（油气井工程专业论文）新探区预探井地层可钻性分级与钻头选型研究.pdf

中国i 珊勘探开发研究院硕士学位论文 摘要 国内外大量的岩石可钻性分级和钻头选型方法中，通常要取得大量的试验数 据。因此这些方法只适合于开发区块，而适合第一口预探井的实用方法还没有。本 文针对预探井的特点，提出了新的研究方法即“逆推修正法”和“综合成本法”进 行地层可钻性分级和钻头系列优选。 预探井一般面向新地区、新构造，其邻井资料少，甚至无邻井资料可供参考。 由于资料缺乏，其地层可钻性分级研究既不能依靠岩心实验，也无法得到统计地层 可钻性的数据信息。本文针对预探井的特点，探讨了新的研究方法即“逆推修正 法”和“综合成本法”，进行地层可钻性分级和钻头系列优选。然后利用“测井资 料法”对地层可钻性级值进行验证。钻头选型逐步依据本井钻头使用情况、综合录 井资料，进行岩石可钻性分级综合而得。 地层可钻性分级采取“逆推修正法”，根据地层可钻性分级选出适合该地层 的钻头类型。再根据“综合成本法”优选钻头系列。 本文提出的“逆推修正法”是以现场录井数据为基础，以少量室内数据进行修 正得到地层可钻性随钻分级的方法，也就是利用本井段上一只钻头资料来预测下一 只钻头所钻遇地层可钻性情况。 以往的钻头选型方法是根据地层可钻性级值与钻头i a d c 编码对照，初步得到推 荐钻头类型系列，这只是说明了该钻头类型对破岩的适应性。而由于钻头类型、单 价等不同，钻头钻进成本也就不同，所以无法按以往的钻头选型方法来优选钻头。 本文将采取以钻头钻进井深、进尺、机械钻速和每米钻进成本组成综合钻井成本指 标的方法来优选钻头类型。即以钻进时的钻井作业费( c t ) 取代钻机作业费( c r ) ，将 钻头的井深、进尺和钻速转化为经济指标，用该综合值表达钻头每米的钻井成本的 方法。该方法克服了老方法中只考虑了钻机折旧，而没有考虑在钻井施工中钻机折 旧费只是钻井费用的一部分的不足。 该方法在青海油田的“冷科1 井”和玉门油田的“青科1 井”的成功应用，取 得了明显经济效益和社会效益等。 关键词：预探井地层可钻性钻头选型方法 2 中国i 瑚勘探开发研究院硕十学位论文 a b s t r a c t m o s to ft h em e t h o d o l o g i e sf o rt h eq u a n t i f i c a t i o no ff o r m a t i o nd r i l l a b i l i t ya n d s e l e c t i o no fd r i l lb i tr e q u i r ei o t so fd a t af r o ml a b sa n df i e l d s w h o s ea p p l i c a t i o na r e s u c hb e e nl i m i t e dt ot h eo i l f i e l d su n d e rd e v e l o p m e n tw h e r ei o t so fr e l e v a n td a t a a r ea v a i l a b l e h o w e v e r u pt or o w ，t h e r eh a sb e e nn os u c hm e t h o d o l o g y a p p l i c a b l et ot h ed r i l l i n go f t h ef i r s tw i l d c a ti nan e w e x p l o r a t i o na r e a t h i sp a p e r p r e s e n t sn e wm e t h o d o i o g j e sc a l l e d “i t e r a t i v ec o r r e c t i o n ”a n d “c o m b i n e dc o s t a n a l y s i s ”t oq u a n t i f yf o r m a t i o nd r i l l a b i l i t ya n do p t i m i z ed r i l lb i ts e r i a lr e s p e c t i v e l y ， w i t ht h e i rr e s u l t sb e i n gt h e nc h e c k e d v e r i f i e da n dm o d i f i e db yt h el o g s ，t h ec u r r e n t p i tp e r f o r m a n c e ，m u dl o g s aw i l d c a ti sn o r m a l l yd r i l l e ds h o r to fr e f e r e n c ed a t af r o mn e i g h b o r i n gw e l l s t h er o c kd r i l l a b i l i t yc a nn e i t h e rb ed e t e r m i n e