大港油田歧口凹陷钻头优选研究

李沛泉 (中石油渤海钻探工程有限公司第一钻井分公司40617钻井队，天津 300270)

汪 浩 (中国石油技术开发公司钻探装备部，北京 100191)

王 强 (中国石油技术开发公司中东分公司，北京 100028)

熊 波 (大港油田第二采油厂地质研究所，河北 沧州 061103)

苏春雷 (中石油大港石油分公司第五采油厂，天津 300280)

张 磊 (塔里木油田公司勘探开发研究院开发所，新疆 库尔勒 841000)

大港油田歧口凹陷钻头优选研究

李沛泉 (中石油渤海钻探工程有限公司第一钻井分公司40617钻井队，天津 300270)

汪 浩 (中国石油技术开发公司钻探装备部，北京 100191)

王 强 (中国石油技术开发公司中东分公司，北京 100028)

熊 波 (大港油田第二采油厂地质研究所，河北 沧州 061103)

苏春雷 (中石油大港石油分公司第五采油厂，天津 300280)

张 磊 (塔里木油田公司勘探开发研究院开发所，新疆 库尔勒 841000)

优选出适合钻进地层特征的钻头对于提高机械钻速，降低钻井成本，加快勘探开发进程至关重要，而岩石的可钻性是合理选择和设计钻头，优选钻井参数的重要依据。大港油田地层复杂，主要以砂泥岩为主，地层胶结致密，可钻性低，研磨性强，是主要的提速层位。在大港油田沙河街组地层岩心室内微钻头可钻性实验的基础上，分析了可钻性与声波时差测井数据的关系，建立了岩石可钻性计算模型。通过对已钻井使用过的钻头进行统计分析，并采用主成分分析法选取钻头进尺、机械钻速、纯钻时间、新度、使用个数、钻头成本、钻压、转速以及钻井液密度等8项指标对已经使用过的钻头进行评价分析，并结合地层岩石可钻性优选出合适的钻头。现场应用表明，优选出的钻头使用效果良好。

钻头优选；钻井参数；主成分分析法；可钻性；歧口凹陷

歧口凹陷位于黄骅坳陷中区，是黄骅坳陷最大的生油凹陷。据勘探表明，歧口凹陷石油资源占黄骅坳陷总资源量62%，气资源量占63%，目前累计探明石油储量仅占其石油资源量的20%左右。由于该地区地层硬度高，部分层段研磨性高，地层不均质性强，造成钻井过程中机械钻速低，钻井周期长，钻井成本居高不下[1]。因此，对歧口凹陷地层可钻性进行研究，优选出适合研究区块地层的钻头，对于加快歧口凹陷勘探开发具有十分重要的意义。

1 歧口凹陷钻井工程特点分析

歧口凹陷钻井过程中钻遇平原组、明化镇组、馆陶组、东营组和沙河街组，各区块机械钻速总体呈下降趋势，地表较疏松，机械钻速较高，最高达到73m/h，歧口凹陷地质条件比较复杂，特别是沙河街组地层，因其埋藏较深(大部分起始深度在3000m以上)，机械钻速较慢，很多井在沙河街组有大段井段机械钻速在2m/h以下，严重制约了钻井速度和勘探开发经济效益的提升。为了加快深部沙河街组地层钻井速度，提高公司整体经济效益，非常有必要针对歧口凹陷地层岩石可钻性开展研究，弄清其分布规律，进而优选出适合该地区地层的钻头，以指导歧口凹陷优快钻井技术方案的制定。

2 地层岩石可钻性的确定

笔者通过室内可钻性试验，建立纵波时差和地层可钻性之间的关系方程，进而建立研究区域可钻性剖面，为钻头优选提供依据。

1)室内可钻性试验 对在歧口凹陷收集到的4口井共10块岩心进行室内岩石可钻性试验(见表1)。

2)牙轮钻头岩石可钻性计算模型 根据室内岩石牙轮钻头可钻性试验结果，结合声波测井资料，回归得到声波时差与牙轮钻头可钻性之间的关系(见图1)：

表1 岩心可钻性试验

Kd=18.866e0.0142Δt

(1)

