冀東油田鉆頭選型研究

1、 冀東油田鉆頭選型應用研究摘要冀東油田老爺廟、南堡、高尚堡三油田區(qū)塊下出現(xiàn)的玄武巖和底礫巖，在施工鉆進過程中，結(jié)合現(xiàn)場的鉆頭使用情況及經(jīng)驗，總結(jié)分析，進一步做出最優(yōu)的鉆頭選型。本文主要介紹在冀東區(qū)塊的玄武巖及底礫巖地層鉆進中，其特性表現(xiàn)為：地層堅硬難鉆，其研磨性較強，蹩跳鉆現(xiàn)象明顯，鉆頭使用壽命低，玄武巖地層夾層的不穩(wěn)定性，導致易塌易漏等一系列復雜問題。為提高鉆井質(zhì)量和機械鉆速、降低鉆井成本，避免出現(xiàn)鉆井施工的安全問題。先分析冀東油田特定的區(qū)域地質(zhì)概況，及存在底礫巖及玄武巖的夾層，研究分析底礫巖和玄武巖的研磨性和可鉆性，結(jié)合井隊現(xiàn)場資料，對已使用過的鉆頭和鄰井使用過的不同的鉆頭的機械鉆速作效果

2、分析，及相關(guān)的鉆進工藝經(jīng)驗總結(jié)。然后結(jié)合理論知識，根據(jù)鉆頭選型通用的方法來選取最優(yōu)鉆頭，對現(xiàn)場用過的鉆頭系列做理論分析，找出得出其鉆頭斷齒和磨損的原因，主要是鉆頭選型不對，鉆頭過軟，并提出其相應對策。最后提出與底礫巖和玄武巖相匹配的鉆頭，在該區(qū)塊使用MD系列鉆頭比用HJ系列鉆頭效率要高，并且在施工工藝上，要采取低鉆速、高鉆壓并根據(jù)地層巖性變化靈活調(diào)整。泥漿調(diào)配也應合理，實時根據(jù)地層變化及時調(diào)整其密度，防止玄武巖層吸水膨脹后坍塌。此外，常見的斷齒情況主要是鉆頭偏軟，還應與相關(guān)的科研單位合作，研究出該地層的專用硬鉆頭，為以后遇到類似的地層鉆進及鉆頭選型提供一定的指導作用。關(guān)鍵詞：冀東油田 玄武巖

3、底礫巖 鉆頭磨損 鉆頭選型 經(jīng)驗總結(jié) Abstract Jidong Laoyemiao Oilfield, South Fort, noble fort under three oil blocks at the end of the basalt and conglomerate, into the construction process, combined with the drill-site usage and experience, summed up and analyzed, and further to make the best bit Selection. This p

4、aper mainly introduces the basalt blocks in the Jidong and stratigraphic drilling in the basal conglomerate, and its properties as follows: Formation of hard difficult drilling, grinding its highly noticeable limp jump drill, drill bits of low life, basalt stratigraphy of the non-laminated stability

5、, resulting in easy to easy to leak such as the collapse of a series of complex issues. In order to enhance the quality and drilling penetration rate and reduce drilling costs, drilling operation to avoid the security issues. Jidong Oilfield first analysis of the specific geology of the region, and

6、the existence of basal conglomerate and basalt of the mezzanine, research and analysis at the end of conglomerate and basalt of the grinding and drilling, the combination of well-site team information has been used to drill and o well used bit different for the effect of penetration rate analysis, a

7、nd related experience in drilling technology. Combination of theoretical knowledge and then, according to bit selection methods commonly used to select the best bits, drill bits used on-site series of theoretical analysis done to find out come of their teeth and wear and tear off bits of the main re

8、asons for not bit selection, drill too soft, and the corresponding countermeasures. Finally, with the basal conglomerate and basalt of the bits match in the series of bit block using the MD than the efficiency of HJ series bit higher, and during the construction process, it is necessary to take the

9、low penetration rate, high pressure drilling and in accordance with lithology changes in flexibility to adjust. Mud deployment should also be reasonable, real-time formation changes in a timely manner in accordance with the adjustment of its density, to prevent the basalt layer collapsed after the w

10、ater swelling. In addition, the common situation of broken tooth is bit soft, but also with relevant research institutes to cooperate and come up with the formation of a dedicated hardware bit, for future similar stratigraphic drilling and bit selection to provide a guiding role .Key words: basal co

11、nglomerate Jidong Oilfield basalt drill bit selection experience wear and tear33目錄第一章 引言第二章 冀東油田底礫巖玄武巖區(qū)塊巖性分析第一節(jié) 冀東油田主要區(qū)塊地質(zhì)地層概況第二節(jié) 底礫巖玄武巖研磨性和可鉆性研究第三章 井隊現(xiàn)場鉆頭使用的概況第一節(jié) 井隊所鉆井的鉆頭使用情況第二節(jié) 鄰井鉆頭使用情況第三節(jié) 井隊現(xiàn)場經(jīng)驗總結(jié)第四章 鉆頭選型分析 第一節(jié) 鉆頭選型方法簡介 第二節(jié) 現(xiàn)場已使用的鉆頭分析 第三節(jié) 鉆頭損耗原因分析 第四節(jié) 最優(yōu)鉆頭選型第五章 結(jié)論致謝參考文獻第一章 引言鉆井工程中，鉆頭是破碎巖石形成井眼的主要