df r o mc o r es a m p l ei nt h el a bn o rb e d e t e r m i n e df r o ms t a t i s t i ca n a l y s i so fd a t af r o mn e i g h b o r i n gw e l l s b y “i t e r a t i v e c o r r e c t i o n ”m e t h o dp r e s e n t e di nt h i sp a p e r ，t h ef o r m a t i o nd r i l l a b i l i t yo faw i l d c a ti s r a t h e re s t i m a t e db a s e do nt h ei n f o r m a t i o nc o m i n go u tf r o mm u d l o g g i n gw h i l e d r i l l i n g ，t h a ti s ，b a s e do nt h ep e r f o r m a n c eo ft h e d r i l lb i to fl a s tr u n c o n v e n t i o n a im e t h o df o ro p t i m i z a t i o no ft h ed r i l lb i ts e r i a | naw e l i i sb a s e do n t h em a t c h e sb e t w e e nt h ef o r m a t i o nd r i l l a b i l i t ya n dt h eb i ta d a p t a b i l i t yi n d i c a t e db y b i ti a d cc o d en u m b e r r e g a r d l e s so fb i tt y p ea n dc o s t b yt h e “c o m b i n e dc o s t a n a l y s i s ”m e t h o dp r e s e n t e di nt h i sp a p e r ，ac o s ti n d e xi si n c o r p o r a t e di n t ot h e o p t i m i z a t i o no f t h eb i ts e l e c t i o n t h ei n d e xi sd e r i v e df r o m f o l l o w i n gi n f o r m a t i o n a n d d r i l l i n gp a r a m e t e r s ：b i td e p t h ，f o o t a g e ，p e n e t r a t i o nr a t e ，a n dd r i l l i n gc o s tp e r m e t e r t h e r e f o r e t h em e t h o dp r e s e n t e dt a k e si n t oc o n s i d e r a t i o n sn o t o n l yt h e m a t c hb e t w e e nb i ta n df o r m a t i o n ，b u ta l s ot h ec o s to fb i tf r o md i f f e r e n ts u p p l i e r s a n dt h ec o s to fr i go p e r a t i o n t h en e w m e t h o d o l o g i e sp r e s e n t e dh a v eb e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e dt ot h e w i l d c a tw e l l sl e n g k e 一1i nq i n g h a io i l f i e l d sa n d q i n g k e - 1 i ny u m e no i l f i e d sa n dh a s g a i n e dr e m a r k a b l ee c o n o m i c b e n e f i ta n ds o c i a ib e n e f i t k e y w o r d s w i l d c a t ，f o r m a t i o nd r i l l a b i l i t y ，b i ts e l e c t i o n ，m e t h o d o l o g y 3 中国t i 油勘探开发研究院硕十学位论文 绪论 一、地层可钻性分级和钻头选型学术背景及研究现状 地层可钻性是描述在一定的技术条件下钻进岩石的难易程度的一个指标。可 钻性研究的主要目的在于合理对岩石进行分级，以便选择合适钻头类型，提高钻井 速度，降低钻井成本及生产定额管理。