复合钻头技术的应用论文
1引言
“十二五”以来，中国石油工业仍然面临严峻的勘探开发形势，为钻井提速提出了新的挑战。深层、超深层的硬地层提速仍面临着“钻速慢、周期长、成本高”的难题，成为制约深层油气资源开发的技术瓶颈之一，而提速的关键则在于钻头。
复合钻头又称混合钻头，英文名Hybrid Bit。早在1930年，美国人Floyd L.Scou等就发明了世界上最早的牙轮一刮刀复合钻头，但在当时却因为被认为是不切实际的而没有得到进一步发展。20世纪80年代，美国Smith公司和Reed公司也先后提出牙轮一金刚石齿复合钻头技术的专利，但山于受到复合片材料技术限制，这种钻头技术思想并未获得成功的商业化应用。2010年，Baker Hughes公司公布了一种名为Kymera的PDC一牙轮复合钻头的技术特点和现场试验情况，如图1所不。钻井应用表明:PDC一牙轮复合钻头能在致密泥页岩、不均质地层等难钻地层条件下高效钻进，能显著减小钻头转矩，降低扭转振动，减少茹滑趋势，提高钻头钻进效率和导向能力。
2011年至今，宝鸡石油机械有限责任公司、西南石油大学和川庆钻探工程有限公司在复合钻头方面开展了大量理论和实验研究，陆续申请了关于复合钻头的专利10余项，其中以《一种牙轮一固定切削结构复合钻头》具有很强的代表性，如图2所不4 复合钻头结构形式多种多样，其中在目前的石油钻探中应用较为成熟的是PDC一牙轮复合钻头，也是本文的讨论重点。
2复合钻头现场应用
1)应用实例一。2013年6月，塔里木油田迪北103井试用了一只444.5 mmKM633复合钻头9，如图3所T}迪北区块苏维依组砾石含量多、地层软硬交互频繁、可钻性差。复合钻头刷新了该层位的机速和进尺记录，平均机速比迪北101提高了106%，比迪北104提高了165，平均单只钻头进尺提高了564%，
总体而言，钻井提速效果十分显著。2)应用实例二。2014年 12 月，磨溪 42 井试用了一 只 311.1 mm KM633X复合钻头，如图 4 所示。磨溪区块须家河组为砂岩夹页岩，地层极硬，研磨性极强。该钻头一次钻穿须家河组，总进尺 551 m，出井后轻微磨损，仍可继续使用。该趟钻创下了磨溪高石梯区块一趟钻钻穿须家河组的机械钻速记录。
3 下一步建议
1)复合钻头的`提速增寿。复合钻头的工作转速较低，主要受到牙轮轴承、密封和主体内锥布齿结构的制约。有实验表明，提高复合钻头的工作转速，其机械钻速会成倍上升。复合钻头承受的钻压越大，牙齿造坑能力越强，PDC 破岩体积越大，但是高钻压同时会引起高振动，复合片受到的冲击也越大。因此，只要能够从结构和复合片抗冲击性能综合考虑，复合钻头势必向高转速、高钻压的方向发展，使复合钻头提速增寿迈向一个新台阶。
2)增强地层适应性。复合钻头不是万能钻头，需根据钻遇地层作个性化设计才能取得较好的钻进效果。现场应用情况表明，复合钻头在硬、夹层中有良好的提速效果，但我国难钻地层复杂多样，只有针对多种难钻地层进行设计，才能拓展复合钻头的应用前景。
3)满足不同钻井工艺需求。前期基本理论研究和现场应用表明，复合钻头工作平稳，工具面可控性高。然而复合钻头还需要进行更多的优化设计，以满足钻井工艺要求的不断改进。如在页岩气一趟钻过程中，复合钻头就需要同时满足直井钻进、造斜稳斜、长距离水平钻进等多种工况。
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