pdc鉆頭在天津地?zé)峋械膽?yīng)用

1、l 2探礦工程( 巖土鉆掘工程 )2 0 1 0 年第 3 7 卷第 7 期 P D C鉆頭在天津地?zé)峋械膽?yīng)用 馬忠平， 杜 檳 ， 李振 杰 ， 楊 忠彥， 龐 海 ( 1 ． 天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院， 天津 3 0 0 2 5 0 ； 2 ． 天津市地質(zhì)i T - 程勘察院， 天津 3 0 0 1 9 1 )摘 要 ： 天津地 熱鉆井 ， 一般采用傳統(tǒng)的三牙輪鉆頭進(jìn)行 施工 ， 近年來 隨著鉆井工 藝水平 的進(jìn)步 ， 為 了提

2、 高鉆井效 率 ， 在部分井段 中采用 P D C鉆頭鉆進(jìn) ， 相 比三牙輪鉆頭取得 了更高 的機(jī)械鉆速 ， 且泥巖地層造 漿得到很好 的控 制 ，鉆井液性能穩(wěn)定 ， 降低 了維護(hù)成本 。實踐證 明， P D C鉆頭使用 壽命長 ， 在提高鉆進(jìn)效率 的同時經(jīng)濟(jì)效益顯著 。關(guān)鍵詞 ： 地 熱井 ； P D C鉆頭 ； 機(jī)械鉆 速 ； 天津 中圖分類號 ： P 6 3 4 ． 41文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ： A文章編號 ： 1 6 7 2— 7 4 2

3、 8 ( 2 0 1 0 ) 0 7— 0 0 1 2— 0 3A p p l i c a t i o no fP DCB i ti nGe o t h e r ma lWe l li nT i a n j i n ／ MAZ h o n g - p i n g， D UB i n，Z h e n - j i e，Y A N GZ h o n g — y a n，P A NGH a i( 1 ． T i a n j i nG e o t

4、 h e r m a lE x p l o r a t i o na n dD e v e l o p m e n tD e s i g n i n gI n s t i t u t e ，T i a n j i n3 0 0 2 5 0 ，C h i n a ；2 ． T i a n j i nG e o — e n g i n e e r i n gI n v e s t i g a t i o nI n s t i t u t e

5、 ， T i a n j i n3 0 0 1 9 1 ， C h i n a )A b s t r a c t ： G e o t h e r ma lw e l li nT i a n j i nu s e dt ob ec o n s t r u c t e db yt r a d i t i o n a lt h r e e — c o n eb i t ．Wi t ht h ed e v e l o p me n to fd

6、r i l l i n gt e c h n o l o g yi nr e c e n ty e a r s ，P DCb i tw a sa d o p t e di ns o mew e l ls e c t i o n st oi mp r o v et h ed r i l l i n ge f f i c i e n c ya n dmu dma k i n gi nmu d s t o n ef o r m a t i o

7、 nwa swe l lc o n t r o l l e dwi t hs t e a d yp e r f o r ma n c eo fd r il l i n gf l u i da n dl o we r e dma i n t e n a n c ec o s t ．P DCb i th a sl o n gs e r v i c el i f e ，w h i c hc a ni mp r o v ed r i l l i

8、 n ge f f i c i e n c yw i t ho b v i o u se c o n o mi c a l b e n e f i t ．Ke yw o r d s ： g e o t h e r ma lw e l ；P D Cb i t ； p e n e t r a t i o nr a t e ； T i a n j i n0引 言 早在 2 0世紀(jì) 8 0年代 中期 ， 我 國就開始 使用 P D C鉆頭應(yīng)用

9、到鉆探中， 在軟至中硬的地層 中鉆進(jìn) 顯示出高效率、 長壽命和低成本 ， 在煤 田、 石油、 核工 業(yè)等領(lǐng)域取得了令人矚 目的成績。多年的使用積累 了豐富的 P D C鉆頭設(shè)計和使用經(jīng)驗。P D C鉆頭實質(zhì) 上就是具有負(fù)切 削角度 的微 型 切削片刮刀鉆頭， 其工作原理與刮刀鉆頭基本相同。在鉆壓和扭矩的作 用下， P D C復(fù)合片“ 吃人” 地層 ，充分利用復(fù)合片極硬 、 耐磨 ( 磨耗 比是碳化鎢的 1 0 0多倍 ) 、 自銳 的特