国内外学者对地层可钻性研究十分重视，进 行了大量研究工作，提出了许多定性和定量的分级方法，如国5 1 - 5 0 年代前苏联史氏 硬度模拟单齿压入法，与牙轮钻头钻进相近；美国休斯公司建立以微型钻头模拟试 验为主，抗压强度和压痕试验为辅，从微钻时和实际钻速关系图中估计各种岩石的 钻速 2 】。 国内一般运用概率统计理论将地层转化为宏观均质体，形成统计地层可钻性分 级方法，运用宏观原理、等概原理、相关原理，阐明统计地层可钻性的实用性。由 于地层的复杂性和不均质性，引入了数理统计方法着重正态分布，把数据的巨大分 散性纳入标准差的组成部分，并由此产生地层可钻性的数量信息。 研究钻头选型适合于开发区块的方法较多，如成本分析和岩石可钻性法等，但 适合于新构造、新区块的方法很少，适合第一口预探井的实用方法几乎为空白，根 据预探井的特点，基于大量的钻头统计分析方法进行钻头选型是不可能的。 二、地层可钻性分级和钻头选型选题依据和意义 就目前的研究现状，本论文所开展的研究有如下必要性： ( 1 ) 对新探区预探井地层进行可钻性分级。 ( 2 ) 新探区预探井钻头选型的现场应用需求。 本论文结合科学探索井和股份公司玉门青西钻井提速研究课题，解决预探井钻 头选型难题，提高钻井速度，降低钻井周期，减少钻井综合成本，因此意义重大。 三、研究内容和研究方法 “逆推修j 下法”，以现场录井数据为基础，以少量室内数据进行修正得到地层可 钻性随钻分级方法即逆推修正法，本方法是利用本井段上一只钻头资料来预测下一 只钻头所钻遇地层可钻性情况；综合钻井成本指标是指以正常钻进时的钻井作业费 ( c t ) 取代钻机作业费( c r ) ，参照钻速曲线，将钻头的井深、进尺和钻速转化为经济 指标，用该综合值表达钻头每米的钻井成本的方法。 中国_ i 油勘探开发研究院硕十学位论文 第一章地层可钻性分级逆推修正法研究 1 1 预探井地层可钻性分级研究的特殊性 图内外大量的岩石可钻性分级方法中，大多采取方法是首先在室内建立试验标 准，取得大量的室内试验数据，再以大量的现场数据进行修正，最后得出结论或方 法。它们的优点是室内容易保证可钻性测定条件( 钻井参数、水力参数) 及测定精 度；不足是不能保证测定环境( 地层覆盖压、围压、孔隙压、温度) 和需要大量的人 力物力。 随着勘探不断向新领域的拓展，预探井一般面向新地区、新构造，其邻井资料 少，甚至无邻井资料可供参考。由于资料缺乏，其地层可钻性分级研究既不能依靠 岩心实验，也无法得到统计地层可钻性的数量信息。 因而，预探井地层可钻性分级研究要应用新的方法： “逆推修正法”，以现场录井数据为基础，以少量室内数据进行修正得到地层可 钻性随钻分级方法即逆推修正法，本方法是利用本井段上一只钻头资料来预测下一 只钻头所钻遇地层可钻性情况。 1 2 “逆推修正法”地层可钻性分级研究方法与思路 1 - 2 1 收集并分析地层地质资料 ( 1 ) 根据地质设计的构造地质分层； ( 2 ) 根据邻井或邻构造的地质资料： ( 3 ) 取邻井或邻构造的岩心进行地层可钻性室内测定； ( 4 ) 在随钻过程中对本井岩心进行地层可钻性室内测定。 1 2 2 数据采用标准与原理 以钻头录井资料为基础，参照钻井工况，去掉非正常钻进钻头，以根据钻井实 际情况定义数据取舍标准，以同类钻头的平均钻速建立修正系数，以实际钻时为原 始数据，用概率和数理统计的方法进行回归分析处理，得到回归方程，并用数理统 计方法进行检验。 6 中国_ i 油勘探开发研究院硕十学位论文 由于实际钻井q 1 ，影响钻速的因素很多，如钻井参数( 钻压、转速) 、水力参数 ( 泵压、排量) 、泥浆性能( 密度、粘度等) 、钻头尺寸、钻头新旧程度、地层岩性等， 都对钻速有影响。一般对地层可钻性的研究，在室内条件下，固定钻井参数，变换 岩性，求得地层可钻性指标，经实际数据修正后，指导现场应用。鉴于预探井的特 殊性，参数选择采取类似的方法，即尽量固定钻井、泥浆参数在一定范围内，减少 非正常钻进因素影响，建立一定的数据采用标准，以同类钻头的平均钻速进行修 正，产生修正系数，以减少钻头类型的影响。根据数理统计方法，舍弃相对误差大 的离散点和异常点。数据按钻头尺寸分段处理。 1 3 冷科1 井“逆推修正法”地层可钻性分级研究 1 3 1 冷湖五号构造地质分层 冷科1 井是青海柴达木盒地北部块断带赛昆断馅亚区冷湖背斜带冷湖五号构造二 高点的一口科学探索井。该井地理位置距青海省海西州冷湖行委正南2 0 公里左右 处，设计井深5 4 0 0 米，完井井深5 2 0 0 米，地面海拔2 7 7 6 2 8 米，钻探目的层侏罗系 兼探下第三系。 表1 1 冷湖五号构造地质分层 地质年代深度( 米) 界系组底界厚度 岩性描述 深度 上千7 8 47 8 4以棕红色、棕褐色及棕灰色泥岩为主，夹不等厚 柴沟的砂质泥岩，棕褐色、栋黄色粉砂岩，泥质粉砂 组岩。 f 干 1 0 5 02 6 6 以棕褐色、暗棕褐色泥岩，砂质泥岩为主，上部 柴沟有较多的兰灰色泥岩，下部出现较多的灰白色含 上 绢 砾砂岩和少量的棕灰色细砂岩。 