12、工具，它直接影響著鉆井速度，鉆井質(zhì)量和鉆井成本。在特定的艱難地層中，如果能對地層巖性研究，使用與之相匹配的最優(yōu)鉆頭選型，迅速鉆完一口井，那將會使整個鉆進過程中，起下鉆次數(shù)少、建井速度快、鉆井成本降低。因此，選擇使用好特定的鉆頭鉆相應的地層，就具有特別重要的意義。冀東油田自2007年發(fā)現(xiàn)南堡油田以來，各項開采工作進入實質(zhì)階段，最重要的、投入最多的鉆井項目上。在鉆井鉆進過程中，遇到了各種技術(shù)難題，其在館陶組鉆遇的玄武巖和底部的砂礫巖、沙河街組的玄武質(zhì)泥巖和砂礫巖互層，出現(xiàn)了地層堅硬難鉆，其研磨性較強，蹩跳鉆現(xiàn)象明顯，鉆頭使用壽命低，玄武巖地層夾層的不穩(wěn)定性，導致易塌易漏等一系列復雜問題。其中關(guān)鍵的

13、問題是鉆頭的選擇，這些地層對于鉆頭的磨損十分明顯，崩齒較多，并且蹩跳鉆嚴重，鉆頭消耗較大，對鉆井質(zhì)量和進度產(chǎn)生不良影響，并大大提高了鉆井成本。面對這一嚴重問題，井隊根據(jù)已鉆地層的和鄰井的相應井段鉆進鉆頭使用情況，認真分析總結(jié)經(jīng)驗，從地層的巖性可鉆性分析出發(fā)，逐步建立能與之地層相匹配的鉆頭型號。從2008年7月12號2008年8月12號在冀東南堡和高尚堡油田區(qū)塊中原勘探局鉆井三公司70118隊實習，通過這次實習，對本專業(yè)的知識在實踐中的應用有了進一步的了解，對地層可鉆性及相應的鉆頭選型有較深入的了解。在實習過程中，做好本職工作的同時收集了相關(guān)的資料用于做畢業(yè)設(shè)計，通過此次鉆頭選擇型專題研究，提高

14、了自己的綜合能力，為以后的工作奠定了基礎(chǔ)。第二章 冀東油田區(qū)塊底礫巖玄武巖性分析冀東油田位于渤海灣北部沿海，油田勘探開發(fā)范圍覆蓋唐山、秦皇島、唐海等兩市七縣。南堡陸地已發(fā)現(xiàn)并投入開發(fā)了高尚堡、柳贊、老爺廟三個主要油田，年原油生產(chǎn)能力150萬噸，年天然氣生產(chǎn)能力6000萬噸?，F(xiàn)首要介紹下老爺廟，高尚堡，南堡油田區(qū)塊的區(qū)域地質(zhì)概況，特定的底礫巖和玄武巖地層的巖性和可鉆性分析。 第一節(jié) 冀東油田主要區(qū)塊地質(zhì)地層概況2.1.1 南堡區(qū)塊地質(zhì)概況 一、地理區(qū)域位置及儲量南堡區(qū)塊油田位于河北省唐山市境內(nèi)曹妃甸港區(qū)，地質(zhì)上為渤海灣盆地黃驊凹陷北部的南堡凹陷，屬中石油冀東油田公司勘探開發(fā)范圍。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，冀東

15、南堡油田已發(fā)現(xiàn)四個含油構(gòu)造，基本落實三級油氣地質(zhì)儲量（當量）10.2億噸，其中探明儲量4.0507億噸，控制儲量2.9834億噸，預測儲量2.0217億噸，天然氣地質(zhì)儲量折算油當量1.1163億噸。二、地層概況下面以南堡油田南堡1號構(gòu)造1-1區(qū)構(gòu)造高部位，南堡油田1-4平臺的南堡118-X2井的地層資料為例，說明下該區(qū)塊的地質(zhì)地層情況。見下表2-1： 表2-1 南堡118-X2井地層資料地質(zhì)時代層位底界深度m層厚m主要巖性描述第四系平原300.00300.00砂巖上第三系明化鎮(zhèn)2043.001743.00灰色泥巖，淺灰色細砂巖，淺灰色泥泥質(zhì)粉砂巖，灰黃、棕紅色泥巖上第三系館陶2708.0066

16、5.00灰黑色玄武巖，深灰色泥巖，灰色泥巖，粉砂質(zhì)泥巖，淺灰色細砂巖，砂礫巖、沙礫巖 此井在上第三系館陶組出現(xiàn)了灰黑色玄武巖、泥巖、及底部的礫巖等難鉆巖層，根據(jù)現(xiàn)場鉆井資料，三使用專用的三牙輪鉆頭出現(xiàn)了牙齒崩落，軸承松動蹩鉆跳鉆等現(xiàn)象，其主要是對鉆頭的磨損較為嚴重，鉆頭更換頻繁，上下鉆繁鎖。2.1.2高尚堡區(qū)塊地質(zhì)概況 一、地理區(qū)域位置高尚堡區(qū)塊地理位置位于河北唐?？h、灤南縣境內(nèi)，區(qū)域構(gòu)造屬于渤海盆地黃驊坳陷北部。高尚堡構(gòu)造帶是南堡凹陷陸地范圍內(nèi)的四個主要二級構(gòu)造帶之一，構(gòu)造范圍北部以柏各莊斷層為界，東部以鞍與柳先贊構(gòu)造相連，西為唐海斷鼻和老爺廟背斜，南為林雀次桂，有利勘探面積為90K，高尚堡

