特深层强塑性地层PDC钻头高效破岩数值模拟

摘要

随着中国油气钻井由深层/超深层向特深层发展，特深层井更深、井底液柱压力更高，井底岩石的压实程度更高、塑性更强，导致传统PDC钻头破岩效率低的问题极为突出。针对该问题，以新疆南缘区块某井8 078 m深度井下岩心为研究对象，选取7种不同几何形状的PDC齿，采用室内试验与数值模拟相结合的方法，深入探讨特深层超高井底压力环境下异形PDC齿的破岩机制。从切削力、机械比能、攻击性等视角入手，分析齿面结构对PDC钻头破岩性能的影响。结果表明：在特深层高围压条件下，破岩难度显著增加，具体表现为切削力和机械比能显著增大，攻击性显著降低；在140 MPa高围压下，从切削力角度来看，平面PDC齿最大，三棱脊PDC齿最小；从机械比能来看，三棱脊PDC齿的表现较优；在攻击性方面，平面PDC齿最小，三棱脊齿PDC齿最大；综合考虑切削力、机械比能与攻击性3个指标，三棱脊齿PDC齿表现较为平衡，适合在特深层高围压强塑形地层进行钻井作业。

关键词

特深层 / 高围压 / 异形PDC齿 / 泥岩 / 破岩机制