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钻头“转型”助力非常规油气开发
    近几年,美国等国家的页岩气开采技术成功应用,带来了全球性的能源战略多元化发展,逐渐改变了业界对未来油气资源供需格局的判断。2012年国土资源部油气中心最新研究成果表明,我国页岩气可采资源量为25万亿立方米。在我国页岩气“十二五”发展规划中,2015年页岩气产量将达65亿立方米。
    然而,我国页岩气开发存在成本高、钻井周期长、钻头钻具不配套、压裂技术体系不完善、关键技术由外国公司提供等问题。
    钻头“转型”适应非常规开发
    非常规天然气资源的埋藏、赋存状态与常规天然气资源既有相似之处又有较大差别,主要表现为气藏隐蔽、采收率不稳定、开发技术复杂、开采工艺水平要求高等。
    我国非常规油气钻探的地层条件的复杂性、钻杆受力的多向性,以及孔底环境的恶劣性,对钻探设备(钻机、泥浆泵)、机具(钻杆、钻具、钻头等)、钻井液,以及钻井工艺等提出了较高要求。研制适应性更强的新型钻头,成为当前国内外各大钻头制造企业的重点工作。
    针对不同地区地层的复杂性,以及钻井工艺技术多元化等特点,钻头制造企业不断优化钻头设计方案,加快钻头“转型”,延长钻头使用寿命,提高机械钻速,减少起下钻的次数和纯钻时间,降低钻井综合成本。
    钻头研发不能照搬外国经验
    我国页岩气藏储层条件与美国明显不同。美国的页岩气层埋藏深度在200米~2000米,而我国四川盆地的页岩气层埋藏深度在1500米~4000米;黔、渝、湘等省份页岩层厚度较薄且常呈多层叠置状态,开发难度大。
    我国页岩气开发不宜照搬美国的理论和技术参数,结合我国地质特征实际,研究页岩气开发理论、技术,以及相关装备,是可行之路。
    专家郭忠志认为,我国石化装备领域的科研人员要深入页岩气钻井现场,了解钻头的使用现状和使用要求,确定钻头研发的详细内容和分解指标;结合现场地层、钻具组合和钻头使用情况优化钻头结构;根据钻头材料的分解指标开展金刚石复合片、胎体材料等的应用性研究,自主研发页岩气水平井长水平段钻头。“只有这样做,才能延长钻头寿命,加快钻头机械钻速,减少钻头起下钻次数,满足相关可操控性要求。”他说。
    PDC钻头有望成为页岩气开发的主力钻头
    目前,PDC钻头广泛应用于常规油气勘探开发领域。由于国内常规天然气埋藏深度在1500米~3000米,深度与页岩气埋藏深度差距不大,在页岩气勘探开发中使用PDC钻头,能够提高钻井速度、降低更换钻头频率,大幅提升钻井经济效益。
    页岩层属于中软级别岩层,而PDC钻头在中硬级别以下岩层钻进优势显著。目前,全球消耗的PDC钻头量占钻头总量的比例达65%,而国内PDC钻头市场容量在2011年与牙轮钻头相当。专家预测,PDC钻头替代牙轮钻头并逐渐成为页岩气开发的主力钻头是大势所趋。
    2012年10月,斯伦贝谢公司发布了为非常规页岩气开采量身定制的新一代Spear页岩优化钢体PDC钻头成功开发的信息。斯伦贝谢钻头和高级技术主席Guy Arrington表示:“随着2011年Spear PDC钻头应用于页岩气开采,装备弯曲和水平井段的钻井性能提升。”
    “截至目前,有6000个Spear钻头投用。我们将特殊设计原件运用到新一代钻头中提升机械钻速,大幅降低了非常规井的钻探成本。”Guy Arrington说。
    一直以来,国内核心油气PDC市场被海外产品占据,相对于进口产品,国产油气PDC在抗冲击性、耐磨性、热稳定性上有差距。为缩小差距,国内各钻头制造企业结合实际进行钻头研发。
    2012年以来,江钻股份公司承担中国石化“涪陵高效PDC钻头开发”项目,针对涪陵地区的施工特点,依靠金刚石钻头生产线,开发了个性化PDC钻头。通过不断改进提高、试验与推广应用,他们将实现大幅度提高钻头综合使用指标的目标。
    陕西韩城中胜公司以前在煤层气开发中主要使用的是牙轮钻头。在两口井先后使用PDC钻头后,钻头总进尺1335.33米,平均机械钻速6.51米/时,使用过程中造斜比较好,工具面稳定、机械钻速高。
 

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