为主切削

齿，取得了较好的使用效果。

（３）我们根据水力学原理，利用

流体力学分析软件对各种因素进行流

场分析，以实现最合理的水力机构，最

大程度的实现水力破岩和钻头最优清洗

效果，同时我们进行合理的水眼数量布

置、尺寸及位置设计、流道设计。同时

调整喷嘴的位置和喷射角度，使喷嘴的

射流尽量避开钻头刀翼，指向较大的排

屑槽。靠近钻头工作面鼻部的内置喷嘴

可为钻头中心区域提供有效的清洗。

（４）钻头使用方面：ＰＤＣ钻头钻遇

泥岩井段不能一味的求“快”，要适当

采取控时钻进等防泥包措施；同时除泥

器要配合使用，降低钻井液中低密度固

相的含量　；另外要求具有足够的排量，

避免钻屑重复切削形成淤泥而泥包钻

头，下钻过程中控制下钻速度并对螺杆

钻具的使用上也要注意。

基于以上两点设计出的钻头型号为

ＰＱ４２５２ＳＪＺ－２１５．９完成了降－直井段，

至中元古界起钻。该钻为４刀翼１６ｍｍ设

计，通过对流道的优化和部齿方式的优

化，避免了泥包，取得了较好的使用效

果。

四、取得效果

Ｊ５８－６－８井为一口该区域内位移较

大的定向井，胜利博丰钻头在克服了造

斜点深、造斜率要求高、地层易漏失、

多套地层的垂向不均质性等技术难点之

后，取得二开两趟钻完钻，机械钻速超

过甲方规定４０％的成绩。

五、结论与认识

（１）通过优化二开第一只钻头的攻

击性，达到了提高井队日进尺的目的；

同时兼顾定向要求和耐磨性，使得第一

趟钻可以既满足进尺要求，也满足定向

施工要求。

（２）通过优化二开第二只钻头的

外观，达到井队对易泥包地层的防范要

求，同时兼顾耐磨性和攻击性，进一步

缩短施工周期。

参考文献：

[1] 陈庭根，管志川. 钻井工程理论与技术. 东营：

石油大学出版社，2000

[2] 李树盛.PDC钻头设计理论及设计方法的研

究：[博士毕业论文]，1990

[5]王锡洲，王福修.P D C钻头稳定技术与应

用.1999

J58-6-8井PDC钻头优化设计

孙　骏　中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院

【摘　要】本文介绍了J58-6-8井PDC概况，地层可钻性难点，在施工过程中克服了造斜点深、造斜率要求高、地层易漏失、多套地层的垂向不均质性等技术难点之后，取得出的使用效果，队该区块的钻头选型有很好的借鉴意义。

【关键词】PDC钻头；优化设计；PDC钻头选型

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