17、油田整體為一被斷層復雜化的披覆背斜構(gòu)造，高點位于高5高65井一帶，具有北翼陡南翼緩，西部高東部低的特點。二、地層概況下面以高尚堡深層南區(qū)高7斷塊高172井的地層資料為例，說明下該區(qū)塊的地層分層資料，見下表2-2： 表2-2 高17-2井地層資料地質(zhì)時代層位底界深度m層厚m主要巖性描述第四系平原290.00290.00粘土和散砂上第三系明化17501460灰黃、灰綠色泥巖、淺灰色細砂巖上第三系館陶2020270上部泥巖與灰色砂巖互層；中部砂巖，砂礫巖；夾黑色玄武巖，底部為大套砂礫巖夾菠層灰色泥巖。下第三系東營2204384灰色、淺灰色泥巖與淺灰色砂巖互層下第三系沙一2905501泥巖、砂巖、含礫

18、砂巖互層下第三系沙三39081003灰綠色玄武質(zhì)泥巖與淺灰、灰白色砂巖及雜色含礫砂巖。 此井在館陶組鉆遇的黑色玄武巖和底部的砂礫巖、沙河街組的玄武質(zhì)泥巖和砂礫巖互層，此井在鉆進過程當中也表現(xiàn)出，鉆頭磨損嚴重。 2.1.3 老爺廟區(qū)塊地質(zhì)概況一、地理區(qū)域位置老爺廟油田區(qū)塊位于河北省唐海縣內(nèi)、渤海灣盆地黃驊坳陷北部南堡凹陷西北部。是一個受凹陷西北部西南莊邊界斷層控制的二級構(gòu)造單元，構(gòu)造性質(zhì)為一個繼承性發(fā)育的滾動背斜。老爺廟區(qū)塊鉆遇地層自下而上依次為古近系的沙河街組和東營組以及新近系的館陶組和明化鎮(zhèn)組。目前新近系的明化鎮(zhèn)組下段、館陶組和古近系的東營組是老爺廟區(qū)塊的主要產(chǎn)油層段。二、地層概況下面以老爺

19、廟地區(qū)廟31x-1井的地層資料為例，說明下該區(qū)塊的地層分層資料，如下表2-3： 表2-3 廟31X-1井地層資料地質(zhì)時代層位底界深度m層厚m主要巖性描述第四系平原310.00310.00砂巖上第三系明化鎮(zhèn)2006.001696.00泥巖，細砂巖，泥質(zhì)粉砂巖，灰黃、棕紅色泥巖上第三系館陶2881.00875.00灰黑色玄武巖，灰色泥巖，粉砂質(zhì)泥巖，淺灰色細砂巖，砂礫巖此區(qū)塊在館陶組地層均出現(xiàn)了灰黑色的玄武巖，和不等粒的含砂的砂礫巖。含石英成分也較多，所以地層研磨性較高，這些地層對于鉆頭的磨損十分明顯，崩齒較多，并且蹩跳鉆嚴重，鉆頭消耗較大。另外井隊曾因在此區(qū)域經(jīng)驗不足導致在22082267m段玄

20、武巖出現(xiàn)井下復雜地層坍塌，給井隊施工的工作帶來了不利影響。 第二節(jié) 玄武巖及底礫巖研磨性可鉆性分析 鉆井的過程就是鉆頭破碎巖石，在地層中鉆進的過程。鉆進地層的巖石力學性質(zhì)，直接與鉆頭相接觸的，如巖石硬度、強度等，直接影響到鉆時的速度和成本，是鉆井工程師們非常關(guān)注的問題，也是巖石力學研究的重要內(nèi)容。鉆進地層的巖石強度、硬度高低在鉆井巖石破碎力學中具體體現(xiàn)為巖石的研磨性和可鉆性兩個重要的力學性質(zhì)。冀東油田南堡區(qū)塊的底礫巖玄武巖，上部的底礫巖屬新生界上第三系館陶組沉積巖，玄武巖剛屬同地質(zhì)時代的巖漿巖，根據(jù)鉆井工程巖石力學上的方法，分別研究底礫巖和玄武的研磨性和可鉆性。2.2.1 底礫巖和玄武巖一、底

21、礫巖位于海浸層位最底部的侵蝕面上的礫巖。它代表一個長期的沉積間斷之后所開始的新的沉積。底礫巖的特點是：分布面積不大但較穩(wěn)定，磨圓度高、分選性好，石英成分含量高，粒度由下至上逐漸變細等。二、玄武巖玄武巖是一種基性噴出巖，其化學成分與輝長巖相似，石英SiO2含量變化于45%52%之間，K2O+Na2O含量較侵入巖略高，CaO、Fe2O3+FeO、MgO含量較侵入巖略低。礦物成份主要由基性長石和輝石組成，次要礦物有橄欖石，角閃石及黑云母等，巖石均為暗色，一般為黑色。呈斑狀結(jié)構(gòu)，氣孔構(gòu)造。2.2.2 研磨性和可鉆性一、研磨性巖石研磨性是指巖石磨損與其相摩擦的物體的能力。不同的巖石由于其強度、礦物成分的

