四川气田GM区块钻头优选评价

蒋晓红，王 坤，李 果，焦瑞琴，张连学，陈习水

(1.中国石化西南油气分公司工程技术研究院，四川德阳 618000；2.成都理工大学能源学院；3.中国石化西南油气分公司)

四川气田GM区块T3x地层厚约2 000 m，岩性以大段泥页岩夹砂岩互层为主，间夹部分砾岩层(T3x4底部)和煤系地层。地层岩石整体致密、硬度高、可钻性差，导致钻井中机械钻速慢、钻井效率低，影响钻井进程。为提高GM区块T3x地层钻井效率，开展钻头优选评价极为必要。

1 岩石硬度和可钻性实验测定及模型剖面建立[1-7]

采用岩心压入硬度法针对不同岩性开展岩石硬度测量，实验岩石硬度分布在546～1 688 MPa，平均1 155.71 MPa，属中软-硬地层。采用微钻法按行业规范对所收集的岩心进行可钻性测定，测量结果表明：PDC可钻性级值测量范围在5.1～9.6，平均7.4；属中-硬级别。根据实验测量结果，结合声波测井资料，建立了GM区块T3x地层岩石硬度、可钻性级值与声波时差预测模型(公式1、2)。从公式可见,岩石硬度及可钻性级值同测井声波时差相关性较好。

Hy=69684EXP(-0.0662 ΔT)

R=0.8059

(1)

Kd=75.952EXP(-0.0373ΔT)

R=0.8112

(2)

式中：Hy——岩石硬度，MPa；ΔT——声波时差, μs/ft；Kd——岩石可钻性级值，无单位。

利用上述岩石力学实验建立的岩石硬度、可钻性级值预测模型,结合矿场测井声波资料,建立GM区块T3x地层岩石硬度、可钻性级值剖面(图1、图2)。从实验数据及预测模型计算结果对比可见,预测值与实测值吻合性较好，预测结果有较高可靠性，能够满足工程应用的需要。

2 地层岩石硬度及可钻性特征

根据GM区块多口井岩石硬度、可钻性级值计算参数统计分析(图1、图2、表1)：纵向上，T3x地层自上而下岩石可钻性级值、硬度参数随埋深增加呈增大趋势，特别是T3x2段地层岩石可钻性级值、硬度明显较上部地层高，T3x4段中下部砂岩、砾岩地层岩石可钻性级值、硬度相对上、下部地层较高；此外，从岩性分析来看，砂岩岩石可钻性级值、硬度普遍较泥岩高。各层段地层特征如下:

T3x5段：砂岩可钻性级值平均介于5.43～7.50，属中硬地层；泥岩可钻性级值平均介于3.97～5.57，属软-中硬地层。砂岩硬度平均介于600～1 200 MPa，属中软-硬地层；泥岩硬度平均介于390～730 MPa，属中软地层。

T3x4段：砂岩可钻性级值平均介于6.88～7.91，属中硬地层；泥岩可钻性级值平均介于5.51～6.35，属中硬地层。砂岩硬度平均介于1000～1 320 MPa，属中硬地层；泥岩硬度平均介于710～920 MPa，属中软地层。

T3x3段：砂岩可钻性级值平均介于5.60～8.12，属中硬-硬地层；泥岩可钻性级值平均介于5.35～5.98，属中硬地层。砂岩硬度平均介于742～1 360 MPa，属中硬地层；泥岩硬度平均介于680～820 MPa，属中软地层。

T3x2段：砂泥岩可钻性级值平均值均大于7.40，属硬地层。砂泥岩硬度平均值均大于1 100 MPa，属硬地层。

图1 GM4岩石可钻性、硬度实测点与预测剖面比对 图2 GM2岩石可钻性、硬度实测点与预测剖面比对

表1 GM区块T3x岩石可钻性级值、硬度特征

3 钻头优选评价

明确了GM区块T3x地层岩石可钻性、硬度特征，结合各类钻头适宜特性，推荐纵向各段适宜钻头类型(表2)，(表2中钻头编码含义：第1位数表示牙齿特征及所适用地层及地层系列号：1-铣齿，软地层；2-铣齿，中到中硬地层；3-铣齿，硬地层；4-镶齿；软地层；5-镶齿，软到中硬地层；6-镶齿；中硬地层；7-镶齿，硬地层；8-极硬地层。第2位数表示所钻地层由软到硬分为四级：1-代表1级；2-代表2级；3-代表3级；4-代表4级。第3位数表示钻头结构特征：1-标准型滚动轴承；2-用空气清洗和冷却的滚动轴承；3-滚动轴承保径钻头；4-密封滚动轴承；5-密封滚动轴承保径齿；6-密封滑动轴承；7-密封滑动轴承保径齿；8-定向井钻头；9-其他)；并在此基础上，结合GM区块现场所用钻头使用情况，推荐钻头优选原则：T3x5～T3x3段推荐选用PDC钻头为主，T3x4底部砾石层至T3x3段可选用牙轮钻头作备用方案，T3x2段推荐选用RSI1615型PDC钻头、K507孕镶金刚石钻头、HJT537GK牙轮钻头、备用XR30T牙轮钻头。钻头优选推荐结果见表3。

4 结论

(1)测井资料可较好地反映岩石的物理机械力学特性，尤其声波时差测井资料与岩石的硬度、可钻性存在较好的相关性；因此，利用声波测井资料结合岩心实验测量标定可有效地预测地层岩石硬度及岩石可钻性，为钻头优选提供可靠基础依据。

表2 GM区块T3x地层适宜钻头类型推荐

(2)明确地层岩石机械力学特征，优选设计针对性钻头，可以更好地发挥钻头的优点，提高钻头的使用寿命和机械钻速，降低钻井成本。

表3 GM区块T3x地层钻头优选推荐

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