23、大庆钻井二公司]庆深气田钻头类型与钻井参数优选研究

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1、第六届全国石油钻井院所长会议论文集庆深气田钻头类型与钻井参数优选研究申学义孙永华申衡（黑龙江大庆石油管理局钻井二公司，大庆石油管理局钻井工程技术研究院）【摘要】钻井参数的优选是用最优化理论来分析和处理钻井中的数据和资料，从而获得最佳钻井工艺技术的重要依据，它可使钻井进程保持在最优的经济状态下达到预测指标。本文着重分析了庆深气田的地质概况，以部分已钻井的钻头参数和其它钻井参数之间的关系为基础来建立钻速方程，利用钻速模式求出了下部三个层段的地层可钻性级值，并对其中参数进行回归求解。结合该地区可钻性级值高、地层研磨性强、

2、井底温度高等影响钻速的难点和部分已钻井的钻压、转数、水功率、机械钻速的影响规律进行了探讨，并对该地区深井钻井所遇到的问题提出了一些建议。【关键词】庆深气田优选钻井参数钻头类型研究按照中国石油天然气集团公司要求大庆建设“百年油田”和“加快天然气勘探开发步伐，提高深层天然气的转化率，以气补油，油气并重”的指示精神，探索适合庆深气田的钻井完井技术已成为一项重要的课题。由于钻井过程中遇到的难题严重影响了勘探开发的进程，体现出钻井工程的难点和复杂性，其主要表现在：（1）目的层埋藏深，设计井深一般在4000～5000m，地层复

3、杂，目的层为火成岩。（2）深部地层岩石可钻性级值高、地层硬、研磨性强。深部地层可钻性级值最高达10.38级，硬度高达5000MPa，并且含有大段砾石层。致使机械钻速很低，钻头磨损严重。4000m左右深井全井钻进周期需要150d左右。（3）深部地层岩性不均质，同一岩性结构特别复杂。钻井过程中，常有剥落坍塌的砾石块，致使钻头先期损坏。在营城组流纹岩、角砾岩、凝灰岩地层，钻头平均进尺仅为24～60m，造成频繁起下钻。（4）井底温度高。平均地温梯度4.1℃/100m，4000～5500m的井深，井底温度160～220℃之间

4、，给钻井施工带来了很多问题。以上这些问题对庆深气田深层天然气钻井的提速和油气层保护都提出了严峻挑战。为此，能否解决钻头类型与钻井参数的优选这个钻井难题也关系到大庆油田勘探部署的完成和勘探开发的总体效益。1钻速方程的建立与钻头选型1.1方程的建立根据钻压对机械钻速的影响规律，选择钻压时首先要考虑地层对钻压的敏感性程度来进行优选。钻压对机械钻速的影响由阿姆科模式得知，其关系式为：V=K1Wd（1）图1钻压敏感性相互关系147第六届全国石油钻井院所长会议论文集式中：V——机械钻速m/h；K1——因次；W——钻压，kN；

5、D——钻压敏感性指数，无因次。利用庆深气田部分已钻井的资料进行回归计算，所得到的相互关系由图1所示。由图中可以看出，泉头组V=0.14W0.86；登娄库组V=0.83W0.28；营城组V=0.91W0.25。利用回归算法可得出转速敏感性和水力敏感性相互关系，转速敏感性由图2可以看出，泉头组V=0.205N0.7；登娄库组V=0.19N0.67；营城组V=0.203N0.64。水力敏感性由图3可以看出，泉头组V=0.82Nd0.33；登娄库组V=0.83Nd0.28；营城组0.91Nd0.25。图2转速敏感性相互关系

6、图3水力敏感性相互关系1.2钻速的预测根据通用钻速方程的形式为:（2）式中：V——机械钻速m/h；W——比钻压t/cm2；N——转速rpm；HEI——有效钻头比水功率kW/cm2；MW——钻井液密度g/cm3；Kd——地层可钻性级值，无因次；钻压指数——A=0.5366＋0.1993Kd；转速指数——B=0.9250～0.0375Kd；地层水力指数——C=0.7011～0.05682Kd；钻井液密度差系数——D=0.97673Kd～7.2703。钻速方程所有的参数除地层可钻性级值Kd外，其余均为实钻参数。因此通过处

7、理实钻参数来求取地层可钻性级值是可行的。如果实钻参数记录比较准确，求出的Kd值也必然接近实际，对通用钻速方程经数学变换得：（3）由式（3）可得，只要知道钻压、转数、泥浆密度、比水功率和与之相对应的钻速，就可以求出可钻性级值。以徐深7井为例，可钻性级值由表1所式。147第六届全国石油钻井院所长会议论文集表1钻速m/h比钻压t/cm转数rpm密度g/cm3比水功率kW/cm2可钻性级值无因次1.750.036831901.260.0612.5556970.90.036831651.250.0613.3354080.52

8、0.036831651.270.0614.0586292.560.046459650.90.3156.5541341.740.046459650.90.3156.961961结合上面的数据，可求出可钻性级值Kd，利用钻压指数、转速指数、地层水力指数、钻井液密度差系数与Kd的函数关系，求出系数后对钻速进行预测。我们可以把平均井深和平均Kd值进行回归处理，即可建