pdc钻头岩屑录井识别技术

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1、PDC钻屑录井岩性识别技术研究与应用由于PDC钻头与3A钻头在制造工艺和结构方面有着本质的区别，加之其特殊的破岩机理，导致PDC钻屑非常细碎（粒径最小达0.5-2.0mm或粉末状）；同时，由于PDC钻头机械钻速高、米钻时小，地质工岩样采集难以跟上钻头进度，造成岩性识别、分析化验挑样困难和剖面符合率低。因此，目前石油石化录井行业在钻达目的层时往往限制PDC钻头的使用，其原因可归纳为：①PDC钻头机械钻速高，给按地质设计实施岩屑录井带来了困难；②PDC钻屑细碎、岩性难辩，造成岩屑剖面符合率偏低，尤其是当油质轻、显示级别低时，易造成油气显示漏失；③

2、PDC钻头使用井段砂泥岩钻时幅差不明显，尤其是在砂泥岩颜色相近、砂岩泥质含量高、粒径小、地层成岩性较差的层段，给借助钻时分层带来很大困难。为此，开展PDC钻屑录井随钻岩性识别技术的研究，就是要在钻井采用新技术的条件下，保证录井能够不影响钻井技术的进步，齐全准确地收集各项录井资料，使地质录井各项技术指标如：油气显示的发现率、岩性识别准确率、地质剖面归位符合率等满足油田勘探开发工作的需求，使随钻录井岩性识别和油气显示快速评价解释技术进一步提高，提升油田的整体勘探开发效益。一、PDC钻屑成因分析1.金刚石钻头的分类（国内）金刚石钻头由国外七十年代初

3、研制成功，并于八十年代得到迅速发展，其显著的高钻速、低成本特点在实践中被钻井界证实和认可，因此获得广泛推广及普及。目前全国大部分油田都在使用PDC钻头，具备不完全统计，全国近50%探井,80%的生产都不同程度当地使用了PDC钻头。河南油田自1987年引进该技术以来，得到了广泛的推广和使用，钻井时效提高了30-50%，不论给钻井公司还是给河南油田均带来了显著的经济效益和社会效益。从近期收集的中石化西部新区钻探资料看，PDC钻头的使用率达80%以上，但大多为非目的层段使用，如征1井使用FM256D型PDC钻头于3020.20-4616.90m井段

4、，连续钻进1596.70m，纯钻进时间231小时，平均机械钻速7m/h，给提高钻井时效、降低勘探成本带来了显著的经济效益。PDC钻头是人造聚晶金刚石复合片钻头（PolycrystallineDiamondCompactBit）的简称，它是用聚晶金刚石复合片与硬质合金齿柱结合成切削元件镶嵌在钻头钢体或胎体上的优质钻头。国内主要的金刚石钻头生产厂家有江汉休斯和四川克里斯坦森钻头厂，另外还有部分小规模的地方、油田钻头厂及大专院校（石油大学、中国地质大学等）生产的各类金刚石钻头。其钻头类型分类见表。厂家江汉休斯四川克里斯坦森PDC（Polycryst

5、allineDiamondCompact）B系列R系列TSP（ThermallyStablePolycrystallineDiamond）P系列S．M．Z系列天然金刚石（Diamond）ND系列D系列2.PDC钻头的主要特点（1）钻头无活动部分(牙轮)。钻进中无掉牙轮顾忌，可实现高转速安全钻进。（2）不同岩性适应性强。针对地层情况，PDC钻头有不同的设计，如用于软地层，其钻头冠部外型呈长形或锥形；用于硬地层其钻头冠部外型呈圆形或抛物线形状。所以，适应范围比较广。（3）使用时间长。采用聚晶金刚石镶齿，坚硬锋利，寿命长；一般一支PDC钻头入井的工

6、作时间是普通钻头的五至八倍，减少了起下钻时间，降低了钻工的劳动强度，提高了钻井时效。（4）硬度高、破岩能力强。金刚石的硬度最高，钻头强度大，钻进速度快，钻时均匀。（5）破岩机理以切削和研磨为主。PDC钻头所钻的岩屑细小，甚至呈粉末状，尤其是疏松砂岩则往往呈颗粒状出现。钻屑颗粒细小，便于泥浆携带，保持井底清洁。（6）低钻压剪切均匀破碎，能够防斜、纠斜、稳斜。3.PDC钻头破岩机理PDC钻头按其切削原理分为F型钻头和R型钻头，其中常用的是F型。F型钻头冠部形状分为：浅锥形、短抛物线形、抛物线形和鱼尾形四种形态；齿形多为圆形齿或楔形齿，破岩方式主要

7、有剪切、预破碎、梨削和磨削四种。剪切破碎：从岩石破碎强度可知，岩石抗剪切强度远低于岩石的抗压强度（为抗压强度的0.09-0.15倍），PDC钻头正是利用岩石的这一特征实现其高速钻进，其破岩机理见图-3。PDC钻头切削力受力分析（首先做出以下基本假设）：①地层岩石是塑性的；②井底大体上平行于钻头轮廓面；③单切削刃和全钻头之间有相似之处：钻速与切削刃吃入深度成正比，作用于单切削刃的法向力与钻压成正比；④切削角忽略不计；⑤PDC钻头切削刃的体积磨损与摩擦成正比；⑥切削刃侧面摩擦力忽略不计。在钻压P和扭矩力T的合力R作用下，生产一个沿剪切面由合力R产

8、生的分力F（剪切力），当力F等于或大于剪切面积和岩石的抗剪切强度极限强度的乘积时，岩石就沿剪切面破碎。一般PDC钻屑颗粒大于其它类型金刚石钻头的钻屑，其钻头适合于中