10、點 ， 犁 削和剪切 地層 ， 破碎巖 石。P D C鉆頭主要 由鉆頭體( 胎體 ) 、 切削齒 、 噴嘴、 保徑 材料等組成 ， 如圖 1 所示。復(fù)合片磨削剪切和碎巖 過程如 圖 2所 示 。隨著 近 年來 地 熱 開發(fā) 和 利用 的市場 逐 步 擴(kuò)大 ，P D C鉆頭作為一項成熟鉆進(jìn)工藝逐步應(yīng)用 到地?zé)?行業(yè)的開發(fā)上 。本 文以實例介紹 P D C鉆頭在天津 地?zé)峋?中的應(yīng)用。1D R 1 0 0井基本 數(shù)據(jù) D R 1 0 0 井

11、位于天津市塘沽 區(qū)， 是我 院 R P S 3 0 0 0井 隊施工 完成 的地?zé)?勘探 井 。該 井設(shè) 計完井 目的層 保徑 料 鋼 心 焊 縫 P D C噴 嘴 金 剛牛秀 II復(fù)合 片剪 切作用 圖 2 復(fù)合片磨削剪切作用收稿 日期 ： 2 0 0 9 一 l 1 ～ 2 5 ； 修回 日期 ： 2 0 1 0— 0 3— 1 2作者簡介 ： 馬忠平( 1 9 7 0一 ) ， 男 ( 滿族) ， 遼寧人 ， 天津地?zé)峥辈?開發(fā)

12、設(shè)計院副院長、 高級丁程師 ， 探礦工程專業(yè) ， 從事地?zé)徙@ 井技術(shù)工作 ， 天津 市河?xùn)|區(qū)衛(wèi)國道 1 8 9， m a — z h o n g p i n g @s i n a ． c o n 。1 4探礦工程 ( 巖土鉆掘工程)2 0 1 0年第 3 7 卷第 7期 確認(rèn)鉆頭接觸井底后 ， 采用 5 0r ／ m i n 左右 的轉(zhuǎn) 速和 5～ 2 0k N的鉆壓磨合井底 。進(jìn)尺 0 ． 5—1 ． 0m， 完成新井底造型。2 ．

13、5 ． 5 鉆進(jìn) 鉆速試驗 ： 可先在推薦的鉆壓 、 轉(zhuǎn)速下鉆進(jìn) ， 然 后采用不同的鉆壓轉(zhuǎn)速試鉆 ， 直到找到最優(yōu)的鉆速 為止， 正常鉆進(jìn)時 ， 若地層變化 ， 可再做鉆速試驗 ；鉆進(jìn)時要均勻送鉆 ， 鉆進(jìn)中要保證排量 ， 每鉆進(jìn) 3 0 0— 4 0 0m井段 ， 要進(jìn)行一次短起下鉆 ， 以防止起 鉆“ 拔活塞” ；鉆頭使用到后期 ， 切削齒磨損平面加大 ， 降低了切削齒“ 吃人” 地層 的深度 ， 因此適 當(dāng)?shù)奶岣咩@壓 ，以維持較

14、高的機(jī)械鉆速。2 ． 5 ． 6 起鉆時間的確定 鉆遇下列情況之一的時候應(yīng)考慮起鉆 ：( 1 ) 有連續(xù)憋鉆現(xiàn)象， 且沒有進(jìn)尺 ；( 2 ) 立管壓力明顯上升 ， 進(jìn)尺較慢 ；( 3 ) 巖性變化不大 ， 機(jī)械 鉆速和轉(zhuǎn)盤扭矩 明顯 降低。2 ． 5 ． 7 注 意事項 ( 1 ) 鉆頭搬運要小心輕放 ， 防止切削齒損壞 ；( 2 ) 鉆頭不允許采用堵噴 嘴的辦法鉆進(jìn) ， 以防 止降低對切削齒的冷卻效果 ；( 3 ) T 3 5 4 4

