【摘 要】西西伯利亚是俄罗斯的主要钻井区域，其70～80%的钻井活动集中在该地区。针对常规PDC钻头在俄罗斯西西伯利亚定向井钻进中，钻头导向性能差，造斜率不足的情况，研制出了一种新型的定向井PDC钻头。该PDC钻头采用中等深度内锥结构，同时进行了限制切削深度设计，增强了钻头对扭矩的响应。短钻头体，提高了该钻头的造斜率。通过现场试验，该钻头能较好的满足定向钻井钻进，取得了较好的效果。
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　　【关键词】PDC钻头 定向井 机械钻速 西西伯利亚
　　【中图分类号】P634.41【文献标识码】B【文章编号】1672-5158（2017）02-0229-01
　　前言
　　西西伯利亚市场目前是俄罗斯的主要油区。该市场基本全部使用PDC钻头。西西伯利亚梅格奥区域主要在白垩系下部和侏罗系上部，地层岩性以砂泥岩为主，实际井眼长度为2800～3500米。
　　该区块定向井钻井中使用PDC钻头时主要表现出如下缺陷：1）钻头在定向钻井中工具面不稳定，需要频繁调整，大大延长了钻井时间；2）钻头复合片在钻遇夹层时易出现断裂、崩齿和脱层等，导致钻头过早失效；3）钻头易泥包，不能有效钻进，机械钻速低；4）钻头保径部分磨损导致井眼缩径，造成钻头提前报废。5）由于钻头经常短起下，钻头保径斜面易磨损，导致保径失效以致钻头提前失效。由于PDC钻头是以剪切方式破碎岩石的，对不同地层应采用不同的冠部剖面和布齿方式，因此必须对在该区块定向井中使用的PDC钻头进行针对性的设计制造。
　　1、 定向井PDC钻头设计
　　1.1 冠部轮廓设计
　　针对俄罗斯西西伯利亚的地层较软，机械钻速要求要快的特点，采用等磨损和等切削准则相结合的措施进行冠部轮廓设计[5]，在拟合三种基本轮廓理论曲线方程的基础上，类比使用钻头，再结合钻头设计经验，确定出钻头冠部轮廓形状：中等深度内锥、双圆弧冠部轮廓和较短的外锥长度。
　　1.2 布齿设计
　　钻头切削结构设计包括切削齿的大小尺寸、切削角度、布齿密度和布齿措施等。考虑到常规PDC钻头损坏的主要特征是掉片、崩片、剥蚀脱层和过度磨损等，由于小直径的复合片具有良好的抗冲击性，其可以适应俄罗斯西西伯利亚的复杂地层情况。因而设计选择了主切削齿采用13mm的复合片，以适应复杂的地层情况（软至中，有硬夹层）。
　　采用中等布齿密度。采用6刀翼设计，以使其具有更好的导向性，同时具有更好的稳定性。采用宽刀翼设计，以保证内锥与井底接触面积大，以保证钻头可控性良好。同时，采用非对称刀翼，以减少工作振动和回旋的自激，消除振动和回旋的再现，以提高钻头的稳定性。
　　1.3 水力设计
　　本钻头水力设计采用了CFD数值略论工具，对钻头水力进行了优化设计。本设计采用深排屑槽设计、直刀翼、斜保径，多喷嘴组合结构。采用8个喷嘴设计，俄语论文范文，以有更好的清洗效果。通过CFD软件对钻头水力结构进行优化设计，对钻头喷嘴喷射位置及喷射角优化调整，使钻头所钻岩屑上返顺畅，切削齿清洗、冷却良好。
　　1.4 保径设计
　　采用短保径以适应其定向需求。同时采用主动复合片及覆焊的保径形式进行强化保径，以保证钻头在长时间使用时不缩径。
　　2、现场试验及结果略论
　　根据上述设计，对钻头进行了加工。该钻头在俄罗斯西西伯利亚梅格奥区块进行了现场试验。地层岩性为：泥岩、砂岩、有部分含砾夹层。
　　钻头编号为09100142的8 1/2KS**GR的钻头，首次试验在俄罗斯西西伯利亚梅格奥试用，从774米钻至2984米完井，进尺2240米，钻时58.52米/小时，俄语专业论文，机械钻速38.3米/小时，出井新度95%。该钻头共下井6次，期间无修复，总进尺10189米，总钻时387.95小时，机械钻速26.26米/小时。而在该区域同类型的定向PDC钻头平均寿命为6000米。
　　表1为新型定向井PDC钻头与该区其它定向PDC钻头对比情况：
　　新型定向井PDC钻头机械钻速与该区同类型PDC钻头机械钻速水平一致，寿命相关于该区块同类型定向钻头提高66%。
　　3、结论
　　1、试验运用表明，新型定向井PDC钻头导向性及可控性较好，能满足现场需求；
　　2、 试验运用表明，新型定向井PDC钻头机械钻速较高，满足市场需求；
　　3、 试验运用表明，新型定向井PDC钻头表面强化满足现场需要，钻头寿命较长；
　　4、 试验运用表明，新型定向井PDC钻头保径设计合理，适合俄罗斯西西伯利亚特殊钻进工艺需求；
　　5、 针对西西伯利亚地区8 1/2层段定向井钻头开发成功。该钻头值得在该区域推广使用。
　　参考文献
　　[1]孙明光.适合多夹层地层PDC钻头探讨[D].四川南充：西南石油学院石油工程学院，1999
　　[2]彭烨，王福修.钻头冠部剖面形状设计模式[J].石油钻探技术，1996，24（4）：38_40
　　[3]王荣.翟应虎，王克雄.PDC钻头等体积布齿设计的数值计算措施[J].石油钻探技术.2017，34（1）：42-45

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