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摘要：古潜山储层作为钻井取心工艺中的一个世界性难题，是钻井取心技术人员一直以来关注和研究的对象。本文通过对古潜山储层特性的分析和研究，对PDC取心钻头在古潜山储层的切削齿抗磨性进行分析研究，确定出更加适合具有古潜山特性的切削齿，在提高PDC取心钻头在古潜山储层中使用寿命的同时，也提高了机械钻速，为提高岩心收获率奠定了基础。
关键词：切削齿抗磨性；古潜山储层；PDC取心钻头；钻井取心技术
引言
古潜山储层因岩性坚硬而破碎、研磨性高，是钻井取心行业取心难度最高的地层之一。该储层研磨性高，在以往只能应用耐磨性较高的孕镶或者表镶取心钻头，但因孕镶或表镶取心钻头机械钻速低，而古潜山储层又坚硬而破碎，在低机械钻速的取心钻进中很容易出现吊打和岩心受钻井液冲蚀，导致该地层的岩心收获率极低。本文通过对PDC取心钻头切削齿抗磨性能的研究，设计能更加适应古潜山储层的切削齿，提高钻头寿命的同时，高机械钻速可以有效防止在进行过程中岩心因破碎的丢失。
1.切削齿的损坏原因
切削齿是PDC钻头的切削元件，切削齿的质量好坏直接影响着PDC钻头的性能和质量，因此提高切削齿的抗磨、抗扭、抗冲击等性能是提高PDC钻头使用寿命的主要途径。通过现场施工发现，在古潜山储层中PDC的研磨性、抗扭、抗冲击性能显著下降，是造成PDC取心钻头损坏的主要原因。通过对现场的数据进行统计分析可以确定，造成切削齿性能低下的原因主要有：切削齿烧结过程中存在缺陷、切削齿中残留钴含量过高、切削齿的热稳定性差、烧结过程中剩余应力过大等四个方面。
2.提高切削齿性能的措施
从古潜山的储层特性出发，通过对PDC取心钻头在古潜山储层中的使用数据进行统计和分析，确定出造成钻头切削齿损坏的主要原因，并结合古潜山储层特性，对存在的问题做了一下四个方面的改进。
2.1提高切削齿高温高压的烧结工艺
在古潜山储层中，因岩性坚硬、研磨性高、裂缝发育，普通的PDC钻头切削齿在使用过程中因局部温度高、受力不均匀、局部扭矩大，使得切削齿在高温高压压制过程中因为聚晶金刚石复合片本身存在的微观缺陷在使用过程中被放大，从而加速了切削齿的破坏。
为了能够有效降低因在高温高压压制过程中聚晶金刚石复合片的微观缺陷，使得在使用過程中放大缺陷而造成的切削齿损坏，经过研究发现，在高温高压烧结过程中加入表面改性膏剂和防氧化表面活性剂，降低切削齿的磨耗，可以降低金刚石复合片的微观缺陷，从而提高切削齿的使用寿命。
2.2有效降低切削齿中残存的钴催化剂含量
切削齿中残存的钴催化剂限制了PDC取心钻头在古潜山储层中的应用，为了有效解决钴催化剂的含量，引进国外先进全角度钴滤出工艺提高切削齿的耐磨性能，如图1所示：
2.3提高切削齿的热稳定性
当取心钻头在井底高速旋转时，钻头与地层之间的高速摩擦会产生巨大的热量，使得切削齿处于高温的环境，处于高温的PDC切削齿会因为过热而出现应力裂变，使得切削齿出现龟裂，复合片损坏掉落。
为了提高切削齿的热稳定性，对切削齿进行高温试验发现，可以通过优化复合片的二次压制工艺提高切削齿的热稳定性，同时应用高性能的低冲蚀取心钻头水眼结构，可以有效防止因切削齿与地层之间的摩擦过热出现的热龟裂等损坏，如图2所示：
2.4降低剩余应力
在切削齿聚晶金刚石复合片与硬质合金压制过程中会存在一定的残存应力，在钻头使用过程中，当磨擦温度达到一定值时，残存应力就会释放，从而造成复合片的脱落或损坏。研究表明，通过应用非平面接触结构可以降低残余应力，提高切削齿的稳定性和抗磨、抗扭、抗冲击性能。非平面接触结构如图3所示：
