定向井PDC钻头的钻井趋势分析
定向井PDC钻头的钻井趋势分析
李凯(胜利石油管理局石油工程技术开发中心 山东东营 257000)
摘要：现阶段在定向井钻井中，PDC钻头以其优越的性能得到了广泛的使用。PDC钻头结合定向井钻井工具，有效的提高了
定向井钻井的速度和效率。但是目前在定向井钻井中，钻井轨迹的控制还是比较困难，同时PDC钻头的偏移现象也较为普遍。
为了能够保证定向井钻井的质量，需要不断的进行井眼轨迹测量，出现问题后还需要进行纠斜作业。通过定向井井眼轨迹影响
因素的分析，得到PDC钻头的钻井趋势，对于提高定向井钻井的质量具有积极的意义。文章通过调研分析，研究了定向井钻头钻
井趋势的影响因素，开展了各影响因素对PDC钻头钻井趋势的影响规律，通过研究对于提高定向井钻井的质量和效率具有重要
的意义。
关键词：定向井；PDC钻头；钻井；趋势；规律；因素；影响
随着定向井技术的不断发展，定向井钻井技术已经成为油藏高效的开发重要方法。PDC钻头的工作寿命长，钻井速度高，具
有优异的性能，因此得到了广泛的应用。定向井钻井过程中钻头的钻井趋势直接关系到钻井的井眼轨迹质量。因此需要重点研
究定向井PDC钻头研究，得到影响到定向井PDC钻头钻井趋势的影响因素。定向井井眼轨迹的影响因素较多，包括钻井参数、
钻井设备、井深结构、地质条件等。所以定向井钻井的井眼轨迹控制是非常复杂的，研究过程中会应用到各个学科和行业知识。
PDC钻头的钻井趋势是决定定向井钻井井眼轨迹质量的重要因素，通过建立PDC钻头影响因素对井眼轨迹的作用模型，可以有
效的提高定向井钻井的效率和质量。
一、定向井PDC钻头钻井趋势影响因素分析
定向井钻井过程中，井下PDC钻头上部的钻具组合是影响到钻头钻井趋势的重要因素。钻具组合指的是钻头上部钻铤、扶
正器、钻杆等设备型号和组合方式统称。影响到钻头钻井趋势的钻具组合参数包括扶正器数目、扶正器和井壁之间的间隙、动力
钻具型号、弯曲角度、钻铤数量和长度等，在定向井钻井中，合理的钻具组合可以有效的解决井下PDC钻头受力不均匀的问题，
保证钻头的稳定高效工作。实际钻井过程中，需要结合所钻地层的特点，合理的计算井下钻头的受力情况，确定出最佳的钻具组
合，保证钻头的钻进趋势能够匹配设计的井眼轨迹。钻井的井眼几何参数也是影响到PDC钻头钻井趋势的重要因素，由于定向
井井眼轨迹维数的不同，定向井井眼轨迹的几何参数也不同。三维井身结构中的定向井井眼参数要比一维定向井的井身结构参
数数量多，而且复杂。定向井钻井过程中，已经钻完的井眼，其井深结构参数是不能够改变，但是通过理论分析和数值计算的方
法，可以对后续的PDC钻头的钻井趋势进行预测。钻井参数的不同也会影响到定向井钻头的钻井趋势。定向井钻井参数主要
包括，钻头钻压、工作扭矩、泥浆泵排量、压力、钻井液密度、钻井液粘度、钻杆的转速等。其中泥浆泵的工作压力和排量等水力参
数对于钻头偏移的影响较小。钻压的大小对于井下钻头的受力影响较大，如果钻井过程中钻压较大，容易导致钻头的不稳，以及
钻具组合的弯曲，弯曲后的钻具组合对PDC钻头的侧向力影响较大，如果产生的侧向力较大，会严重的影响到钻头的钻进趋势，
造成钻头的偏转，导致井眼轨迹偏离设计的井眼轨迹。地层的特性也会影响到定向井PDC钻头的钻井趋势，地层的特性主要包
括，地层的倾斜角度、地层岩性、岩石的硬度等参数，这些参数是定向井钻井所必须面对的参数，通常情况下地层的参数是无法改
变的，但是可以通过测量和实验的方法，得到一个区域范围内的地层参数。在定向井钻井的过程中，只能够根据地层的参数，不
断的适应和改进，从而保证钻头的钻井趋势满足设计的要求。钻头是影响到PDC钻头钻井趋势的关键影响因素。钻头参数包括
钻头类型、钻头尺寸、刀翼布置、切削齿、水力结构等参数，在定向井钻井过程中，首先要按照钻井的设计标准，选择出适合该井钻
井条件的定向井钻头，在条件允许的情况下，可以进行相应的钻头结构设计改进，设计出更适合的钻头。钻头的类型确定后，钻
头的结构和水力参数基本确定，通常情况下，一只钻头下入到井底，如果不出现异常情况，钻头通常会一直使用到钻头的寿命结
束，需要更换钻头类型时，可以在下次更换钻头时，再更换钻头的类型。
二、影响因素对定向井PDC钻头钻井趋势的影响规律分析
通过影响参数对定向井PDC钻头钻井趋势的影响规律分析，可以选择出适合定向井PDC钻头钻井的优化参数，提高定向
井的钻井质量。模拟结果显示，其他条件不变的条件小，随着底部钻具组合中扶正器外径不断增大，井下钻具组合开始向右偏
转，但是增大到某一个值后，井下钻具组合又开始向左偏转，因此需要合理设计钻具组合的扶正器外径，选择出最佳的扶正器外
径，充分发挥扶正器在稳定钻头方位方面的作用。通过地层参数对钻头钻井趋势研究得到，PDC钻头由硬地层钻入到软地层是，
钻头会在侧向力的作用下，向软地层偏转，这是由于钻头由硬地层转到软地层时，钻头在硬地层的钻进速度要小，所以钻头向软
地层中偏转。在其他条件不变时，增大钻头的钻速，可以有效的提高钻头的钻井速度，由于钻头横截面上钻头的钻进能力基本相
同，所以当钻头的钻速增大后，可以改善钻头的受力状态，从而减小PDC钻头钻井过程中偏移，在进行稳斜段钻井过程中，可以适
当的增加钻头的转速，但是不能无限的增大钻头的转速，无限增大也是不可能的。钻头转速的增加需要配合其他钻井参数。确
定合理的定向井钻井参数，可以有效的稳定PDC钻头的钻井趋势，保证定向井钻井的速度和质量。
结束语
定向井钻井是一项复杂的钻井工艺技术，如果不能够进行有效的控制，会严重的影响到定向井的钻井质量。定向井PDC钻
头的钻井趋势对于钻井井眼轨迹的影响较大。影响到钻头钻井趋势的钻具组合参数包括扶正器数目、扶正器和井壁间隙、动力
钻具型号、弯曲角度、钻铤的数量和长度等。定向井钻井参数包括钻头钻压、工作扭矩、泥浆泵排量、钻井液密度、钻井液粘度、钻
杆转速等。合理设计钻具组合扶正器外径，选择出最佳的扶正器外径。PDC钻头由硬地层钻入到软地层是，钻头会在侧向力的作
用下，向软地层偏转。通过研究对于改善定向井钻头的工作状况，提高定向井钻井的效率和质量具有重要的意义。
参考文献：
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[2] 王清江,毛建华,曾明昌.定向井井眼轨迹预测与控制技术[J].钻采工艺.2008.
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