22、差異，對鉆頭的研磨性損壞能力必然不同，因此，研究不同地層對不同材質(zhì)鉆頭的研磨性，對于鉆頭優(yōu)選、降低鉆井成本具有重要的指導意義。研究巖石研磨性的方法有很多，但為了方便工程應用，一般根據(jù)史立涅爾等人根據(jù)試驗結(jié)果，對巖石按照其研磨性進行了分類，如下表2-4： 表2-4 巖石研磨性分類表級別巖石淬火鋼硬質(zhì)合金研磨性系數(shù)相對研磨性研磨性系數(shù)相對研磨性1泥巖 硫酸鹽巖3.512130.10.3132石英15%以上45134.0403石英晶質(zhì)巖石57164.5454石英碎屑巖硬度1009020025605.0505同上,硬度10020030060905.050 在實際工作中,地層的研磨性乃是決定鉆頭工作壽命

23、的一個重要因素,多采用巖層中的礦物的多少和對鉆頭的磨損能力來判斷地層研磨性，決定鉆頭的類型?；鸪蓭r的研磨性一般中等或較高，取決于巖石中所含長石、石英萬分的多少及粒度和多晶礦物間的硬度差，含長石、石英成分少、粒度細、礦物間硬度差小的研磨性小，反之研磨性較高，所以以上玄武發(fā)發(fā)達地區(qū)的研磨性是較高的；而沉積碎屑的研磨性主要視其石英顆粒的含量及膠結(jié)硬度而定，石英顆粒含量較高，粒度越粗，膠結(jié)強度越小的巖石，其研磨性較高，反之較小。底礫巖則屬于前者，底礫巖因其含石英成分多,所以其研磨性也較高?？梢娦鋷r和底礫巖兩者的研磨性都很高，所以一般鉆頭難以勝任。 二、可鉆性 為了便于按進井段選用鉆頭、預測鉆頭工作指

24、標，需要有每一段地層可鉆性的資料。目前世界各國通用的取少數(shù)巖芯測定值代表一個井段的方法，對不均質(zhì)的地層來說，不能全面反映該段的情況。正確的辦法是在某段作抽樣試驗，以求出具有代表意義的可鉆性數(shù)值，同時也求出反映地層均勻性的誤差數(shù)值。這是測定可鉆性中一個值得注意的問題。 下面以高尚堡區(qū)塊高17-26號井為例，得出該區(qū)塊地層可鉆性，如表2-5： 表2-5 高17-26井地層可鉆性地層系組垂深主要巖性可鉆性級別備注明化鎮(zhèn)1640泥巖與細砂巖互層、砂泥巖1.210.64館陶組1980泥巖、砂巖、玄武巖、底礫巖2.770.82遇玄武巖4.0東營組2325砂巖、泥巖互層3.821.22沙河街組3910泥巖、

25、砂巖、底礫巖4.190.71可鉆性是表示鉆進過程中巖石破碎的難易程度，可見沙河街組的底礫巖比館陶組的可鉆性要高。同時也可看出含底礫巖玄武巖的地層可鉆性比此區(qū)塊其它巖層要高，并且在館陶組的玄武巖達到了4.0，相當?shù)膱杂搽y鉆。第三章 井隊現(xiàn)場鉆頭使用概況 從井隊在冀東油田所完鉆井的施工資料總結(jié)來看，井隊遇到主要問題就是鉆遇到玄武巖和底礫巖時，出現(xiàn)的問題較多。本章主要介紹井隊現(xiàn)場的鉆頭使用情況資料總結(jié)，及結(jié)合鄰井的鉆頭使用時的統(tǒng)計資料，分析對比。并且參閱現(xiàn)場的施工經(jīng)驗總結(jié)。第一節(jié) 井隊所鉆井的鉆頭使用情況 冀東油田某鉆井隊，進入施工開鉆以來，工作區(qū)域遍布了老爺廟、南堡、高尚堡區(qū)塊，在館陶組和沙河街組

26、均遇到了一般鉆頭難以正常適應的底礫巖和玄武巖層，現(xiàn)介紹井隊施工現(xiàn)場鉆頭使用情況，及出現(xiàn)的情況分析介紹，下面分別以單口井為例分別介紹：3.1.1 廟31x1井老爺廟31X1是該井隊進入冀東油田的一口預探井，一開始由于對該區(qū)塊地質(zhì)情況不是太熟悉，經(jīng)驗不足，根據(jù)油田甲方提供的地質(zhì)設(shè)計及施工要求，正常鉆進。該井深2881米，屬于小位移雙靶定向井，井隊在對地層情況還不太熟悉的情況下鉆遇了館陶組的玄武巖，玄武巖井段22082267m和26322743m，并且在22672632m井段出現(xiàn)了含礫不等粒砂巖和底礫巖，不等粒砂巖，且含石英成分也較多，所以地層研磨性較高，這些地層對于鉆頭的磨損十分明顯，崩齒較多，并

27、且蹩跳鉆嚴重，鉆頭消耗較大。另外井隊曾因在此區(qū)域經(jīng)驗不足導致在22082267m段玄武巖出現(xiàn)井下復雜地層坍塌，給井隊施工的工作帶來了不利影響。3.1.2 南堡2-11井南堡2-11井，完鉆井深4257米，水平位移2381米，最大井斜56，屬于五段制大位移三靶定向井，該井比廟31X1井施工難度更大，井隊從泥漿和操作上確保該地層的施工安全，調(diào)整了泥漿密度，防井漏和地層坍塌，雖然此井只鉆遇了3米玄武巖，但遇到了較厚的一套底礫巖地層（33503609m），在此地層中井隊特意使用兩只用于鉆玄武巖和底礫巖的三牙輪鉆頭（HJT617GH），但因地層研磨性強，效果不理想，出井鉆頭磨損嚴重，使用時間較短，崩齒嚴

