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)，它可使鉆井進程保持在最優(yōu)的經(jīng)濟狀態(tài)下達到預(yù)測指標(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)來建立鉆速方程，利用鉆速模式求出了下部三個

2、層段的地層可鉆性級值，并對其中參數(shù)進行回歸求解。結(jié)合該地區(qū)可鉆性級值高、地層研磨性強、井底溫度高等影響鉆速的難點和部分已鉆井的鉆壓、轉(zhuǎn)數(shù)、水功率、機械鉆速的影響規(guī)律進行了探討，并對該地區(qū)深井鉆井所遇到的問題提出了一些建議?！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石油天然氣集團公司要求大慶建設(shè)“百年油田”和“加快天然氣勘探開發(fā)步伐，提高深層天然氣的轉(zhuǎn)化率，以氣補油，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)已成為一項重

3、要的課題。由于鉆井過程中遇到的難題嚴(yán)重影響了勘探開發(fā)的進程，體現(xiàn)出鉆井工程的難點和復(fù)雜性，其主要表現(xiàn)在：（1）目的層埋藏深，設(shè)計井深一般在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值高、地層硬、研磨性強。深部地層可鉆性級值最高達10.38級，硬度高達5000MPa，并且含有大段礫石層。致使機械鉆速很低，鉆頭磨損嚴(yán)重。4000m左右深井全井鉆進周期需要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。鉆井過程中，常有剝落坍塌的礫石塊，致使鉆頭先期損壞。在營城組流紋巖、角礫巖、凝灰?guī)r地層，鉆頭平均進尺僅為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，給鉆井施工帶來了很多問題。以上這些問題對慶深氣田深層天然氣鉆井的提速和油氣層保護都提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為此，能否解決鉆頭類型與鉆井參數(shù)的優(yōu)選這個鉆井難題也關(guān)系到大慶油田勘探部署的完成和勘探開發(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)鉆壓對機械鉆速的影響規(guī)律，選擇鉆壓時首先要考慮地層對鉆壓的敏感性程度來進行優(yōu)選。鉆壓對機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應(yīng)的鉆速，就可以求出可鉆性級值。以徐深7井為例，可鉆性級值由表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可鉆性級值無因次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)后對鉆速進行預(yù)測。我們可以把平均井深和平均Kd值進行回歸處理，即可建立該區(qū)的地層可鉆性級值梯度公式。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)的地層可鉆性級值。以徐深1－2井鉆井設(shè)計的參數(shù)為例，結(jié)合鉆速模式對鉆速進行預(yù)測，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可鉆性級值無因次預(yù)測鉆速mh泉頭組0.023677240～500.041.05～

8、1.284.510.6登婁庫組0.023677240～500.031.05～1.285.61.6營城組0.022355240～500.081.05～1.286.80.4注：計算過程中的誤差和結(jié)果僅供參考。1.3鉆頭選型根據(jù)地層可鉆性選擇鉆頭，就會取得鉆速高、進尺多、降成本的效果。為此，建立慶深氣田所鉆遇的地層級別與鉆頭類型的對應(yīng)關(guān)系，就可以確定所鉆井段的級值與適合于這種級別地層的鉆頭類型。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、一個層段所使用的鉆頭類型。實踐證明，深井下部地層屬中硬或帶有中等研磨性，鉆遇這種井段時可選擇如下特點的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、粒徑相對大的地層：適合少翼的PDC鉆頭來提高機械鉆速。（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鉆頭的機械鉆速比牙輪鉆頭低，不適合打PDC鉆頭。脆性大的碳酸鹽