定向井PDC钻头的发展趋势

定向井PDC钻头的发展趋势
摘要：定向井是按照设定方案，根据井斜和方位的变化轨道钻进的井，世界上第一口真正的有记录的定向井是在1932年美国人完的，为了促进企业的发展，我国最早使用定向井的是在1955年，随着科技的发展这种技术逐渐被广泛的接受，现在随着不同地区的需求不同也在不断的改进。

笔者就定向井PDC钻头的一些情况，简单的阐述如下。

关键词：定向井钻井技术趋势意识发展使用
随着技术的发展，现在的定向工具和仪器已经很发达，现在定向钻井是用的是军事上的导弹导航技术，地面控制井下钻头往期望的方位钻进，也就是简单的可以理解为想在那里打井工程师都可以帮助你实现。

例如这块地方地下有油，但是地面是居民区不可能在居民区里钻井，那就从附近对环保要求不高的地方打井，定向工程师可以引导钻头准确钻到你所需要的油层靶点，顺利采油。

或者地下好几个临近的地方都有油，每个地方打一口井成本太高，定向工程师可以通过打一口水平井把这几个油层贯穿，同时采油。

又或者在大海边缘浅水大陆架地下有油，可是在水面上搭建钻井平台成本过高（通常以亿计算），定向工程师可以通过在附近的陆地打一口大位移水平井，实现海上油田陆地开采，大大节约成本。

技术的发达不仅给人们的生活带来了改变，更给掌握这门技术的工作人员带来了便利，不但可以节约开支，更可以给人们的生活带来了本质性的变革。

一、定向井的现状
2012年6月，蛟龙号在太平洋成功下潜至7062米，让中国人在远洋探索中获得了新的成功。

2013年，在中石油西部钻探工程有限公司，一个号称“地下蛟龙号”的设备—“定向井仪器打捞送入装置及控制系统”，为我国石油钻探科技谱写了新的篇章。

二、钻头的发展和应用
定向井技术是提高石油勘探开发效率有效的技术之一，而PDC钻头以其自身的性能优势，在定向井钻井中发挥着越来越重要的作用。

随着定向井PDC钻头的不断发展与应用，在提高定向井钻井的效率和质量方面作用明显。

但是PDC 钻头在定向井钻井过程中，方位的偏移严重，为了提高钻井的质量，需要提高定向井PDC钻头钻进趋势的研究，通过对影响定向井PDC钻头钻井的影响研究，提高定向井钻井的效率。

文章研究了定向井PDC钻头与地层的作用模型，分析影响PDC钻头钻井趋势的影响因素，提高了定向井钻井的速度和质量。

三、定向井PDC钻头的参数分析
影响定向井PDC钻头的因素很多，笔者就重点简单的说下，地层之间的相互影响，就重点简单的说下，地层间的相互作用是影响的影响因素较多，为了能
够表示地层岩石的定量参数，首先要对地层岩石的参数进行定量分析，地层各向异性参数就是地层岩石主要参数之一，由于地层岩石特殊的形成原因，地层岩石的强度和硬度在地层的各个方向上，具有不同数值，所以石油钻井钻遇的地层一般都会各个方向上存在区别，这就指的是地层的各向异性。

在PDC钻头钻进过程中，不但会存在钻头轴向钻进的趋势，同时也会存在着钻头侧向钻进的趋势，PDC钻头这种在轴向和侧向上钻井趋势的不同，就是PDC钻头的轴侧方向钻进的不同性能。

在实际PDC钻井过程中，钻头的设计一般都会侧重于钻头的轴向钻进，避免钻头侧向钻进的现象。

定向井PDC钻头在实际钻井中，主要存在着三种类型的侧向力，首先是井下钻具结构对于PDC钻头的侧向力，其次是PDC 钻头结构本身造成的侧向力，第三是由于地层岩石结构的不同，而对钻进钻头产生侧向力。