28、重。具體情況如下表3-1：表3-1 南堡NP2-11井鉆頭使用情況尺寸mm型號使用井段m地層巖石機械鉆速m/h使用描述215.9HJT617GH33503526底礫巖3.84外排齒和保徑齒磨禿，軸承完好，巴掌磨損為212mm215.9HJT617GH35263568底礫巖2.41牙輪松動，牙齒磨光215.9P55135683575底礫巖1.30五刀翼全部磨掉，鉆頭完全損壞215.9HJ517G35753609底礫巖3.71牙輪崩齒較多，1#2#各7個，3#5個，巴掌205mm，保徑208mm，各磨損2mm，軸承完好3.1.3 南堡1-4井南堡1-4井，完鉆井深3956米，屬于直日井，該井井身結(jié)

29、構(gòu)特殊（660.4mmbit*296.25m+444.5mmbit*2411m+311.1mmbit*3956m），在二開在井深19902411米井段地層巖性較雜，其地層中部為厚層灰黑色玄武巖和玄武質(zhì)泥巖，下部為玄武質(zhì)泥巖、灰色泥巖、玄武巖夾雜色砂礫巖，底部以淺灰色含礫不等粒砂巖為主。444.5mm鉆頭鉆穿此地層還屬首次，既要保證井身質(zhì)量又要保證安全鉆井，其難度是相當大的。而在三開井深3145米以后，灰黑色玄武巖、灰色凝灰?guī)r、玄武質(zhì)泥巖交替出現(xiàn)，對于鉆頭使用、井眼穩(wěn)定防塌防漏方面上提高了施工標準和難度，鉆頭消耗較大，磨損嚴重。具體情況見下表3-2：表3-2 南堡NP1-4井鉆頭使用情況尺寸mm

30、型號使用井段m地層巖石機械鉆速m/h使用描述444.5GA515G13441963玄武巖6.6外排齒磨損嚴重，兩顆牙齒崩落444.5GA515G19631996玄武質(zhì)巖0.47五顆牙齒崩落，牙齒磨光444.5GA515G20022268玄武巖1.95牙齒崩落七顆，牙齒磨損嚴重444.5GA515G22682411底礫巖2.21牙齒崩落五顆311.1HJ517G31453282玄武巖凝灰?guī)r1.69一級磨損，2#牙輪和3#牙輪軸承間隙磨損松動311.1HJ517G32823385玄武質(zhì)泥巖1.971#牙輪2個牙齒崩落，2#牙輪6個牙齒崩落，3#牙輪4個牙齒崩落311.1HJ517G33853455

31、玄武巖0.751#牙輪2個牙齒崩落，2#牙輪6個牙齒崩落，3#牙輪4個牙齒崩落311.1HJ517G34553567玄武巖凝灰?guī)r1.44外排齒稍有磨損，鉆頭掌背磨損1.5mm,3#軸承略有松動，軸承密封縫隙較大。3.1.4 南堡5-6南堡5-6井設(shè)計井深4600米，屬于直井，從設(shè)計上來看，在館陶組下部和底部鉆遇玄武巖和底礫巖，沙一段頂部、沙二段和沙三段頂部鉆遇玄武巖，井他已鉆穿館陶組的玄武巖和底礫巖，并使用了冀東油田甲方提供的DBS型鉆頭，但此類鉆頭對于泥巖和底礫巖來說不適合使用，泥巖鉆進機械鉆速極低，底礫巖鉆進則磨損嚴重，進尺較短（10米礫巖），故此我們還是使用三牙輪鉆頭鉆穿礫巖，使用情況如

32、下表3-3： 表3-3 南堡5-6鉆頭使用情況尺寸mm型號使用井段m地層巖石機械鉆速m/h使用描述311.1FM2653220612215玄武巖底礫巖256金剛石復合片崩掉7個，斷齒18個，其它復合片磨損為2級311.1LHJ537SP22152356玄武巖200外排齒80%崩掉，牙齒二級磨損 第二節(jié)，鄰井鉆頭使用情況鉆頭選型時，考慮鄰井已完井的上交資料，查看相應的館陶組底礫巖和玄武巖和沙河街組巖層鉆頭使用情況，如有不同，對比其使用的鉆頭的機械鉆速，機械鉆速快的則應在同等經(jīng)濟成本條件下優(yōu)先考慮換用。本次對照的鄰井有高尚堡區(qū)塊的高17-2井、高17-19井和南堡區(qū)塊南堡118X-2井。3.2.1

33、高17-2井 一、高17-2井簡要情況 構(gòu)造名稱：高尚堡 井型：定向井 井別：開發(fā)井 地理位置：河北唐?？h高尚堡油田高尚堡作業(yè)區(qū)工業(yè)基礎(chǔ)約1km 構(gòu)選集團：南堡凹陷高尚堡深層南區(qū)高7斷塊高17井區(qū)。 鉆井目的：更新套變水井高新17-2井，完善注采開發(fā)井網(wǎng)，提高水驅(qū)儲量控制程度和動用程度。二、鉆頭記錄 表3-4 高17-2井鉆頭記錄序號尺寸mm類型生產(chǎn)廠家出廠編號鉆進井段所鉆地層進尺m機械鉆速m/h備注自m至m出現(xiàn)情況0444.5SKW121江漢084160.00800.00明化鎮(zhèn)800.0040.001311.2GA114江漢0705800.00839.00明化鎮(zhèn)39.0035.452311.