第 新 二 上干 1 1 1 66 6 以棕红色、棕褐色及棕灰色泥岩为主，夹不等厚 生 系 界柴沟的砂质泥岩，棕褐色、棕黄色粉砂岩，泥质粉砂 组岩。 中国_ i 油勘探开发研究院顶十学f 市论文 r 干 2 5 2 01 4 0 4以棕褐色、暗棕褐色泥岩，砂质泥岩为主，上部 柴沟有较多的兰灰色泥岩泥岩，卜- 部出现较多的灰白 组色含砾砂岩和少彗的棕灰色细砂岩。 中 卜 路乐 3 4 7 39 5 3 以棕灰色、棕红色泥岩，砂质泥岩为主，夹棕红 生 第 河组色含砾砂岩，粉砂岩、泥质粉砂岩，砾状砂岩。 界 二 系 火小 5 2 0 01 7 2 7 以灰黑色、灰色、深灰色泥岩为主，夹少量深灰 占侏 煤沟 tt 色砂质泥岩，散状砾岩，砾状砂岩和灰色粉砂 生罗 界系 组岩，灰黑色碳质泥岩及黑色煤层。煤层主要集中 在4 1 2 3 4 2 0 2 m ，1 8 层，5 2 m 。 1 3 2 数据采用标准与应用 以钻头录井资料为基础，参照钻井工况，去掉非正常钻进钻头，以数据采用标 准为条件，以同类钻头的平均钻速建立修正系数，以实际钻时为原始数据，用概率 和数理统计的方法进行回归分析处理，得到回归方程，并用数理统计方法进行检 验。 参数选择采取固定钻井、泥浆参数在一定范围内，减少非正常钻进因素影响， 建立一定的数据采用标准，选择相同钻头尺寸中最优进尺和钻速钻头的平均值为修 正标准，产生修正系数，以减少钻头类型的影响。根据数理统计方法，舍弃相对误 差大的离散点和异常点。数据按钻头尺寸分段处理，见表1 2 。 表12 数据分段处理情况 设计井深( 米) 实际井深( 米) 备注 一开 2 0 02 0 0 0 0 无资料 二开1 8 0 01 8 0 7 0 0 三开3 3 8 03 4 9 27 0 四开5 0 0 05 2 0 00 0 五开5 4 0 0 1 3 3 数据处理及回归方程 中翻f i 油勘探开发研究院硕1 。学待论文 1 331 数攒采辟j 标准： ( ) 链头入著耨瘦y , i i o o 酶钻头； ( 2 ) 钻具组合为光钻铤钻具结构； ( 3 ) 钻头迸尺大于2 0 米。划眼时间小二 f t 0 4 , 时： ( 4 ) 二歼钻压：1 4 0 一1 8 0 k n ；转速：6 0 8 0 币m ：泥浆密度：1 1 0 - 1 ，9 0 9 c m 3 的铣 齿钻头； ( 5 ) - - - 臌：1 6 0 2 0 0 k n ；转速：8 0 7 0 零m ；淀浆密发：，8 0 - , 2 。0 8 9 t c m 3 豹镶 齿钻头； ( 6 ) = 秀链蟊z ：8 5 1 0 5 k n 转速：9 5i 0 5 r p m ；泥浆密度： 。8 0 - 1 。9 0 9 怒m 。静 p d c 钻头： ( 7 ) 酲开钻) i ：1 3 0 1 6 0 k n ；转逡：6 5 7 s 币m ；泥浆密凄： 6 5 1 7 3 9 怒m 3 的镶 齿钻头； ( 8 ) 符台钻进3 米后至起钻前5 米的并段； ( 秘) 去撼异常数掇点。 1 3 3 2 钻头型号修正系数 二开链并中使麓豹都逶镜齿锫头，英中符合标准兹民继头5 只耱p 2 猿头2 r ， 由于p 2 和p 3 相似，故不作钻头型号修正。 三开锫并中使嗣符合标准的都怒镶齿钻头和囝一类型的p d c 铺头，故p d c 锚头 不住修正；为了更好地研究她层可链性，蛰对忽略钻头成本的大小，三开钻头原始 资料中发现使用量多、平均进尺和平均钻遮较高的锚头为h 5 1 7 a ，以h 5 1 7 a 钻头为 标壤，其它万轮链头的平均链速与该钻头的平均钴瀵比值，效为囤一链头尺寸豹铽 头型号修正系数( m ) ，见袭1 3 。同理，四开牙轮钻头以h 5 1 7 型号钻头为基准， 钻头修正系数晃表1 4 。 表1 3 二开牙轮钻头型号修正系数m 钻头型号j 2 2 a t j 2 2a t m l l8 h 2 2h 5 1 7h 5 1 7 a 数量( 只) 3i1237 平均钻速( m ，h ) 0 6 715 30 8 70 6 905 2o ，8 9 储头修止系数 o 7 51 7 20 + 9 80 7 8o 5 8 0 0 9 中国4j 油勘探开发研究院硕十学位论文 表14 四开牙轮钻头型号修止系数m 钻头型号 h 5 1 7h 5 3 7f 3h 6 1 7 h 6 3 7 数耸( 只) 1 29331 平均钻速( m h ) 0 6 40 5 005 9o 5 3o5 5 钻头修正系数 1 o o1 2 9 610 9 712 2 711 7 1 1 3 3 3 钻时与室内微钻时的关系 三开钻井中进行了一次取芯，四开钻井中进行了四次取芯，室内测定地层可钻 性值见表1 5 。 表1 5 室内岩样可钻性级值的测定值 序号 井深( m )岩性p d c 钻头牙轮钻头 13 4 8 2 泥岩 3 6 033 6 23 5 1 0 泥岩 3 2 14 7 2 33 5 1 6 泥岩 4 4 4 5 3 4 43 5 3 6 泥岩 3 6 34 8 9 53 7 5 1 泥岩 4 5 55 ，8 3 室内岩样可钻性级值的测定方法【2 】已得到广泛应用和认可，p d c 钻头和牙轮钻 头室内测定方法不尽相同，本方法是将现场综合录井钻时数据进行转化，使之符合 室内岩石可钻性分级规律，因此，根据表1 5 和相应井深符合标准的钻时，表1 3 和 表1 4 的钻头型号修正系数，代入公式( 1 ) ，得到不同井眼尺寸的地层可钻性修正 系数，见表1 6 。