式中,Kd为岩石可钻性级值； Δt为声波时差，μs/ft。

3)PDC钻头岩石可钻性计算模型 根据室内岩石PDC钻头可钻性试验结果，结合声波测井资料，回归得到声波时差与PDC钻头可钻性之间的关系(见图2)：

Kd=52.325e-0.0359Δt

(2)

4)地层岩石可钻性剖面的确定 根据以上回归得到的声波时差与牙轮钻头和PDC钻头关系方程，结合声波测井资料，计算并绘制出地层岩石可钻剖面，如图3所示。由图3可以看出，歧口凹陷沙河街组牙轮可钻性级值主要分布在5～7之间，根据岩石可钻性与地层硬度的分类关系，可以确定该地层属于中-中硬地层。

图1 声波时差与牙轮钻头可钻性关系回归曲线 图2 声波时差与PDC钻头可钻性关系回归曲线

3 主成分分析法优选钻头

图3 歧口凹陷地层岩石可钻性纵向剖面图

钻头评价的实质是比较钻头使用效果的优劣，因此选用钻头使用效果作为评价钻头的指标。为了尽可能全面的评价，笔者选取了钻头进尺、机械钻速、纯钻时间、新度、使用个数、钻头成本、钻压、转速以及钻井液密度等8项指标对已经使用过的钻头进行评价分析[2-3]。同时为了使结果具有可比性，所用数据取自地层层位相同、岩性相同、钻头尺寸相同。把所求得的主分量按其贡献率综合成一个新的综合指标[4]：

(3)

式中，ei为各主分的贡献率；Fi为各主分的综合指标。

综合指标F全面反映钻头使用效果，钻头的F值越大说明钻头使用的效果越好，反之则效果越不好。如果一种钻头在评价中出现多次，那么对这种钻头的综合指标求其平均值就可以评价出这种钻头在该地区使用效果[5]。笔者应用Matlab软件对该构造钻头进行了主成分分析，结合地层可钻性极值，优选出适合沙河街组地层的钻头，对大港油田歧口凹陷沙河街组地层钻头进行评价，优选出MD3634、FM2543、FM3643Z、HCM504ZX等4种钻头。

4 现场应用

将上述优选出来的钻头在歧口凹陷新港区块某井沙河街组地层使用，使用情况见表2。从表2数据可以看出，各钻头机械钻速快，钻头寿命长，使用效果良好。由此可见，主成分分析法优选出的钻头的特点是符合歧口凹陷地层岩性特点的。

表2 新港区块沙河街地层钻头使用情况

5 结 论

1)通过室内可钻性试验，结合试验岩心对应的声波时差数据回归出歧口凹陷地层可钻性与声波时差测井之间的关系方程，并绘制出地层岩石可钻性极值纵向剖面，为钻头选型提供依据。

2)主成分分析法把相互影响钻头钻进的参数转化成少数几个相互不影响并且涵盖信息全的参数，因而评价结果更加客观；且评价结果又能联系钻井参数，对施工起指导作用。主成分分析法解决钻头选型问题最关键的是要合理的选取评价钻头的资料，参与评价钻头的资料越多其结果越可靠。

3)通过主成分分析法结合可钻性级值，优选出钻头进行现场试验。现场应用表明，优选出的钻头在歧口凹陷新港区块某井沙河街组使用效果良好。

[1]张辉，高德利.钻头选型方法综述[J].石油钻采工艺，2005，27(4)：1-5.

[2]夏宏南，孙继明，王小建，等.主成分钻头评价方法在中原油田的应用[J].河南石油，2005，19(3)：45-46.

[3]张辉，高德利.用主成分投影法评价和优选钻头[J].石油钻探技术，2006，31(1)：39-41.

[4]马志亮，楼一珊.吐哈油田马朗凹陷火成岩地层钻头优选技术研究[J].石油天然气学报(江汉石油学院学报)，2011，33(3)：152-154.

[5]陈俊，聂翠平.钻头使用的统计综合评判[J].西安石油学院学报，1996，11(5)：26-29.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.08.033

TE921

A

1673-1409(2012)08-N100-03

2012-05-24

李沛泉(1986-)，男，2007年大学毕业，助理工程师，现主要从事大港油田油区内部开发井的钻探方面的研究工作。

[编辑] 洪云飞