34、2FMP-5正益316839.001740.00明化鎮(zhèn)901.0018.643311.2HJT517G江漢036321740.002165.78館陶425.7810.824311.2HJT517G江漢060832165.782282.81東營117.037.845215.9HJ517G江漢279962282.812427.92東營145.115.966215.9MD9535大港91462427.922430.09東營2.170.407215.9S5565A宜昌神達91612430.093415.95沙三985.8611.786-2215.9MD9535大港91463415.953908.00沙

35、三492.056.01由上表數(shù)據(jù)可看出該井在鉆館陶組的玄武巖底礫巖時用的是江漢石油鉆頭廠的HJ517G三牙輪鉆頭。而在鉆沙河街組的底礫巖時用的是大港出的MD9535鉆頭，該鉆頭機械鉆速為6.01m/h，在此深度比之前用的HJ517G效率要好點。3.2.2 高17-19井一、高17-19井簡要情況構(gòu)造名稱：高尚堡 井型：定向井 井別：采油井 地理位置：河北唐?？h高尚堡油田高尚堡作業(yè)區(qū)工業(yè)基礎(chǔ)約1km 構(gòu)選集團：南堡凹陷高尚堡深層南區(qū)高7斷塊高17井區(qū)。 鉆井目的：完善高7斷塊注采開發(fā)井網(wǎng)，提高水驅(qū)儲量控制程度和動用程度，挖掘剩余油潛力。 二、鉆頭記錄 表3-5 高17-19井鉆頭使用情況序號尺寸

36、mm類型生產(chǎn)廠家出廠編號鉆進井段所鉆地層進尺m機械鉆速m/h備注自m至m出現(xiàn)情況1444.5skw121上海054130.00254.00平原254.0040.642311.2FMP-5正益316254.001563.00明化鎮(zhèn)1309.0029.083311.2HJ517G江漢084311563.002050.00館陶487.009.444215.9B535EK北油新星080185402050.002141.71東營91.717.015215.9MD9535大港中成91812141.712431.91東營290.2014.886215.9MD9535ZC大港中成96892431.913599

37、.95沙河街1168.047.637215.9MD9535大港中成91833599.953987.00沙河街387.056.79由上表數(shù)據(jù)可看出該井在鉆館陶組的玄武巖底礫巖時也用的是江漢石油鉆頭廠的HJ517G三牙輪鉆頭。而在鉆沙河街組的底礫巖時均用的是大港出的MD9535鉆頭，該鉆頭機械鉆速為4.79m/h7.63m/h，同樣在此深度比之前用的HJ517G效率要好點。3.2.3 南堡118-X2井一、南堡118-X2井簡要情況構(gòu)造名稱：南堡 井型：定向井 井別：注水井 地理位置：河北省唐山市南堡開發(fā)區(qū)南堡鄉(xiāng)西偏南約5.4km，南堡油田1-4平臺。 構(gòu)選集團：南堡1號構(gòu)造1-1區(qū)構(gòu)造高部位。鉆

38、井目的：為南堡1號構(gòu)造南堡1-1區(qū)Ng油藏補充能量。二、鉆頭記錄 表3-6 南堡118-X2井鉆頭使用情況序號尺寸mm類型生產(chǎn)廠家出廠編號鉆進井段所鉆地層進尺m機械鉆速m/h備注自m至m出現(xiàn)情況 1444.5GA134江漢09551763.00明化鎮(zhèn)763.0028.79無斷齒2444.5SKW121江漢12111763.001352.00明化鎮(zhèn)589.007.50無斷齒3241.3HAT127江漢322191352.001432.72明化鎮(zhèn)80.723.64無斷齒4241.3S5665A湖北宜昌SD071471432.722192.00明化鎮(zhèn)759.2815.03無斷齒5241.3HJT51

39、7G江漢301862192.002425.00館陶233.002.67斷兩齒6241.3HJT517G江漢301652425.002641.00館陶216.003.02無斷齒7241.3HAT127江漢322911520.001520.00館陶無斷齒舊241.3S5665A湖北宜昌SD071471520.002230.00明化鎮(zhèn)710.0011.26無斷齒8241.3LHJ517G立林095972230.002540.00館陶310.004.83無斷齒外徑有明顯磨損9241.3HJT517G江漢341052606.002708.00館陶102.003.09斷齒20顆10241.3LHJ517G

40、立林3003572540.002606.00館陶66.004.12牙齒大部分錛掉 由上表數(shù)據(jù)可以看出，在井深2192m2641m，該段館陶組玄武巖底礫巖地層，井隊使用的是江漢石油鉆頭廠生產(chǎn)的HJT517J型鉆頭，機械鉆速平均在4m/h左右。進尺較慢。 第三節(jié) 井隊現(xiàn)場施工經(jīng)驗總結(jié)根據(jù)井隊現(xiàn)有的施工情況，及對照現(xiàn)場井隊技術(shù)總結(jié)資料，總結(jié)出在玄武巖、礫巖地層的具體施工做法：3.3.1 鉆頭方面在外頭方面，井隊目前所能做的就是把現(xiàn)場的鉆頭使用情況總結(jié)，選型方面在經(jīng)濟成本許可下盡量使用偏硬的鉆頭。并要保證單只鉆頭鉆穿玄武巖段和礫巖段，避免因中途換鉆頭而在玄武巖及礫巖段開泵循環(huán)，這樣會導致井下復雜。3.

