鑽頭“轉型”助力非常規油氣開發

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近幾年，美國等國家的頁岩氣開采技術成功應用，帶來了全球性的能源戰略多元化發展，逐漸改變了業界對未來油氣資源供需格局的判斷。2012年國土資源部油氣中心最新研究成果表明，我國頁岩氣可采資源量為25萬億立方米。在我國頁岩氣“十二五”發展規劃中，2015年頁岩氣產量將達65億立方米。

然而，我國頁岩氣開發存在成本高、鑽井周期長、鑽頭鉆具不配套、壓裂技術體系不完善、關鍵技術由外國公司提供等問題。

鑽頭“轉型”適應非常規開發

非常規天然氣資源的埋藏、賦存狀態與常規天然氣資源既有相似之處又有較大差別，主要表現為氣藏隱蔽、采收率不穩定、開發技術復雜、開采工藝水平要求高等。

我國非常規油氣鑽探的地層條件的復雜性、鑽桿受力的多向性，以及孔底環境的惡劣性，對鑽探設備(鑽機、泥漿泵)、機具(鑽桿、鑽具、鑽頭等)、鉆井液，以及鑽井工藝等提出了較高要求。研制適應性更強的新型鑽頭，成為當前國內外各大鑽頭制造企業的重點工作。

針對不同地區地層的復雜性，以及鑽井工藝技術多元化等特點，鑽頭制造企業不斷優化鑽頭設計方案，加快鑽頭“轉型”，延長鑽頭使用壽命，提高機械鑽速，減少起下鑽的次數和純鑽時間，降低鑽井綜合成本。

鑽頭研發不能照搬外國經驗

我國頁岩氣藏儲層條件與美國明顯不同。美國的頁岩氣層埋藏深度在200米～2000米，而我國四川盆地的頁岩氣層埋藏深度在1500米～4000米；黔、渝、湘等省份頁巖層厚度較薄且常呈多層疊置狀態，開發難度大。

我國頁岩氣開發不宜照搬美國的理論和技術參數，結合我國地質特征實際，研究頁岩氣開發理論、技術，以及相關裝備，是可行之路。

專家郭忠誌認為，我國石化裝備領域的科研人員要深入頁岩氣鑽井現場，了解鑽頭的使用現狀和使用要求，確定鑽頭研發的詳細內容和分解指標；結合現場地層、鑽具組合和鑽頭使用情況優化鑽頭結構；根據鑽頭材料的分解指標開展金剛石復合片、胎體材料等的應用性研究，自主研發頁岩氣水平井長水平段鑽頭。“只有這樣做，才能延長鑽頭壽命，加快鑽頭機械鑽速，減少鑽頭起下鑽次數，滿足相關可操控性要求。”他說。

PDC鑽頭有望成為頁岩氣開發的主力鑽頭

目前，PDC鑽頭廣泛應用於常規油氣勘探開發領域。由於國內常規天然氣埋藏深度在1500米~3000米，深度與頁岩氣埋藏深度差距不大，在頁岩氣勘探開發中使用PDC鑽頭，能夠提高鑽井速度、降低更換鑽頭頻率，大幅提升鑽井經濟效益。

頁岩層屬於中軟級別岩層，而PDC鑽頭在中硬級別以下岩層鑽進優勢顯著。目前，全球消耗的PDC鑽頭量占鑽頭總量的比例達65%，而國內PDC鑽頭市場容量在2011年與牙輪鑽頭相當。專家預測，PDC鑽頭替代牙輪鑽頭並逐漸成為頁岩氣開發的主力鑽頭是大勢所趨。

2012年10月，斯倫貝謝公司發布了為非常規頁岩氣開采量身定制的新一代Spear頁岩優化鋼體PDC鑽頭成功開發的信息。斯倫貝謝鑽頭和高級技術主席Guy Arrington表示：“隨著2011年Spear PDC鑽頭應用於頁岩氣開采，裝備彎曲和水平井段的鑽井性能提升。”

“截至目前，有6000個Spear鑽頭投用。我們將特殊設計原件運用到新一代鑽頭中提升機械鉆速，大幅降低了非常規井的鑽探成本。”Guy Arrington說。

一直以來，國內核心油氣PDC市場被海外產品占據，相對於進口產品，國產油氣PDC在抗沖擊性、耐磨性、熱穩定性上有差距。為縮小差距，國內各鑽頭制造企業結合實際進行鑽頭研發。

2012年以來，江鑽股份公司承擔中國石化“涪陵高效PDC鑽頭開發”項目，針對涪陵地區的施工特點，依靠金剛石鉆頭生產線，開發了個性化PDC鑽頭。通過不斷改進提高、試驗與推廣應用，他們將實現大幅度提高鑽頭綜合使用指標的目標。

陜西韓城中勝公司以前在煤層氣開發中主要使用的是牙輪鑽頭。在兩口井先後使用PDC鑽頭後，鑽頭總進尺1335.33米，平均機械鑽速6.51米/時，使用過程中造斜比較好，工具面穩定、機械鑽速高。

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PDC鑽頭=Polycrystalline Diamond Compact bit．聚晶金剛石復合片鑽頭的簡稱。是石油鑽井行業常用的一種鑽井工具。