古探1井下古、元古生界复杂地层钻头选型研究.docx

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古探1井下古、元古生界复杂地层钻头选型研究

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孙晨+许腾龙

钻头选型是否适应对钻井成本、钻井速度和井身质量有直接影响。设计者依据同一区块相关的地层资料和邻井施工资料，能够初选出合理的钻头；但对于古探1井这种超深预探井，同一区块施工井很少，可供参考的地层资料和邻井资料准确性差，施工过程就是“摸着石头过河”。因此，统计了已钻井段的地层资料和钻头使用情况后，在确定地层的条件下，对比不同钻头的钻头效益指数和磨损情况，总结出适应下古、元古生界复杂地层的钻头型号，为元古地层下部钻进钻头选型提供了依据。

关键词：钻头选型；地层岩石参数；钻头效益指数；钻头磨损分析

：TB：Adoi：10.19311/j.cnki2017.30.095

在钻井施工过程中，钻头的选型是否适应钻井成本、钻井速度和井身质量的要求。施工中总是以减少起下钻次数，加快钻井速度，降低钻井成本；所选钻头既要适合地层特点又要兼顾经济效益。因此，钻井施工中恰当的钻头选型不仅可以提高机械钻速，控制井眼轨迹，实现安全高效钻井。本文在对当前常用的钻头选型方法进行简单的介绍后，选取岩石参数分析法、钻头效益指数法及针对钻头磨损分析的参数化分析法三种方法，立足长庆区块古探1井已钻井段的岩屑录井资料，通过对比不同类型型号的钻头使用效果和磨损原因，筛选出对下古、元古生界复杂地层适应性强的钻头类型。

1钻头选型方法

钻头选型要考虑的因素繁多，目前在钻头选型中主要考虑的参数有：邻近井钻头使用资料、地层岩性、电测资料、钻具组合、钻井液性能、经济效益等。钻头选型方法有定性和定量之分，定性就是根据岩石力学参数，按照岩石力学划分岩石软硬程度，选择钻头类型、材质和构造；定量则是钻头使用效果评价法，通过钻头的使用效果作为待选钻头的选型依据；传统的钻头选型方法有每米钻头成本法、比能法和利用岩石可钻性结合钻头的IADC编码指导钻头选型。就目前我国的钻井现状，施工范围辽阔，钻头生产厂家大都有地域局限性。各个油田在长期的开发中，形成了适合本区域施工的钻头型号。但对于古探1井的施工，参考资料较少，而且资料过于久远，没有太大的参考意义。

2钻头选型主要方法及原理

岩石力学参数法是钻头选型的基础工作，适用于设计之初，利用已钻井取得的地质资料和测井资料获取地层岩石力学特性，指导钻头选型。最佳的钻头选型应考虑钻头工作效率，同时兼顾钻头的综合经济效益后，优选出成本低、进尺多、机械钻速高的钻头。因此，结合古探1井的现场实际情况，参照下古生界（奥陶系和寒武系）和在钻的元古生界（长城系）地层岩性参数，选取了地层岩石参数法、钻头效益指数法，参数化分析法进行作为钻头选型，作为长城系地层后期钻头选型的依据。

（1）钻头效益指数法：根据钻头进尺、钻头机械钻速和钻头成本3个因素的数学分析作为评价钻头的使用效果。其计算公式如下：Eb=αFR/Cb式中：Eb—鉆头效益指数；α—系数，一般取0.6；F—钻头总进尺，m；R—钻头机械钻速，m/h；Cb—钻头成本，元/只。

（2）参数化分析法：主要的分析参数有钻头基本参数、金刚石复合片的数量和大小、喷嘴参数、流道面积、保径齿参数、切削齿角度等。钻头使用后，对照钻压、扭矩和磨损情况，逐项分析磨损原因，改进钻头选型。

3钻头选型分析

基本情况：古探1井是集团公司在长庆区块布置的一口气预探井，地质构造属于鄂尔多斯盆地西缘冲断带中段，钻探目的：（1）了解主冲断层原地岩体天然气保存条件及成藏特征；（2）寻找并查明下古生界白云岩性圈闭气藏；（3）探索中新元古界与寒武系生烃能力，储层发育及成藏潜力；（4）兼探上古生界和中生界含油气情况。古探1井井深5191米，长城系设计层厚820米，钻入298米完钻。

3.1分析结果

古探1井地层岩性主要以灰质白云岩、砂质白云岩和变质石英岩为主，再参照岩石特性参数（见表1），可以判定奥陶系和寒武系为中硬到硬地层，寒武系下统徐庄组和长城系随着石英含量的增多逐渐变为研磨性地层。因此，根据地层岩石的强度级别，推荐的钻头选型依据如表1。

3.2钻头效益指数分析法

分别以地层和钻头类型为变量，比较同类钻头在不同地层的钻头效益指数和同一地层不同钻头的钻头效益指数，可以得出迪普DM665HPDC钻头对奥陶系地层白云质灰岩的适应性较强。而迪普DM565HPDC钻头和迪普DM665H孕镶PDC钻头对寒武系泥质白云岩和白云质砂岩适应性差，钻头效益指数偏低，原因就是寒武系下统徐庄组底部石英含量增多，地层硬度和研磨性增强。对比古探1井和桃59井长城系地层的钻头效益指数，发现哈利伯顿IQ516孕镶金刚石钻头和国民油井FT813B孕镶PDC钻头使用效果相当，可以作为古探1井后期钻头选型的参考。

在寒武系下统徐庄组试验了PDC、三牙轮和孕镶PDC钻头，对比钻头进尺