钻井工程中钻头选型探析

【摘 要】 钻井工程中，钻头选型有着重要的作用。本文从钻头选型依据与钻头选型原则出发，论述了钻井工程中钻头选型的方法，并结合实例对钻头选型进行了论述。该研究对我国钻井工程中的钻头选型有一定的借鉴作用。

【关键词】 钻井工程 钻头 选型 方法

钻头的类型在提高钻头使用效果方面有着重要的作用。这是因为钻头类型不同，钻头的性能就会存在区别，同一类型的钻头，钻头的结构参数不一样，性能也会存在区别，甚至同一型号的钻头，厂家不一样，钻头的性能也不一样。确定哪一类的钻头，同类的钻头应确定何种型号的钻头，同一种型号的钻头应确定哪个厂家的钻头，与钻井速度以及钻井所支出的成本都有着密切的联系[1]。正因为如此，本文对钻井工程中钻头的选型进行深入的探讨。

1 钻头选型的依据与原则

钻头选型的依据包括地层条件、钻井方式、轨迹控制、井眼尺寸以及地质设计要求等等。以钻头选型中所依据的地层条件为例，所钻地层的岩石所具有的机械力学方面的特性对钻头选型都有一定的影响。又如轨迹控制，是造斜还是稳斜等等。

在钻井工程中，钻头选型的原则主要应满足功能性、经济性以及最小比能三个原则。功能性指的是在石油以及天然气的开发过程中由于井眼轨迹以及井身质量等方面的要求不同，进而对所选用的钻头存在着特定功能性要求的情况，如穿夹层性能。经济性指的是在钻头选型中应坚持以钻头每平米成本最低为原则，在选型的过程中应综合分析钻头成本以及钻机运行成本等等，该原则是钻井工程中钻头选型中通常必须遵守的首要选择[2]。除此以外，在钻井工程中钻头选择中还应贯彻最小必能原则，该原则指的是钻头从井底地层上钻到单位体积岩石所做的功应是最小的，也就是说钻头的比能越低说明钻头的破岩效率则越高，所选择的钻头的使用效率也越好。

2 钻井工程中钻头选型方法分析

在钻井工程中，钻头本身是在不同的地层岩石特性条件下进行钻进，钻头在使用过程中强调的是钻井效益与钻头钻进效果都是最优的。从现有的钻井工程中钻头的选型方法来看，首先，以地层条件、钻井方式、井眼的轨迹控制要求、井眼本身的尺寸与地质要求等来确定合适的钻头使用类型。其次，以地层条件与钻头所具有的特性为基础确定钻头的选择型号。最后，对在同一个地层所使用的不同类型与不同型号的钻头，以单位进尺成本当做评价指标，对钻头类型与型号进行优选。目前在PDC钻头选型方面所用的新方法有岩石力学参数分析法、通用选型法以及数字化钻头仿真分析法等[3]。以通用选型法为例，该方法在钻头选型中第一步是通过模糊优选理论的应用来构建模糊优选模型，用该模型来进行相似层位的优选，进而通过经济效益指数法的应用对相似层位的钻头所具有的性能实施评价。最终确定钻头选型结果。通用选型法在使用中不受区域限制，同时避免了由于常规的依据地质分层或者钻井经验实施层位相似判断存在的不足，因而有着良好的实用性。

3 钻头工程中钻头选型实例

钻井工程中钻头选型所面临的情况是多元化且复杂化的，这就决定了具体的钻头选型中，需要结合实际情况来确定钻头的选型[4]。为了进一步说明该问题，本文以镇泾油田的钻头选型为例进行论述。

从镇泾油田在地层与岩性方面所具有的特点出发，在该区域块的施工多数采用的是PDC钻头。换句话说，是否确定出合适的PDC钻头是有效提高机械钻速的核心。从该区域PDC钻头出现损坏的原因来看，主要是因为该区域的地层中存在着砾石因为安定组下部与直罗组底部中有着较多的含砾粗砂岩，当钻头在遇到这些区域的地层时，钻头所产生的磨损就会非常严重，经常会出现崩片与碎裂等方面的情况，进而导致钻头在钻井工程应用的先期就出现了损坏。同时，钻头在不断的钻井中，遭遇地层硬夹层比较多，钻头在由软地层钻至到硬夹层时，期冠部轮廓结构的形状就会导致钻头不同部位的切削齿接触地层的硬度存在一定的区别，进而导致钻头中不同部位的切削齿在切削地层时会存在受力不均的情况，导致蹩钻等情况的出现，尤其是在对硬地层中的硬质点进行切削时，瞬时载荷能够导致切削齿出现碎裂。除此以外，钻头水力参数本身与使用PDC钻头存在不合理的情况下，如果比水功率选择存在过大的情况，钻头体就容易导致受到严重的冲蚀，造成切削齿或者喷嘴脱落的问题。

结合该区域钻头使用的情况，依据前文所论述的钻头选型的依据与原则，结合在钻井工程中钻头选型的方法，通过对该区域地层条件、钻井方式、井眼的轨迹控制要求等进行分析，尤其关注区域地层条件与钻头所具有的特性，得出应选用钢体斜刀翼深水槽型PDC钻头，该钻头适合在该区域推广使用。因为该区域内探井较多，同时设计井深的状况为较浅，起下钻一次时间相对来说也较短，因而应在不同的地层确定不同型号的PDC钻头，这样可以有效的预防单只钻头出现不必要磨损，进而提高单只钻头使用效率，降低钻头选型所耗费的成本支出。而对于已经出先期磨损的钻头，如果钻头的保径齿还能满足使用的要求，就可以通过返厂修复的方式进行有效利用。

综上所述。钻井工程中钻头选型本身是一个系统化的动态工程[5]。这就决定了工作人员应不断的提高自身的专业知识与实践技能，同时有效的结合所在区域的实际情况，确定合理的钻头型号，只有这样才能有效的提升钻井工程的工作效率。

参考文献：

[1]杨仲涵，何世明，周晓红，唐洪发，周怀光，章景城.国内外钻头优选方法述评[J].重庆科技学院学报，2011，（13）：87-90.

[2]马志亮，楼一珊，文忠选，王子强，刘宵，王广财.吐哈油田马朗凹陷火成岩地层钻头优选技术研究[J].石油天然气学报（江汉石油学院学报），2011，（3）：152-154.

[3]李祖光.因子分析在深井钻头优选中的应用[J].科技创新导报，2013，（12）：96-97.

[4]刘天恩，付友义，窦同伟，于成水，孙景涛，王育新.钻头选型新思路[J].油气田地面工程，2011，（1）：87-88.

[5]李明.南堡油田1号构造玄武岩高效PDC钻头选型与应用[J].中国化工贸易，2013，（3）：67.