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摘要：定向井技术可以更好地对油藏进行開发利用，定向井作业采用PDC钻头可以有效提高钻井效率，保证钻井质量。在实际的定向井钻井作业过程中，采用PDC钻头进行作业，存在着方位和轨迹与设计产生偏移的问题，影响着钻井作业质量。本文对定向井PDC钻头与地下储层作用力建立起模型，并对钻头受力进行深入地分析，并对定向井PDC钻头钻井趋势影响因素进行了探讨。

关键词：定向井钻井;PDC钻头;影响因素

随着定向井钻井技术的不断进步，对定向井作业采用的工具提出了新的要求。定向井钻井作业需要面对较为复杂的地质条件，还需要保证较好的钻井质量，需要对PDC钻性能通过不断优化和提升，确定出最为合理的钻头结构方式和配置参数，可以更好地保证钻井作业速度。所以，需要对定向井用PDC钻头进行深入地研究，保证钻头具备较高的钻井作业效率和使用寿命。

1定向井PDC钻头与地下储层作用力模型分析

PDC钻头应用到定向井钻井作业时，与地下储层产生的作用存在着较多的影响因素，需要确定出地下储层岩体具备的定量参数，采用定量分析办法对不同方向的参数进行确定。由于地下储层岩体形成原因比较复杂，具备的强度和硬度在不同方向上有着较大的不同，存在的各向异性会对PDC钻头产生影响。定向井钻井作业过程中，钻遇机率最高的就是沉积岩地层，该地层的地质条件有着各向异性现象，会使得钻井作业过程中出现钻头偏离设计井眼轨迹的问题，会对钻井质量造成影响，也会降低钻井施工作业效率。在PDC钻井向前挺进过程中，会具备轴向钻井趋势，还会形成侧向钻进趋势，该种钻头会在轴向、侧向形成两个挺进趋势，使得形成的井眼轨迹偏离原计划轨迹。在对钻头进行设计时，多注重轴向钻进性能，防止钻井作业过程中存在侧向钻井问题。对PDC钻头水力结构进行设计，也多考虑轴向钻进性能，规格型号不同的钻头在轴、侧钻性能方面也有着很大差异，会结合地下储层参数，采用理论计算的办法，也可以在实验内开展破裂试验，从而得到PDC轴、侧方向钻进参数。定向井钻井作业利用PDC钻头会形成三种不同类型的侧向力，钻井工具结构方式会使其具备侧向力，钻头结构也会产生侧向力，再就是地下储层岩层产生的侧向力。把钻头对地下储层岩石形成的作用力进行深入分析，并对钻头在井身底部位移改变进行研究，通过坐标变换来分析PDC钻头结构对侧向力的产生的影响，再考虑到地下储层岩石具备的每个方向异性参数，可以建立起井筒底部钻头和地下储层间的作用力模型。

一般情况下，钻井作业过程中遇到的地下储层都具备均值质性特点，但不管均质性程度如何，如果钻头轴、侧钻性能参数一样，在定向井作业环境下PDC钻头形成的合力方向，也无法完全保证与钻头位移方向相同。钻头合力的方向会与位移方向存在着一定的角度，可以简化之后建立起三维钻速模型，用于对地下储层岩石具备的非均质性对外头侧向力的影响进行分析。地下储层受到的力与机械作用力有着较大的差别，进行受力分析时需要把具备的特性参数变换成作用力，可以便于分析受力情况，而岩石受力情况与每个方向异性参数有着直接关系，只只有在钻井作业时才能发现作用力的存在。对定向井井眼轨迹进行分析可以知道，钻头上钻井工具的结构方式，可对PDC钻头形成侧向力，并控制钻头旋转的角度。把钻井工具和钻头具备的特性参数引入到作用力模型，可以得到钻头挺进过程中侧向力，可以为钻井作业方案的制定提供参考。

2定向井PDC钻头钻井趋势影响因素

定向井钻井作业过程中，对钻头钻井趋势产生的影响的因素比较多。主要有钻井工具、钻头结构特点、地下储层岩石特性、选用的钻井参数等。每种影响因素对钻头钻进趋热影响机理有着较大的不同，结合相关理论知识，并应用分析软件来对钻头钻井趋势影响因素进行分析。

如果钻井组合工具中的扶正器直径尺寸增加，则会对钻头井斜力产生一定影响，会使井眼轨迹斜度变大，但不会对钻头方位力产生太大的影响。如果在大斜度定向井施工时，不可以增大扶正器直径尺寸来控制井眼斜度和方位。如果PDC钻头保径齿长度变大，钻头旋转形成的井斜力会向上，作用力随着径齿长度增加而不断变小，合理提升保径齿长度可以更好地控制井斜，应用PDC钻井进行定向井钻井作业过程中，可以利用合理的保径齿长度可以控掉好井眼轨迹斜度和方位。钻井压力变大时，PDC钻头具备的井斜力会保持向下，随着压力的提高则作用力也会变大，钻井压力的增加会加大井倾斜的可能性，井斜程度会随着钻井压力变大而增加，当PDC钻头具备的方位力达到零，在大斜度定向井钻井作业过程中，钻压的提升会使井眼轨迹斜率变大，但可以更好地控制井眼方向。提高PDC钻头旋转速度，定向井井眼轨迹变斜程度会相应地变小，可以对井斜角度进行适当地调整。在定向井造斜作业阶段，如果钻头从质地比较硬的地下储层转换到软地层过程中，钻头的前进方向会与预计角度产生一定程度的偏离，需要在及时调整钻井速度和角度，可以更好地保证定向井钻井质量。对定向井PDC钻头钻井趋势影响因素进行分析，制定出有效的预防办法，可以更好地保证钻井质量，提高钻井作业效率。

3结束语

综上所述，PDC钻头由于具备较高性能，已经在定向井钻井作业中得到了大量的应用，随着PDC钻头理论和生产技术的不断进步，会进一步提高定向井钻井作业效率，保证井眼轨迹的准确性。定向井作业过程中，钻头会受到地下储层各响异性产生的影响，钻头前进方向会与设计轨迹产生偏离，同时，PDC钻头在前进过程中会受到钻井工具、钻头结构和地下储层特性产生的侧向力，这就使得钻头钻进趋势受到影响，结合应用软件和建立的三维模型对影响因素进行分析，采取相应的控制措施，可以更好地保证定向井钻井质量和作业效率。

参考文献：

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