近幾年，美國等國家的頁巖氣開采技術成功應用，帶來了全球性的能源戰(zhàn)略多元化發(fā)展，逐漸改變了業(yè)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，我國頁巖氣可采資源量為25萬億立方米。在我國頁巖氣“十二五”發(fā)展規(guī)劃中，2015年頁巖氣產(chǎn)量將達65億立方米。
然而，我國頁巖氣開發(fā)存在成本高、鉆井周期長、鉆頭鉆具不配套、壓裂技術體系不完善、關鍵技術由外國公司提供等問題。
鉆頭“轉型”適應非常規(guī)開發(fā)
非常規(guī)天然氣資源的埋藏、賦存狀態(tài)與常規(guī)天然氣資源既有相似之處又有較大差別，主要表現(xiàn)為氣藏隱蔽、采收率不穩(wěn)定、開發(fā)技術復雜、開采工藝水平要求高等。
我國非常規(guī)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)的重點工作。
針對不同地區(qū)地層的復雜性，以及鉆井工藝技術多元化等特點，鉆頭制造企業(yè)不斷優(yōu)化鉆頭設計方案，加快鉆頭“轉型”，延長鉆頭使用壽命，提高機械鉆速，減少起下鉆的次數(shù)和純鉆時間，降低鉆井綜合成本。
鉆頭研發(fā)不能照搬外國經(jīng)驗
我國頁巖氣藏儲層條件與美國明顯不同。美國的頁巖氣層埋藏深度在200米～2000米，而我國四川盆地的頁巖氣層埋藏深度在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(tài)，開發(fā)難度大。
我國頁巖氣開發(fā)不宜照搬美國的理論和技術參數(shù)，結合我國地質特征實際，研究頁巖氣開發(fā)理論、技術，以及相關裝備，是可行之路。
專家郭忠志認為，我國石化裝備領域的科研人員要深入頁巖氣鉆井現(xiàn)場，了解鉆頭的使用現(xiàn)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(xiàn)場地層、鉆具組合和鉆頭使用情況優(yōu)化鉆頭結構;根據(jù)鉆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(fā)頁巖氣水平井長水平段鉆頭。“只有這樣做，才能延長鉆頭壽命，加快鉆頭機械鉆速，減少鉆頭起下鉆次數(shù)，滿足相關可操控性要求。”他說。
PDC鉆頭有望成為頁巖氣開發(fā)的主力鉆頭
目前，PDC鉆頭廣泛應用于常規(guī)油氣勘探開發(fā)領域。由于國內常規(guī)天然氣埋藏深度在1500米~3000米，深度與頁巖氣埋藏深度差距不大，在頁巖氣勘探開發(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優(yōu)勢顯著。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鉆頭市場容量在2011年與牙輪鉆頭相當。專家預測，PDC鉆頭替代牙輪鉆頭并逐漸成為頁巖氣開發(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(guī)頁巖氣開采量身定制的新一代Spear頁巖優(yōu)化鋼體PDC鉆頭成功開發(fā)的信息。斯倫貝謝鉆頭和高級技術主席Guy Arrington表示：“隨著2011年Spear PDC鉆頭應用于頁巖氣開采，裝備彎曲和水平井段的鉆井性能提升。”
“截至目前，有6000個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(guī)井的鉆探成本。”Guy Arrington說。
一直以來，國內核心油氣PDC市場被海外產(chǎn)品占據(jù)，相對于進口產(chǎn)品，國產(chǎn)油氣PDC在抗沖擊性、耐磨性、熱穩(wěn)定性上有差距。為縮小差距，國內各鉆頭制造企業(yè)結合實際進行鉆頭研發(fā)。
2012年以來，江鉆股份公司承擔中國石化“涪陵高效PDC鉆頭開發(fā)”項目，針對涪陵地區(qū)的施工特點，依靠金剛石鉆頭生產(chǎn)線，開發(fā)了個性化PDC鉆頭。通過不斷改進提高、試驗與推廣應用，他們將實現(xiàn)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，鉆頭總進尺1335.33米，平均機械鉆速6.51米/時，使用過程中造斜比較好，工具面穩(wěn)定、機械鉆速高。
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