23、大慶鉆井二公司]慶深氣田鉆頭類型與鉆井參數(shù)優(yōu)選研究

1、慶深氣田鉆頭類型與鉆井參數(shù)優(yōu)選研究142慶深氣田鉆頭類型與鉆井參數(shù)優(yōu)選研究申學(xué)義孫永華申衡（黑龍江大慶石油管理局鉆井二公司，大慶石油管理局鉆井工程技術(shù)研究院）【摘要】鉆井參數(shù)的優(yōu)選是用最優(yōu)化理論來(lái)分析和處理鉆井中的數(shù)據(jù)和資料，從而獲得最佳鉆井工藝技術(shù)的重要依據(jù)，它可使鉆井進(jìn)程保持在最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下達(dá)到預(yù)測(cè)指標(biāo)。本文著重分析了慶深氣田的地質(zhì)概況，以部分已鉆井的鉆頭參數(shù)和其它鉆井參數(shù)之間的關(guān)系為基礎(chǔ)來(lái)建立鉆速方程，利用鉆速模式求出了下部三個(gè)

2、層段的地層可鉆性級(jí)值，并對(duì)其中參數(shù)進(jìn)行回歸求解。結(jié)合該地區(qū)可鉆性級(jí)值高、地層研磨性強(qiáng)、井底溫度高等影響鉆速的難點(diǎn)和部分已鉆井的鉆壓、轉(zhuǎn)數(shù)、水功率、機(jī)械鉆速的影響規(guī)律進(jìn)行了探討，并對(duì)該地區(qū)深井鉆井所遇到的問(wèn)題提出了一些建議?！娟P(guān)鍵詞】慶深氣田優(yōu)選鉆井參數(shù)鉆頭類型研究按照中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司要求大慶建設(shè)“百年油田”和“加快天然氣勘探開(kāi)發(fā)步伐，提高深層天然氣的轉(zhuǎn)化率，以氣補(bǔ)油，油氣并重”的指示精神，探索適合慶深氣田的鉆井完井技術(shù)已成為一項(xiàng)重

3、要的課題。由于鉆井過(guò)程中遇到的難題嚴(yán)重影響了勘探開(kāi)發(fā)的進(jìn)程，體現(xiàn)出鉆井工程的難點(diǎn)和復(fù)雜性，其主要表現(xiàn)在：（1）目的層埋藏深，設(shè)計(jì)井深一般在4000～5000m，地層復(fù)雜，目的層為火成巖。（2）深部地層巖石可鉆性級(jí)值高、地層硬、研磨性強(qiáng)。深部地層可鉆性級(jí)值最高達(dá)10.38級(jí)，硬度高達(dá)5000MPa，并且含有大段礫石層。致使機(jī)械鉆速很低，鉆頭磨損嚴(yán)重。4000m左右深井全井鉆進(jìn)周期需要150d左右。（3）深部地層巖性不均質(zhì)，同一巖性結(jié)構(gòu)特別

4、復(fù)雜。鉆井過(guò)程中，常有剝落坍塌的礫石塊，致使鉆頭先期損壞。在營(yíng)城組流紋巖、角礫巖、凝灰?guī)r地層，鉆頭平均進(jìn)尺僅為24～60m，造成頻繁起下鉆。（4）井底溫度高。平均地溫梯度4.1℃100m，4000～5500m的井深，井底溫度160～220℃之間，給鉆井施工帶來(lái)了很多問(wèn)題。以上這些問(wèn)題對(duì)慶深氣田深層天然氣鉆井的提速和油氣層保護(hù)都提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為此，能否解決鉆頭類型與鉆井參數(shù)的優(yōu)選這個(gè)鉆井難題也關(guān)系到大慶油田勘探部署的完成和勘探開(kāi)發(fā)的總體

5、效益。1鉆速方程的建立與鉆頭選型1.1方程的建立根據(jù)鉆壓對(duì)機(jī)械鉆速的影響規(guī)律，選擇鉆壓時(shí)首先要考慮地層對(duì)鉆壓的敏感性程度來(lái)進(jìn)行優(yōu)選。鉆壓對(duì)機(jī)械鉆速的影響由阿姆科模式得知，其關(guān)系式為：V=K1Wd（1）慶深氣田鉆頭類型與鉆井參數(shù)優(yōu)選研究144（3）由式（3）可得，只要知道鉆壓、轉(zhuǎn)數(shù)、泥漿密度、比水功率和與之相對(duì)應(yīng)的鉆速，就可以求出可鉆性級(jí)值。以徐深7井為例，可鉆性級(jí)值由表1所式。表1鉆速mh比鉆壓tcm轉(zhuǎn)數(shù)rpm密度gcm3比水功率kWc

6、m2可鉆性級(jí)值無(wú)因次1.750.036831901.260.0612.5556970.90.036831651.250.0613.3354080.520.036831651.270.0614.0586292.560.046459650.90.3156.5541341.740.046459650.90.3156.961961結(jié)合上面的數(shù)據(jù)，可求出可鉆性級(jí)值Kd，利用鉆壓指數(shù)、轉(zhuǎn)速指數(shù)、地層水力指數(shù)、鉆井液密度差系數(shù)與Kd的函數(shù)關(guān)系，求出系

7、數(shù)后對(duì)鉆速進(jìn)行預(yù)測(cè)。我們可以把平均井深和平均Kd值進(jìn)行回歸處理，即可建立該區(qū)的地層可鉆性級(jí)值梯度公式。通常形式為：Kd=bHa（4）式中：b——系數(shù)，a——常數(shù)。應(yīng)用該梯度公式，可以求出任一井段(或井深)的地層可鉆性級(jí)值。以徐深1－2井鉆井設(shè)計(jì)的參數(shù)為例，結(jié)合鉆速模式對(duì)鉆速進(jìn)行預(yù)測(cè)，其結(jié)果由表2所示。表2層位比鉆壓tcm轉(zhuǎn)速rpm水功率kWcm2密度gcm3可鉆性級(jí)值無(wú)因次預(yù)測(cè)鉆速mh泉頭組0.023677240～500.041.05～

8、1.284.510.6登婁庫(kù)組0.023677240～500.031.05～1.285.61.6營(yíng)城組0.022355240～500.081.05～1.286.80.4注：計(jì)算過(guò)程中的誤差和結(jié)果僅供參考。1.3鉆頭選型根據(jù)地層可鉆性選擇鉆頭，就會(huì)取得鉆速高、進(jìn)尺多、降成本的效果。為此，建立慶深氣田所鉆遇的地層級(jí)別與鉆頭類型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以確定所鉆井段的級(jí)值與適合于這種級(jí)別地層的鉆頭類型。充分考慮巖石特性與鉆頭的相互關(guān)系，就可以選好在每

9、一個(gè)層段所使用的鉆頭類型。實(shí)踐證明，深井下部地層屬中硬或帶有中等研磨性，鉆遇這種井段時(shí)可選擇如下特點(diǎn)的PDC鉆頭：（1）巖石硬度較高、粒徑小的地層：適合多翼的PDC鉆頭來(lái)增加鉆頭的穩(wěn)定性和耐磨性。（2）巖石硬度較低、塑性大、粒徑相對(duì)大的地層：適合少翼的PDC鉆頭來(lái)提高機(jī)械鉆速。（3）碳酸鹽巖地層：要根據(jù)巖石硬度與塑性選擇PDC鉆頭類型，由于含泥質(zhì)成份重的碳酸鹽巖塑性大，PDC鉆頭的機(jī)械鉆速比牙輪鉆頭低，不適合打PDC鉆頭。脆性大的碳酸鹽