将符合标准的全部钻时，表1 3 中、表1 4 中的m 值和表1 6 中的f 值 代入公式( 1 ) ，即可得到该井深的地层可钻性级值范围。 表1 6 地层可钻性修正系数表 迟 铣齿钻头镶齿钻头p d c 钻头 t s p 钻头 4 4 4568 8 1 1 7 5 3 1 10 23 7 4 0 534 5 5 8 7 2 1 27 23 7 40 5 0 中国f i 油勘探开发研究院硕1 + 学位论文 根据参考文献【2 】中的k d = i 0 9 2 2 公式，其中t 为微钻时，将现场综合录井钻时数据 转换为微钻时，即得到如下公式： k d = l 0 9 2 m t f ( 1 ) 式中：k d - 一地层可钻性级值； m 钻头修正系数； t 符合数据采用条件的钻时，分； f - 一地层可钻性比值系数。 1 ，3 3 4 地层可钻性与井深的关系式 作井深与可钻性的散点图，从e l ( 见图1 ) 中可以看出可钻性随井深的变化呈线性 变化，根据概率统计规律，进行一元线性回归分析。 设地层可钻性级值为k i ，相应井深为h 。即样本为 h j ，k i ) i = 1 ，2 ，n 。 即：k d = 1 7 6 5 + 0 0 0 0 7 5 h( 2 ) 式中：k d 地层可钻性级值； h - 井深，米。 相关系数为0 9 4 ，回归曲线的精度，剩余标准离差0 3 5 2 ，即预测区间为( k 一 0 3 5 2 。k + 03 5 2 ) ，预测地层可钻性级值落在该区间的概率为6 8 2 7 。为了直观得 到和预测下部地层可钻性级值，作回归曲线图。见图1 。 8 k d h ( m ) 图1 1 逆推修正法地层可钻性与井深关系图 m坫加筋踮如诣弱 中国i i 油勘搛开发研究院硕十学何论文 符合数据采嗣标准的锚时楚经过钻头型号系数穆芷君即可得到该段筑漂钻头统 计钻速方程，冷科1 井的钻速方程为线性方程： v t = 1 9 1 - 0 0 0 0 2 9 h 3 式中：v t 一枫辍锚遮，米，小时； h 井深，米。 1 ，4 冷季萼1 势“遂蒎修正法”遗鼷珂镑瞧分缀分褥 由于电测资料能全面反映地髅的各种特性，有很好的连续性，便于建立全井段 裁面，簸两近年来黠予求取地鼷霹键性级值躲磺究工作较多溅集中予电测澄料蛇应 震方嚣，德渡方法必簇是取簿溅势瓷辩，对爱续并骞搔导 乍惩。结合冷鼷 莠戆实舔 情况，采用这种方法求取冷湖五号构造地层可钻性级值，验证“逆推修正法”。 1 4 。1 测井资料求取地层可钻漩缀德 程测并瓷辩孛，声波对差与魏鼹莓链馕学较舞密锯豹关系，表现在以下方嚣： 1 4 1 1 声波时差是与卷石可镭憔肖关的地层因素的体现 ( 1 ) 耢饿：岩性不同，声波时麓德不同，岩丽可钻性级值也不同。如声波时差值为 1 2 5 塾s t m 靛敬密鑫云蠢跑靖蓑为3 1 0ps t m 静渗透瞧砂老难锯，声波霆雩麓缓小戆可镑 性差。 ( 2 ) 强隙度：岩石魏藏度与声波辩熬呈线谴必系，声波露磐越大，岩石孔黻度也越 夫，英露链毪裁越好。 ( 3 ) 岩石胶结特性：胶结疏松的地层，声波时落大，其可钻性好。 ( 4 ) 辫石埋深和地攒年代：j ：常媾况下，随糟石埋深的增加秘年代的久邋，岩石压 实程凌不酝增翅，者石孔隙度减小，声波霹差下降，可链谴交蓑。 1 4 1 2 声波时差是岩石机械物壤性质的综合体现，纵波时差如下式表示： 物：， p ( 1 + m l a ) ( 1 。- 2 1 0 ( 5 ) 鼙酸l 一幻 式中：p 一岩石密度，k g ，m 3 # 岩磊泊捡魄 一岩石懿杨炎模璧，k g m 2 v p 一岩石的纵波时差，s m 1 2 中国f 融勘探开发研究院硕十学位论文 从( 5 ) 式可以看出，岩石的声波时差是地层的强度、硬度和弹塑性体的综合体 现，而岩石的可钻性正是由这些机械物理参量决定的。这是岩石可钻性与声波时差 相关的理论依据。 1 4 1 3 声波时差与岩石可钻性的相关方程 根据已有的研究成果，声波时差与岩石可钻性存在以下的相关关系： k d ：2 2 8 3 1 9 9 e 一。巾 ( 6 ) 式中：v p 一声波时差，s m a 一地区地层系数 按方程( 5 ) 用电测资料计算地层可钻性级值，计算其趋势线如图2 所示。图中显 示在冷湖五号地区地层可钻性级值与井深里线性关系，相关系数为o 8 7 ，可信度较 高。该结果符合地层可钻性随深度变化的一般规律。图中地层可钻性的局部起伏与 冷科一井实钻岩性相符，为局部的地层软硬夹层所致。 根据以上计算，冷科一井岩石可钻性级值与深度的对应关系为： k d = o 0 0 0 9 h + 1 7 2 0 8 ( 7 ) 1 0 8 6 z 4 2 o 灰岩顶 k d= 0 0 0 0 9 h + 1 7 2 0 8 旷一 r 。= 0 7 5 9 2 e 1 + 3n l 。