3.效果检验
厂家的实验室中进行新型PDC切削齿的测试。实验室测试表明，改进后的PDC切削齿的抗磨、抗扭、抗冲击性能都有很大提高，在钻压、水力参数及其他外界条件一定的情况下，对新型的PDC切削齿进行对比试验，实验测试结果表明，改进后的新型PDC切削齿的抗磨、抗断裂、抗破碎、抗冲击的性能比改进前的普通PDC切削齿的各项性能要提高3倍以上，改进措施显著。
技术人员将单纯改进PDC切削齿的取心钻头应用到茨XX和茨XXX井进行测试，测试结果见表1所示：
4.结论
（1）改进后的新型PDC切削齿的抗磨、抗断裂、抗破碎、抗冲击的性能比改进前的普通PDC切削齿的各项性能要提高3倍以上，改进措施显著；
（2）单纯提高PDC取心钻头的切削齿可以提高PDC钻头的整体性能。
参考文献
[1]赵小军，康鑫，潘飞飞，潘秉锁，段隆臣.孕镶金刚石钻头破碎花岗岩岩屑粒径分布研究[J/OL].金刚石与磨料磨具工程，2019（01）：84-88[2019-03-14].
[2]高宏松，吴婷.渤海油田古潜山破碎性地层钻井取心技术[J].石化技术，2018，25（09）：143.
[3]孔志刚，于希.辽河油田古潜山储层钻井取心技术[J].石油钻探技术，2014，42（03）：50-54.
[4]孔志刚.应用新型PDC取心钻头 提高坚硬破碎地层岩心收获率[J].石油工业技术监督，2013，29（06）：40-43.
作者简介：孔志刚（1986-1），男，工程师，学士学位，辽宁盘锦，2010年毕业于中国石油大学（北京）石油工程专业，研究方向：从事钻井取心研究和技术服务工作。E-mail：[email protected]。
孔志刚（1986-1），男，工程师，学士学位，从事钻井取心研究和技术服务工作。E-mail：[email protected]。
（作者单位：长城钻探工程有限公司工程技术研究院）
关键词：切削齿抗磨性；古潜山储层；PDC取心钻头；钻井取心技术
引言
古潜山储层因岩性坚硬而破碎、研磨性高，是钻井取心行业取心难度最高的地层之一。该储层研磨性高，在以往只能应用耐磨性较高的孕镶或者表镶取心钻头，但因孕镶或表镶取心钻头机械钻速低，而古潜山储层又坚硬而破碎，在低机械钻速的取心钻进中很容易出现吊打和岩心受钻井液冲蚀，导致该地层的岩心收获率极低。本文通过对PDC取心钻头切削齿抗磨性能的研究，设计能更加适应古潜山储层的切削齿，提高钻头寿命的同时，高机械钻速可以有效防止在进行过程中岩心因破碎的丢失。
1.切削齿的损坏原因
切削齿是PDC钻头的切削元件，切削齿的质量好坏直接影响着PDC钻头的性能和质量，因此提高切削齿的抗磨、抗扭、抗冲击等性能是提高PDC钻头使用寿命的主要途径。通过现场施工发现，在古潜山储层中PDC的研磨性、抗扭、抗冲击性能显著下降，是造成PDC取心钻头损坏的主要原因。通过对现场的数据进行统计分析可以确定，造成切削齿性能低下的原因主要有：切削齿烧结过程中存在缺陷、切削齿中残留钴含量过高、切削齿的热稳定性差、烧结过程中剩余应力过大等四个方面。
2.提高切削齿性能的措施
从古潜山的储层特性出发，通过对PDC取心钻头在古潜山储层中的使用数据进行统计和分析，确定出造成钻头切削齿损坏的主要原因，并结合古潜山储层特性，对存在的问题做了一下四个方面的改进。
2.1提高切削齿高温高压的烧结工艺