41、3.2 操作方面從操作上嚴格操作，鉆玄武巖時，司鉆要采取“打一退二”的方式保證井下安全，在井下正常的情況下每鉆進半個單根劃眼一次，確保井下安全；在起鉆和下鉆時，按要求灌好泥漿，加強座崗，觀察出口流量，保證井內(nèi)的泥漿液面，控制好起鉆速度，做好防漏、塌的預防工作。3.3.3 泥漿方面合理采用防塌鉆井液體系，根據(jù)鉆進的實際情況，及時調(diào)整鉆井液密度，保證液柱壓力對井壁的支撐力，形成物理防塌，并細化操作管理，防止工程因素引起井壁失穩(wěn)；控制高溫失水和泥漿粘度，增加泥漿的造壁能力，有效避免了玄武巖地層吸水膨脹后發(fā)生坍塌。3.3.4 鉆具結(jié)構(gòu)方面進入玄武巖地層前，及時簡化鉆具結(jié)構(gòu)，在保證井身質(zhì)量的情況下，降低

42、施工風險，在滿足攜砂的情況下降低循環(huán)排量、嚴格控制開泵操作等技術(shù)措施，有效避免了井漏的發(fā)生。此上做法基本能保證井下安全，但還是存在著很大的風險，尤其是在鉆頭使用上，因地層研磨性強，蹩跳鉆比較厲害，故鉆頭使用壽命大大降低，隨時會出現(xiàn)掉牙輪現(xiàn)象的發(fā)生，并對鉆具的疲勞破壞存在很大的影響，造成井下事故，而且因其堅硬難鉆，機械鉆速降低，影響了鉆井周期，至今還沒有一套好的辦法來解決此問題。 第四章 鉆頭選型分析基于上述地質(zhì)巖層資料和現(xiàn)場鉆頭使用資料，對其作進一步的理論分析，一般的鉆頭選型方法，及現(xiàn)場經(jīng)常用的鉆頭系列，江漢石油鉆頭廠和大港中成鉆頭廠鉆頭系列說明，再對冀東油田區(qū)塊底礫巖玄武巖層已使用的鉆頭分析

43、，結(jié)合前有的資料，最后得出最優(yōu)的鉆頭選型。 第一節(jié) 鉆頭選型方法簡介正確的選擇鉆頭，一方面要對現(xiàn)有鉆頭的工作原理與結(jié)構(gòu)特點了解清楚，另一方面還應對所鉆地層物理機械性能有充分認識。鉆頭特性與地層特性的合理匹配是鉆頭選擇的基本出發(fā)點。4.1.1 鉆頭選型考慮的因素 一般來說，一口井的鉆井設(shè)計時，要考慮的因素有很多，除其基本點鉆頭特性與地層特性外的合理匹配外，還有測井、錄井、泥漿性能、經(jīng)濟評價等方面的因素，總結(jié)如下： （一）地層巖性可鉆性和研磨（二）電測資料伽瑪和聲波（三）泥漿綜合錄井（四）鄰井鉆頭記錄（五）井身結(jié)構(gòu)（六）鉆具組合（七）鉆井液性能（八）對鉆頭的期望值鉆速，進尺（九）經(jīng)濟評價一、地層巖

44、性方面的研磨性和可鉆性前面第二章已詳細闡述。二、電測資料方面與鉆頭選取之間的關(guān)系測井資料主要是指伽瑪測井和聲波測井方面的資料用于求得地層的巖性，測井綜合解釋為巖石的抗壓強度，根據(jù)抗壓強度，進一步設(shè)計鉆頭的各種參數(shù)，以獲得最優(yōu)的鉆頭來匹配相應的地層。此關(guān)系用下圖4-1表示：伽瑪聲波地層抗壓強度1 鉆頭切削結(jié)構(gòu)2 鉆頭布齒密度3 切削齒抗沖擊4 切削齒耐磨性5 保徑要求6 軸承，密封7 水力要求確定鉆頭型號 圖4-1 電測資料與鉆頭選型關(guān)系實際應用中，測井資料也可對地層的巖性評價，從而確定其的研磨性和可鉆性。從上圖就可清晰地看出測井與鉆頭選擇型的關(guān)系，可見測井資料在鉆井工作中也是很重要的。三、泥漿

45、綜合錄井 泥漿綜合錄井指在鉆進過程中對各種參數(shù)的記錄，對即時調(diào)整井的施工有十分明顯的作用，根據(jù)各種參數(shù)也可即時檢測鉆頭的效用。它包括以下幾方面：鉆井參數(shù)鉆壓，轉(zhuǎn)速，泵壓，排量，扭矩；機械鉆速每米鉆時；巖屑錄井巖性；泥漿錄井地層流體成分；氣測化學成分錄井；隨鉆曲線作業(yè)動態(tài)。四、鄰井鉆頭記錄相鄰井所用鉆頭記錄，對新井鉆頭選型有著一定的參考作用，新井可以根據(jù)鄰井相應地層所用過的鉆頭的優(yōu)劣，以篩選和進一步的研究試用，不斷的得出最優(yōu)的選擇型。所考慮的因素如下： 鉆頭類型型號；所鉆地層地層巖性；鉆井參數(shù)參數(shù)敏感性；機械鉆速快慢，是否適應地層；磨損分級磨損嚴重程度；磨損特征主要磨損特征；起鉆原因五、井身結(jié)構(gòu)