川- 越l n l5 m i _ “ - 蛐 虹五抵i 耵1 r f o 一n i r r 枞i i i ”r 刊r 1 1 r 1 r ”1 一”。 。 1 r wi 。i 1 2 0 07 0 01 2 0 01 7 0 02 2 0 02 7 0 0 3 2 0 03 7 0 04 2 0 0 4 7 0 0 井深( m ) 图1 2 测井资料法地层可钻性曲线图 1 4 2 测井资料求取地层抗压强度 钻头类型的选择要涉及到众多的地层影响因素，与钻头选型关系最为密切的地 中国_ 瑚勘探开发研究院硕十学位论文 层特性是地层抗压强度。国内外对由电测资料求取地层抗压强度已有深入研究，提 出了许多计算模式，广泛引用计算模式为： s c = 0 0 3 3 0 2 场4 等 2 ( 1 - 2 u d ) ( 1 + 0 7 8 呦( 8 ) 式中：s c 一抗压强度，m p a p 密度，g c m 3 v p 一纵波时差，s m u 一波松比 v c l 一泥质含量 按方程( 6 ) 用电测资料计算地层抗压强度如图1 3 所示： 童5 8 8 鞣 0 tt , - z 山 儿 ii l li i_ l n 1e 3e 1 + 2 i_ 棚_ t 。li 1 - 叫 1 l l山胛il , i i - t 1 仃w 岍叩 i - _ f 岫i_一l h i 一 州p r - r 2 0 07 0 01 2 0 0 1 7 0 02 2 0 02 7 0 03 2 0 03 7 0 04 2 0 04 7 0 0 井深( 1 1 1 ) 图1 3 地层抗压强度变化曲线图 地层抗压强度的变化与地层组别相对应，n 1 层与e 3 层的抗压强度可视为同一级 别，其抗压强度为5 0 m p a 左右；e 1 + 2 为一级别，抗压强度为5 0 - 1 0 0 m p a ；j 1 层上部 稍软，从4 3 0 0 米开始地层急剧变硬，地层抗压强度 2 0 0 m p a 。 地层按抗压强度从极软到极硬进行了分级，且与地层岩石类型相对应。在国内 的一些研究中，将此分级与钻头的i a d c 编码相对应，如表7 所示。由于该表所统计 的钻头数量有限，因此其代表性不如岩石可钻性与钻头类型的对应关系。 1 4 中国i i 油勘探开发研究院硕十学位论文 表17 钻头类型与地层抗压强度对应关系 钻头类型地层地层岩i i 类型 抗压强度 ( i a d c )硬度( m p a ) 1 11 2 很软抗压强度很低的粘性软地层粘十- 、砂岩、粉砂岩 2 0 0 15 地层可钻性分级结果对比分析 1 5 1 “逆推修正法”地层可钻性分级结果 1 5 1 1 计算值与室内岩样可钻性级值测定值比较 表18 逆推修正法计算值与室内岩样可钻性级值测定值 p d c 钻头 牙轮钻头 计算值 序号井深岩性 实测误差实测 误差 ( m ) 值趋势 散点值 趋势散点趋势散点 13 4 8 2 泥岩 3 6 0- 0 7 70 7 3 3 3 610 10 9 7 4 3 743 3 23 5 1 0 泥岩 3 2 11 1 9 1 5 24 7 203 2 00 14 4 047 3 33 5 1 6 泥岩 4 4 4 0 0 40 3 05 3 40 9 4 0 6 04 4 047 4 4 3 5 3 6 泥岩 36 307 9o 9 7 4 8 90 4 70 2 9 4 4 24 6 0 53 7 5 1 泥岩 4 5 5一o 0 30 6 3 5 8 31 2 5 0 6 545 85 1 8 0 5 508 3 03 9o1 1 地层可钻性室内实验般规律是可钻性级值小于5 级时，p d c 钻头岩石可钻性 实测值小于牙轮钻头岩石可钻性实测值，计算结果与实测值相比，大于p d c 钻头实 中潮朽瀚渤撩开发磷究虢硪士学位论文 测僦，小于牙轮钻头实测值，菏且较接近牙轮钻头实测值，单点误澄最大1 2 5 ，最 小0 漩，滋赣愆趋势缓诗嚣蟪蒺露继整缀蘧是漆遂蕊e 1 5 + 2 懿篷可链稳分缀 掇描公式( 2 ) 对地层可钻性分缀如下： 袭1 、9 逆推修正法可锻蠼分缀表 井深( m ) 可铺性缀值地层分界并深地层 黔1 6 4 64 3 1 6n 一2 9 8 0 42 5 2 0黾 - , 4 3 1 3 53 4 7 3 e 1 + 2 5 6 4 685 2 0 0 0 。2 曩2 “愈测资辩渡”蟪潦蔼镶瞧分缀蘩暴 1 5 。2 1 计算值与塞内岩样w 锚憾级值测定值比较 趣势线诗箕爨采与实瓣傻稳魄，趣大予实灏毽，煎嚣接遂与搿轮敲头突瓣蘧， 单点误差墩大6 7 ，最小- 0 ，0 1 ；蔷分数点数据值，大于p d c 钻头实测馕，小于牙轮 链头实测蕊，单点最大误蘩 ，1 2 + 最，j 、国2 2 ，较趋势线诗舅维采更援孟辇襄溺篷。箕绦 果鸟“邋礁修正法”诗算缝聚撩杰壅。 