鉆頭“轉型”助力非常規油氣開(kāi)發(fā)

近幾年，美國等國家的頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)成功應用，帶來(lái)了全球性的能源戰略多元化發(fā)展，逐漸改變了業(yè)界對未來(lái)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(yè)巖氣可采資源量為25萬(wàn)億立方米。在我國頁(yè)巖氣“十二五”發(fā)展規劃中，2015年頁(yè)巖氣產(chǎn)量將達65億立方米。

然而，我國頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)存在成本高、鉆井周期長(cháng)、鉆頭鉆具不配套、壓裂技術(shù)體系不完善、關(guān)鍵技術(shù)由外國公司提供等問(wèn)題。

鉆頭“轉型”適應非常規開(kāi)發(fā)

非常規天然氣資源的埋藏、賦存狀態(tài)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(kāi)發(fā)技術(shù)復雜、開(kāi)采工藝水平要求高等。

我國非常規油氣鉆探的地層條件的復雜性、鉆桿受力的多向性，以及孔底環(huán)境的惡劣性，對鉆探設備(鉆機、泥漿泵)、機具(鉆桿、鉆具、鉆頭等)、鉆井液，以及鉆井工藝等提出了較高要求。研制適應性更強的新型鉆頭，成為當前國內外各大鉆頭制造企業(yè)的重點(diǎn)工作。

針對不同地區地層的復雜性，以及鉆井工藝技術(shù)多元化等特點(diǎn)，鉆頭制造企業(yè)不斷優(yōu)化鉆頭設計方案，加快鉆頭“轉型”，延長(cháng)鉆頭使用壽命，提高機械鉆速，減少起下鉆的次數和純鉆時(shí)間，降低鉆井綜合成本。

鉆頭研發(fā)不能照搬外國經(jīng)驗

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

我國頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)不宜照搬美國的理論和技術(shù)參數，結合我國地質(zhì)特征實(shí)際，研究頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)理論、技術(shù)，以及相關(guān)裝備，是可行之路。

專(zhuān)家郭忠志認為，我國石化裝備領(lǐng)域的科研人員要深入頁(yè)巖氣鉆井現場(chǎng)，了解鉆頭的使用現狀和使用要求，確定鉆頭研發(fā)的詳細內容和分解指標；結合現場(chǎng)地層、鉆具組合和鉆頭使用情況優(yōu)化鉆頭結構；根據鉆頭材料的分解指標開(kāi)展金剛石復合片、胎體材料等的應用性研究，自主研發(fā)頁(yè)巖氣水平井長(cháng)水平段鉆頭。“只有這樣做，才能延長(cháng)鉆頭壽命，加快鉆頭機械鉆速，減少鉆頭起下鉆次數，滿(mǎn)足相關(guān)可操控性要求。”他說(shuō)。

PDC鉆頭有望成為頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的主力鉆頭

目前，PDC鉆頭廣泛應用于常規油氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。由于國內常規天然氣埋藏深度在1500米~3000米，深度與頁(yè)巖氣埋藏深度差距不大，在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)中使用PDC鉆頭，能夠提高鉆井速度、降低更換鉆頭頻率，大幅提升鉆井經(jīng)濟效益。

頁(yè)巖層屬于中軟級別巖層，而PDC鉆頭在中硬級別以下巖層鉆進(jìn)優(yōu)勢顯著(zhù)。目前，全球消耗的PDC鉆頭量占鉆頭總量的比例達65%，而國內PDC鉆頭市場(chǎng)容量在2011年與牙輪鉆頭相當。專(zhuān)家預測，PDC鉆頭替代牙輪鉆頭并逐漸成為頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的主力鉆頭是大勢所趨。

2012年10月，斯倫貝謝公司發(fā)布了為非常規頁(yè)巖氣開(kāi)采量身定制的新一代Spear頁(yè)巖優(yōu)化鋼體PDC鉆頭成功開(kāi)發(fā)的信息。斯倫貝謝鉆頭和高級技術(shù)主席Guy Arrington表示：“隨著(zhù)2011年Spear PDC鉆頭應用于頁(yè)巖氣開(kāi)采，裝備彎曲和水平井段的鉆井性能提升。”

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

一直以來(lái)，國內核心油氣PDC市場(chǎng)被海外產(chǎn)品占據，相對于進(jìn)口產(chǎn)品，國產(chǎn)油氣PDC在抗沖擊性、耐磨性、熱穩定性上有差距。為縮小差距，國內各鉆頭制造企業(yè)結合實(shí)際進(jìn)行鉆頭研發(fā)。

2012年以來(lái)，江鉆股份公司承擔中國石化“涪陵高效PDC鉆頭開(kāi)發(fā)”項目，針對涪陵地區的施工特點(diǎn)，依靠金剛石鉆頭生產(chǎn)線(xiàn)，開(kāi)發(fā)了個(gè)性化PDC鉆頭。通過(guò)不斷改進(jìn)提高、試驗與推廣應用，他們將實(shí)現大幅度提高鉆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(kāi)發(fā)中主要使用的是牙輪鉆頭。在兩口井先后使用PDC鉆頭后，鉆頭總進(jìn)尺1335.33米，平均機械鉆速6.51米/時(shí)，使用過(guò)程中造斜比較好，工具面穩定、機械鉆速高。