15、型 P D C鉆頭不適合鉆礫巖地層 ；( 4 ) 避免加壓啟動轉(zhuǎn)盤 ；( 5 ) 必須達(dá)到推薦排量 ， 以保證有效攜帶巖屑 和鉆頭冷卻 ；( 6 ) 鉆遇大段疏松砂巖地層時要降低鉆壓和轉(zhuǎn) 速 ， 以鞏固裸眼井壁 ， 防止下套管遇阻。3 鉆具組合及鉆進(jìn)參數(shù) 鉆具組合 ：2 4 1 ． 3m mP D C鉆頭 + 0 1 5 9m m鉆鋌 5 6 ． 1m + 0 1 2 7m m鉆 桿 。鉆進(jìn)參數(shù) ： 鉆壓 3 0— 4 0k N ， 轉(zhuǎn)

16、數(shù) 1 0 0r ／ m i n ， 排 量為 4 1L ／ s ， 泵壓為 1 0～ 1 4M P a 。鉆進(jìn)時根據(jù)實鉆 情況調(diào)整鉆壓及轉(zhuǎn)數(shù) ， 同時應(yīng)特別注意轉(zhuǎn)盤扭矩變 化 ： 扭矩大 ， 降轉(zhuǎn)速、 減鉆壓 ； 扭矩 小， 提轉(zhuǎn)速、 加鉆 壓。送鉆要均勻， 嚴(yán)防暾 、 溜鉆。4 應(yīng)用效 果 D R 1 0 0井 P D C鉆頭鉆進(jìn)情況與鄰井牙輪鉆頭 鉆進(jìn)情況對 比見表 3 。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示 ， 4 0 0～ 1 8 0 0mP D C

17、鉆頭 泥巖 地層 平 均機(jī) 械 鉆速 是牙 輪 鉆頭 的 2 ． 0 7 倍 ； 砂巖地層平均機(jī)械鉆速是牙輪鉆頭的 1 ． 6 4倍 ， 最高鉆速達(dá) 2 3 ． 7 6m ／ h 。表 3P D C 鉆 頭與牙輪鉆頭鉆速對比表 使用 P D C鉆頭施工， 井 口返屑顆粒大 ， 鉆井液 易于維護(hù) ， 特別是鉆進(jìn)泥巖地層 ， 很好地解決了造漿 問題 ， 鉆井液性能穩(wěn)定 ， 易維 護(hù)， 鉆井液材料和處理 劑消耗僅占平時的 1 ／ 3 ， 降低

18、了鉆井液費用。同時 P D C鉆頭耐磨性強 ， 可多次重復(fù)使用 ， 相 比較牙 輪 鉆頭 ， 鉆頭費用也降低很多。5 結(jié) 語 D R 1 0 0井在新 近系明化鎮(zhèn)組 和館 陶組首 次采 用 P D C鉆頭鉆進(jìn)工藝 ， 經(jīng)使用 P D C鉆頭， 最高機(jī)械 鉆速高達(dá) 2 3 ． 7 6m ／ h ， 遠(yuǎn)高于普通 三牙輪鉆頭 ， P D C鉆頭平均機(jī)械鉆速是牙輪鉆頭的 1 ． 7 6 倍 ， 縮短了施 工工期 ， 且 P D C鉆頭鉆進(jìn)鉆井

19、液性能穩(wěn)定 、 易維護(hù)，泥漿材料費用大幅下降 ， 鉆頭費用亦有所降低 ， 取得 了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。但 P D C鉆頭在含礫石泥層中 鉆進(jìn)效率較低 ， 且易崩切削齒， 影響 P D C鉆頭使用 壽命 ， 故不建議在該種地層中使用。P D C鉆頭在天津地 區(qū)地?zé)峋?用取得了較好 的效果 ， 它作為一項成熟工藝值得在地?zé)峋┕ぶ?廣泛推 廣 。參考 文獻(xiàn) ：[ 1 ] 陳庭根， 等． 鉆井工程理論與技術(shù) [ M] ． 山東東營 ： 中國石油

20、 大 學(xué)出版社 ， 2 0 0 5 ．[ 2 ] 編寫組． 鉆井手冊( 甲方 ) [ M] ． 北京 ： 石油工業(yè)出版社 ， 1 9 9 0 ．[ 3 ] 王新純， 等． 鉆井施 工工藝技術(shù) [ M] ． 北 京： 石油工 業(yè)出版社 ，2 0 0 5 ．[ 4 ]馬忠平， 龐海 ， 王艷宏 ， 等． 天津地 區(qū)地?zé)徙@井及成井技術(shù) [ J ] ．探礦工程 ( 巖土鉆掘工程) ， 2 0 0 8 ， 3 5 ( 1 2 ) ： 9 — 1