表 o 涮捧资辩法计算德与室内者祥可锖髓缀值测定俊 p d c 铀头牙轮钻头计辣德 惑母并滚岩缝 赛溅误麓安溅误差 ( m 建趋势鼗点毽悲势数纛趋势散悫 13 4 8 2 泥岩 3 6 0一1 2 50 3 53 ，3 61 4 5o 5 948 53 9 s 23 5 t 0 泥尝 3 2 一1 6 7* 8 2| 喜7 2- 0 6袭4 94 8 84 + 2 3 33 5 1 6泥舞4 4 40 4 40 + 2 25 ；3 40 ，4 61 ，1 24 8 84 2 2 43 5 3 6 泥岩 3 ，6 3一 ，2 7一o 。5 34 詹营- 0 + 0 10 7 34 94 6 s3 7 5 1 滋卷 4 喜5一o s 嚣国2 25 8 30 7 3 蕊5 ，t 07 7 f * 1 0 4”0 3 8。o 0 90 、5 6 6 1 52 2 地层可钻性分级 中国石油勘探开发研究院硕七学位论文 表1 11 测井资料法可钴性分级表 井深( m ) 可钻性级值地层分界井深地层 0 - 1 4 2 13 1 6n - 2 5 3 242 5 2 0 e 3 - 3 6 4 353 4 7 3 e 1 + 2 - 4 7 5 46 j 1 + 2 - 5 8 6 575 2 0 0 j 1 + 2 1 5 3 分级结果对比分析 “逆推修正法”与“测井资料法”计算结果相比，在5 2 0 0 米井深内误差不超过 o 7 ，可视为同一可钻性级值，即两种方法计算结果是相同的。 综合“逆推修正法”与“测井资料法”，结合冷科1 井实钻地层情况，对冷湖五 号构造地层可钻性作以下分级： 表1 1 2 冷科1 井可钻性分级表 井深( m )可钻性级值地层 0 - 1 1 0 0 3n 1 11 0 0 - 2 5 0 03 - 4 e 3 2 5 0 0 - 3 5 0 04 - 5 e 1 + 2 3 5 0 0 4 7 0 04 6 j 1 + 2 4 7 0 0 5 2 0 06 7 j 1 + 2 1 7 中国i j 油勘探开发弼究靛琰t ：学位葩文 第二滗钻头选裂研究 2 1 钻头选整豹方法毙较 地鼷的客观性决定了地层特瞧，根据舷滕特点选用合邋的钻头类型怒提高钻避 效率的蔓要途径。现代选择钻头类型的方法，一般以地质时代划分的地鼷和岩性为 选择链头躬依据：诡有以地菇蠢石鲍力学程滕第鞋磺磨j 睫为选择依据；觚成本上考虑 比较邋行的是每米钻进成本；还有以钻速及行程锚速指标为依据等方法。钻头是鸯 接破裟瓣工其，链头选择豹是否合理，壹按影拣剿钴著速度豹提离与锚井费用的降 低。鬻惩粒镪关选黧方法蠢： ( 1 ) 邻井钻头漾井分析：以钻头的机械钻速为标准选择钻头，优先选择机械钻 速离豹锚头系列。 ( 2 ) 成本分辑：楚豢递灞貔方法，在收祭多臼完共瓣钻头秉共资瓣懿基疆上， 按成本方程对各个钻头进行成本分析，从中进撵成本最低的钻头作为优先选择的钻 头系列。 ( 3 ) i a d c 链头编鸦分类法：该方法掇供了稀基予娥层与牙轮钻头型号进行 选型的方法，由于地层属性的分缀很难确定，嫩然对与待锚地层可以凭经验知道属 于郡一炎，瞧不能确定其缀剩，因戴应臻该方法骚劐一定的缀铡。 4 ) 者磊霹铵经法：岩石霹链牲是在我鬣嶷瑙较广翁一耱方法，该方法绞据 定的试验条件对取出的岩心进行微钻头实验，计算出地层的可钻性级值。由于地层 的筘均旗键，强翦艨游豹可钴蛙级蕊是统计纛义上的。稷援与遮层可键憔缓菹相适 应懿镪头i a d c 编弱，霹方便逡避行链头遥銎。 ( s ) 能耗法。该方法是近几年提出的钻头选越的新方法。该方法与其他方法的 重要区别是考虑了键遴中的机械参数对破碎熊量的影响，鄹钻头的使用效祭不仅考 虑锚头与魄层是否桶匹配，丽晟与钻并参数有关。该方法需要统计大懿的钻头资 料，爿能得到优选的钻头系列。 在上述各方涟串，均需簧大繁鹃钴头绞诗瓷辩，才能褥剿合瑾鲍链头系剜。这 在搽荠孛蕊麓疆程镶大，不靛潢跫焱新区链劳辩链头遥墅静黉求。 1 8 中国l i 油勘探开发 i 歼究院硕0 7 学位论文 按地层可钻性分缴推荐钻头类型只是说明对邋合岩石的破岩性，不定是最经 济的钻头，本文提出的方法是根掭地层可锚性缀德选择毒的钻头必型范围，再考虑 钻头下入井深、进尺、机械钻速等因素，建立综合钻进成本指标寒优选钻头类型， 降低钻井成本。 2 2 按绝溱可锫性分级推荐钻头类麓 利用“逆推修正法”对冷科1 井地层可钻性分级，根据该分级褥出该井的推荐锚 头系列，见表2 1 。 表2 。 冷斟1 势摧荐钻头类型 井深可钻性抗压强度钻头i a d c 编码地层钻头类型 m )级馕( m p 如 0 1 1 0 0 36 2 1 1n 1p 2m a x * g 1a t m 0 5 4 14 - 24 3m f d s h d 1r ：4 3 1 11 0 0 2 5 0 03 41 0 41 2 e 3 a t m 一1 1a t m 一1 1 c 4 - 4m f l 5m f l 5 dm a x g 3 d 1a t j 2 2r 4 3 3q p l9 l 2 5 0 0 - 3 5 0 04 51 4 5 一3 - 4 e 1 + 2 a 下轴- 2 2 盯酗- 2 2 c 5 15 2m f 2 5m f 2 7 a t j 2 2 d 2q p l 9 l r 4 3 7s 2 4 8 3 5 0 0 4 7 0 04 61 8 72 12 2 j 1 + 2 a t m 一3 3a t m 一3 3 cm 3 3 3 5 3 5 4m f 3m f 3 5a t j 3 3 d 2 a 丫j 4 48 2 4 8s 7 2 5 2 。