46、（一） 井段深度井淺，地層疏松，攻擊性強鉆頭；井深，地層致密，壽命長鉆頭（二） 井斜角大小直井，根據(jù)要求；定向井，保徑好，壽命長；水平井，保徑好，壽命長六、鉆具組合滿眼鉆具組合直井，牙輪，；斜井，牙輪光鉆鋌鉆具組合牙輪，鐘擺鉆具組合牙輪，直馬達，牙輪彎殼體馬達，牙輪；旋轉(zhuǎn)導向鉆具組合七、鉆井液性能 水基泥漿密度密度低，井淺，易鉆；密度高，井深，地層致密，難鉆粘度粘度低，易清洗；粘度高，易泥包油基泥漿密度密度低，且不易泥包八、對鉆頭的期望值鉆速，進尺 使用一個好的鉆頭，它好在哪方面，也就是它必須按照設(shè)計者的愿望獲得效用。進行鉆頭選型時也對其的期望值進行分析，主要求在于分析三方面：鉆頭使用的目的、

47、機械鉆速和鉆頭進尺。九、經(jīng)濟評價經(jīng)濟效益是衡量各種產(chǎn)品價值主要標準，好是選擇產(chǎn)品類型與合理使用的主要指標，為此，對于鉆頭的選型與合理使用應按每米成本最低來考慮。目前常用每米成本計算公式為： 式中Ct每米成本，元/m； CB鉆頭成本，元； Cr鉆機運轉(zhuǎn)費用，元/h； tt起下鉆及接單根時間，h； t鉆頭工作時間，h； Hb鉆頭進尺，m；4.1.2 通用兩種鉆頭選型方法簡介施工現(xiàn)場通用的兩種方法簡介，目前國內(nèi)鉆井技術(shù)領(lǐng)域應用的鉆頭選型方法大致分為兩種：基于地層可鉆性級值的等概鉆頭選型方法和基于鉆頭資料統(tǒng)計分析的經(jīng)驗鉆頭選型方法。一、等概鉆頭選型方法該方法基于“地層因素”提出和建立，由目前我國石油行

48、業(yè)內(nèi)部行之有效的利用巖石可鉆性選擇鉆頭類型的方法提煉總結(jié)而得。其技術(shù)路線為：1. 按地層剖面選擇代表性地層巖樣進行巖石可鉆性測定2. 應用數(shù)理統(tǒng)計方法對獲取的巖石可鉆性數(shù)據(jù)進行統(tǒng) 分析，獲取地層整體的量化信息，并確定出各地質(zhì)層段的地層可鉆性代表值 均值K 和標準誤差S；3. 選取各地質(zhì)層段地層可鉆性級值的均值K和標準誤差S，根據(jù)國內(nèi)自主研發(fā)、由地層可鉆性級值界定區(qū)間的IDAC編碼鉆頭選型對照表，合理選出適應各地質(zhì)層段的鉆頭類型。 該方法利用能真正表征巖石破碎綜合性質(zhì)、確切和定量反映地層抗鉆程度的巖石可鉆性級值，選擇與地層配伍且適用性強的鉆頭類型，其優(yōu)點是科學、簡便易行。二、經(jīng)驗鉆頭選型方法該方

49、法俗稱現(xiàn)場鉆井資料選型法，其提出和應用始于鉆井工干旱的初始階段，經(jīng)過不斷完善、逐步形成為一套行之有效的實用方法，一直應用至今。其技術(shù)路線為：以現(xiàn)場實鉆資料為基礎(chǔ)，通過統(tǒng)計分析待鉆井所在地區(qū)大量的鄰井實鉆資料，在相同地區(qū)、相同地質(zhì)層段、相同井深條件下，按照鉆頭平均進尺多 平均機械鉆速較高的理念選擇和使用鉆頭，具有簡單實用、在相同地區(qū)和相同地質(zhì)層段適用性強的優(yōu)點。第二節(jié) 現(xiàn)場已使用的鉆頭分析根據(jù)以上井隊鉆頭使用情況，在鉆遇館陶組的玄武巖底礫巖地層時，主要施工工藝是由原來的PDC鉆頭換成三牙輪HJ517G鉆頭，然后在再等鉆頭磨損的差不多了，再提鉆，更換PDC鉆頭，等再次鉆遇沙河街組的底礫巖時，井隊有

50、兩種方案，再次換HJ517鉆頭或LHJ517G鉆頭，或者換MD系列鉆頭。在此區(qū)塊，其它井隊共試用的鉆頭還包括P277M六翼PDC、HAT127、84KM226 PDC鉆頭，但其效果都不是很理想。4.2.1 鉆頭系列先介紹下各廠家鉆頭系列代號，再分別對單個鉆頭與對應的巖層作分析，下表4-1表示江漢石油鉆頭廠的系列代號。 表4-1 江鉆系列代號表序號軸承及密封主要結(jié)構(gòu)特征標準系列特殊系列T(特別保徑)S(大井底覆蓋)1滑動軸承橡膠密封HAHATHAS2滑動軸承金屬密封HJHJTHJS3浮動軸承橡膠密封FAFATFAS4浮動軸承金屬密封FJFJTFJS一、HA系列三牙輪鉆頭使用參數(shù)及適用地層 表4-2 HA系列鉆頭鉆頭型號正常鉆壓(千牛/毫米)轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)適用地層HA126HA1270.35-1.0070-150低抗壓強度、高可鉆性軟地層、頁巖、粘土、鹽巖、軟石灰?guī)r等HA4370.35-0.9560-140低抗壓強度、高可鉆性軟地層、頁巖、粘土、砂巖、礫巖