在古潜山储层中，因岩性坚硬、研磨性高、裂缝发育，普通的PDC钻头切削齿在使用过程中因局部温度高、受力不均匀、局部扭矩大，使得切削齿在高温高压压制过程中因为聚晶金刚石复合片本身存在的微观缺陷在使用过程中被放大，从而加速了切削齿的破坏。
为了能够有效降低因在高温高压压制过程中聚晶金刚石复合片的微观缺陷，使得在使用過程中放大缺陷而造成的切削齿损坏，经过研究发现，在高温高压烧结过程中加入表面改性膏剂和防氧化表面活性剂，降低切削齿的磨耗，可以降低金刚石复合片的微观缺陷，从而提高切削齿的使用寿命。
2.2有效降低切削齿中残存的钴催化剂含量
切削齿中残存的钴催化剂限制了PDC取心钻头在古潜山储层中的应用，为了有效解决钴催化剂的含量，引进国外先进全角度钴滤出工艺提高切削齿的耐磨性能，如图1所示：
2.3提高切削齿的热稳定性
当取心钻头在井底高速旋转时，钻头与地层之间的高速摩擦会产生巨大的热量，使得切削齿处于高温的环境，处于高温的PDC切削齿会因为过热而出现应力裂变，使得切削齿出现龟裂，复合片损坏掉落。
为了提高切削齿的热稳定性，对切削齿进行高温试验发现，可以通过优化复合片的二次压制工艺提高切削齿的热稳定性，同时应用高性能的低冲蚀取心钻头水眼结构，可以有效防止因切削齿与地层之间的摩擦过热出现的热龟裂等损坏，如图2所示：
2.4降低剩余应力
在切削齿聚晶金刚石复合片与硬质合金压制过程中会存在一定的残存应力，在钻头使用过程中，当磨擦温度达到一定值时，残存应力就会释放，从而造成复合片的脱落或损坏。研究表明，通过应用非平面接触结构可以降低残余应力，提高切削齿的稳定性和抗磨、抗扭、抗冲击性能。非平面接触结构如图3所示：
3.效果检验
厂家的实验室中进行新型PDC切削齿的测试。实验室测试表明，改进后的PDC切削齿的抗磨、抗扭、抗冲击性能都有很大提高，在钻压、水力参数及其他外界条件一定的情况下，对新型的PDC切削齿进行对比试验，实验测试结果表明，改进后的新型PDC切削齿的抗磨、抗断裂、抗破碎、抗冲击的性能比改进前的普通PDC切削齿的各项性能要提高3倍以上，改进措施显著。
技术人员将单纯改进PDC切削齿的取心钻头应用到茨XX和茨XXX井进行测试，测试结果见表1所示：
4.结论
（1）改进后的新型PDC切削齿的抗磨、抗断裂、抗破碎、抗冲击的性能比改进前的普通PDC切削齿的各项性能要提高3倍以上，改进措施显著；
（2）单纯提高PDC取心钻头的切削齿可以提高PDC钻头的整体性能。
参考文献
[1]赵小军，康鑫，潘飞飞，潘秉锁，段隆臣.孕镶金刚石钻头破碎花岗岩岩屑粒径分布研究[J/OL].金刚石与磨料磨具工程，2019（01）：84-88[2019-03-14].
[2]高宏松，吴婷.渤海油田古潜山破碎性地层钻井取心技术[J].石化技术，2018，25（09）：143.
[3]孔志刚，于希.辽河油田古潜山储层钻井取心技术[J].石油钻探技术，2014，42（03）：50-54.
[4]孔志刚.应用新型PDC取心钻头 提高坚硬破碎地层岩心收获率[J].石油工业技术监督，2013，29（06）：40-43.
作者简介：孔志刚（1986-1），男，工程师，学士学位，辽宁盘锦，2010年毕业于中国石油大学（北京）石油工程专业，研究方向：从事钻井取心研究和技术服务工作。E-mail：[email protected]。
孔志刚（1986-1），男，工程师，学士学位，从事钻井取心研究和技术服务工作。E-mail：[email protected]。
（作者单位：长城钻探工程有限公司工程技术研究院）