3 综合镳并残本法 按照上硒的地层可钻性分级选择的钻头，只是说明了该钻头类怼对地层破岩的适 应後，雨由于钻头生产厂家、锫头设计、举价等静不露，锯头镭滋成本也就不同， 由于本地区无邻井钻头资料作参考，所以无法按以往的钻头选型方法来优选，本方 法采取以钻头钻进并深、避尺、机械钻速和常规每米钻进成本组成综合铺井成本指 标的方法来优选钻头类型。 中国l i 涵融搽开发疆究陵硕 ：学侮论文 为了减小人为误差，除纯钻时间外，起下锚和接单根时间统一标准，下一立柱 敦时阁墩3 分镣，趣立事主耱露潺敬3 分镑，谈单缀对阗兔 0 分镑，骰定一援立柱长 度取2 8 5 米，单校长度取9 5 米。遮祥计算的绻聚减少了人为误差。 练合钻井成本指标是指以正常锚进时的全部钻井作业费( c - r ) 取代钻机作业费 c r ) ，参照链速藏线或乎均旗眩) ，糁链头豹井深、送足巍继速转纯为经滂撩标， 用该练合德表达钻头每米的锚井成本的方法。 以繇小时全部e j 费薅取代铀桃作业费蜃，再将钻头实际进尺和理论遴尺经实际 钴速与该井滚理论镳速转捺为霹秘，l 、射) 露一部分期当于减少袋增加) 旗逑薅间，爨 一部分相警予减少( 或增加) 了起下钴的时间，将该时间以暖赞的形式表达出来，加 入到缚米钻进成本中，得到个综合钻进成零指标，该指标合理的反映了钻头相对 成本，涛镳头链并躐零、蘑镶劳深、迸只、瓴缀锫速存辍戆结合在一藤，便于定蠢 分褥蠲麓，使链头髋选鼙了然。 设：锚头理论避尺为a h ( 米) ，理论钻遴为v t ( 米，时) ，每只钻头的钻至并 涤、避足、键速为( 魏i ，h i ，谚，i - - i ，2 , 3 n ，簿寒综合懿并残本麓； c z = 【c b + c t ( t r + t d t d 8 t r s ) 】，h l( 9 ) 式中：魄钻头每米综台钻井成本，元，米： c b 链头攀诠，元； c t - - 锚井作渡费，元，时； t r 起下钻及接单根时间，小廿寸： t 各链避瓣溺，枣露； h r 钴头遴尺，米： t o s 节约戚浪费的钻进时间，小时； t r s _ 萤缝或浚赞静超下镶辩翊，夺对； t d s = ( 1 ，v t l v 1 ) h 。 t r s = ( z & h i ，h 一1 ) ( + r 2 ) 式中：毽链头狻壤镶速，寒，露： r r 啊起锚时间，小时； r 2 - - 下钻时间，小时。 ( 1 0 ) 1 1 ) 中嘲i i 油勘探开发研究院硕十学位沦文 a h 一钻头理论进尺，米； h = t v t ； t - - - 钻头设计使用时间，小时； v ，钻头理论机械钻速，米，时 24 锚头优选在冷秘1 并的应雳 冷科1 井二开共煺2 3 r 钻头，去掉6 只非正常钻头，其巾5 只p 3 处理事故，1 只p 2 使用不当，正常钻进仃只钻头，平均迸尺9 3 5 4 米，平均铺速1 7 8 米，小时；三开菸 舆2 3 只链头，其中镶齿钻头1 6 只，乎均进尺4 5 ，3 6 米，平均链速o 。8 2 米，小时，p d c 钻头4 只，平均进尺2 2 2 6 7 米，平均钻速1 ，6 3 米，小时；四开共用7 2 只钻头，正常使 震镶齿链头3 4 只，乎均逶只3 0 。8 7 豢，手竣链速0 。5 7 米，小懿，t s p 链头4 只，平均遴 尺9 7 4 7 米，平均钻速0 7 1 米，j 、时。 钻井酲赞经计冀约为2 5 4 3 元，小辩f 注：舀子该并三开蓊采蘑菲目费割，鏊开采 用e 1 费制，放该费用仅为参考值) ，钻头综合钻井成本指标计算结果见表2 ，2 a 从表9 中可以看出，综含钻井成本与通常的钻并成本菲对应关系，综台钻井成本 更熊真实的反映钻井成本。为了减少劳深的影响，根据阿钻性分级划分不同的井 段，从对应的井段中优选出使用钻头综合钻井成本低的钻头序列；并根据该并段娥 层聪链性接簿钻头臻选序列。见表2 + 3 。 表2 2 钻头钻井综合成本表 足寸类礤荤馥f 入弗深进尺话速钻井综合成本 ( m m )( ￥)( m ) ( m ) ( m h )( ￥m ) 4 4 4 5 0 p 33 9 1 0 02 o o2 9 6 0 6 2 0 55 3 5 ，1 2 4 4 4 5 0m p 33 9 1 0 04 9 6 0 61 8 4 1 42 0 41 3 0 5 3 5 4 4 4 5 0p 33 9 1 0 06 8 0 2 01 3 6 o o 6 12 0 3 0 8 2 4 4 4 5 0p 33 9 1 0 08 1 6 2 01 2 9 1 01 1 53 2 8 2 4 9 4 4 4 5 0p 33 9 1 0 09 4 5 3 01 2 2 6 71 7 31 7 8 0 0 5 4 4 4 5 0p 33 9 1 0 01 0 6 7 9 71 0 9 ，9 42 5 19 0 33 9 4 4 45 0p 33 9 1 0 01 1 7 7 9 18