通过钻头对于地层岩石机械作用力的分析，以及钻头的井底的位移变化，经过一定的坐标变换，考虑到PDC结构参数对于侧向力的影响，最后在加上地层岩石的各向异性参数，就可以得到井底钻头与地层岩石之间相互作用的模型。

通常情况下，在实际钻井过程中钻遇地层大多数都是非均质的，不论地层的均质性如何，而且即使是钻头轴侧钻指数相同，定向井井下钻头产生的合力的方向也不能完全和钻头的位移方向一致。

钻头合力的方向总会和钻头位移的方向有一定的夹角，可以分析地层岩石的非均质性对于PDC钻头力的影响。

在进行力学分析时，地层受到的力仅仅为力的形式，而不是真实的力，这和实际机械作用力区别较大，在地层受力分析时，将地层的特性参数，转换成力的表达形式，便于分析研究。

地层岩石的力学性质主要是有岩石的各向异性决定，在钻井过程中才显现出力的作用。

通过对钻头结构参数的分析研究，可以得到水平井钻井的钻头结构特性参数，将以上分析的特性参数带入到钻头与岩石作用的模型中，从而可以得到相应钻头在实际工作中的侧向力，进而可以确定定向井钻井中，钻头的钻进的方法。

四、影响定向井PDC钻头钻进趋势的因素研究分析
在定向井钻井过程中，影响PDC钻头钻进趋势的因素很多，主要包括钻头上部的钻具组合、钻头的形状参数、地层岩石的性质、实际钻井的参数等。

各因素对于影响钻头钻进的作用机理不同，表现形式各种各样。

通过采用理论研究结合软件分析的方式对影响钻头钻进的因素进行了研究，当井下钻具组合中扶正器的直径增加时，对于钻头的井斜力具有一定的影响，但是不会造成较大的影响，通过分析可得扶正器直径的增加，会加大井眼轨迹的斜率，但是对于钻头方位力的影响较小，所以在大斜度井钻井中，不能只通过增加扶正器的直径方法，来达到稳定井眼斜度和方位的目的。

在PDC钻头结构方面，当PDC钻头的保径齿长度加长时，钻头的井斜力始终向上，而数值的大小逐渐的减小，所以保径齿的加长可以达到降低井斜的目的，所以在利用PDC钻头钻定向井时，可以采用减小保径齿长度的方法，来达到稳定井眼斜度和方位的目的。

在定向井钻井参数方面，当钻井的钻压增加时，钻头的井斜力始终向下，而数值也在逐渐的增加，因此钻压的增加会增加井斜，而且增加的幅度随着钻压的增大而增大。

而钻头的方位力则为零，所以在大斜度井钻井中，钻压的增大可以增加井眼的斜率，同时可以稳定井眼轨迹的方位。

当钻头的转速增加时，井眼的斜度减小，可以达到井斜的目的。

在定向井PDC钻头造斜的过程中，当钻头从较硬的地层转到较软地层时，钻头的钻进方向会向软地层偏移一定的距离。

通过对影响定向井PDC钻头钻进趋势的因素研究，可以提高定向井钻井的质量和速度。

总之，PDC钻头在定向井钻井中得到广泛的应用，随着定向井PDC钻头理论和技术的不断发展，PDC钻头的使用会不断的提升定向井钻井的准确性和钻井效率。

定向井PDC钻头在工作时存在三种类型的侧向力，钻具结构产生的侧向力，钻头结构本身产生的侧向力和地层特性产生的侧向力。

通过对PDC钻头钻进趋势的因素研究，得到各因素对于PDC钻头钻进趋势的影响规律，可以更好的提高定向井钻井的质量和速度。

参考文献
[1]路学忠；尹伟；；定向井的设计与施工技术要点[A]；岩土钻掘技术在资源、环境和工程建设中的应用与发展学术论文集[C]；2001。

[2]蔡宗熙；马驰；焦永树；；定向井中钻柱的受力与变形分析[A]；第十三届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅰ册）[C]；2004年。