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专科毕业设计（论文）题目山前构造钻头优选技术学生姓名陈玉超学号教学院系成人教育与网络学院专业年级指导老师职称单位完成日期年月日 SouthwestPetroleumUniversityAdulteducationacademyGraduationThesisTheBitOptimizationTechnologyforPiedmontAreaGrade:2005Name:ChenYuchaoSpeciality:PetroleumEngineeringInstructor:XiongJiyouAdultEducationandNetworkAcademy2009-10 摘要山前构造带钻井是目前钻井的一大难题之一，在山前构造带高效、快速钻井需要充分分析山前构造带的复杂地质情况、钻井事故和复杂问题。本文从选优选钻头的角度找出适合塔里木山前构造带的钻头序列，为提高机械钻速提供技术支持。本文首先从山前构造的地层和岩性特征入手，讲述了山前构造的概念、山前构造带的钻井主要难题以及出现这些问题的原因，并用实例简要分析了其岩性变化。其次从钻头的基本特性和适应性出发，分析了常见牙轮钻头和PDC钻头的基本原理和适应地层，且针对塔里木山前构造地区阐述了该区PDC钻头的使用现状。再次本文通过四种不同的优选钻头方法，分别论述了每种方法的原理并利用各种方法优选出了适合塔里木山前构造带（库车凹陷乌什地区）的钻头序列。利用钻速方程优选钻头时，通过对该地区依拉2井的钻井井史资料的分析，并结合钻井工作参数求取岩石可钻性参数，优选出钻头序列。采用测井资料优选钻头时，利用了目前发展迅速的测井技术和越来越能准确反映地层岩石信息的测井资料，计算出岩石力学参数，然后使用这些参数并结合钻头自身适应性优选出钻头序列。运用微钻法优选钻头时，采用地层岩石取芯资料，在实验室内获得岩石力学参数，结合钻头自身适应性优选出合适的钻头序列。在利用经验法优选钻头时，充分结合该构造地区邻井资料钻头使用效果和现状，通过参数比对优选出同类地层下使用效果好的钻头序列。综合法优选钻头就是综合采取上面四种方法，然后去除各自优选钻头的缺点，得出适合塔里木山前构造带（乌什地区）的最优钻头序列。山前构造钻头优选技术能充分提高机械钻速，达到忧快钻井的目的，可以指导山前构造地区钻井工作。关键字：山前构造；优选钻头；钻速方程；测井；微钻法；钻头序列I AbstractNowadays,itisoneofthedifficultproblemsfordrillinginthepiedmontarea.Itisnecessaryforanalyzingcomplexgeology,drillingfailureandcomplicatontoachievehigh-efficiencyandhigh-ratedrillinginthepiedmontarea.ThispaperfindsoutthebitsseriessuitableforTariumpiedmontareaaccordingtothedrillbitoptimazationastoraisepenetrationrate.Frist,Itdiscoverstheconceptofthepiedmontarea,themaindrillingdifficultiesandthereasonsfortheseproblemsinthisarticlefromthepiedmontstratumandlithologiccharacter.Italsobriefsthechangesoflithologiccharacterbythesimpleexample.SecondlyItanalyzetheprincipleofrollerbitsandPDCbitsfromthepropertyandsuitabilityofbits.Itillustratesthequo-statusofusingPDCbitsintheTarimpiedmontarea.Onceagain,thearticleclearsoutfourdifferentwaysaboutselectingbitswiththeirprinciplesandsuitabilityandchoosesthesuitablesequenceofbitsfortheTarimpiedmontarea(theWuShiareaofkuqasag).Whenusingtheequationofdrillingratetoselectbits,Itutilizethewellhistorydatafinthisarea(theYiLasecondwell)toseekdrillabilitiesbyusingrunningparameters.Atlastitchoosesthesequenceofbitsbytheseformationdrillabilityparameters.Whenusingtheinformationofwellloggingtoselectbits,selectbythecurrentrapiddevelopmentinloggingtechnologyandincreasinglyaccurateinformationshowingrockstrataloggingdatatocalculatetheparametersofrockmechanics,andthenusetheseparametersself-adaptivecombinationofselecteddrillbitsequence.Whenusingmicro-drillingelectiontoselectbits,userockcoreinformationandobtaininthelaboratoryofrockmechanicsparameters,Atlastselectthesequenceofbitsbytheirbitsuitability.WhenselectbitsbyExperience,Itanalyzessituationofbitsandtheinthisareaandfindgoodbitsinthesametapeofinformation.Synthesismethodisacombinationofdrillingelectionthatisfourmethods,andthenremovetheshortcomingsoftheirelectionstoaquiretheoptimumsequenceofbits.Theoptimizationtechniquesforpiedmontarearaisesthepenetrationratetoachieveoptimalandhighdrillingpenetration,itcanguidethedrillingprocessinthepiedmontarea.Keywords:piedmontarea;bitselection;drillingspeedequation;logging;micro-drillingmethod;thesequenceofbitsII 目录1绪论11.1目的与意义11.2国内外研究现状21.3本文研究内容31.4研究思路42山前构造分析52.1山前构造钻井的现状分析52.2山前构造岩性特征分析83山前构造钻头的适应性113.1PDC钻头适应性分析113.1.1PDC钻头类别113.1.2塔里木山前构造PDC钻头使用现状123.2牙轮钻头的适应性分析143.3刮刀钻头及其他钻头适应性分析164钻头序列优选174.1利用钻速方程优选钻头序列174.2利用测井资料获取岩石力学参数优选钻头序列254.2.1声波测井原理264.2.2地层、岩石相关参数的计算274.2.3利用测井资料优选钻头304.3利用微钻法获取岩石力学参数优选钻头序列324.3.1岩石硬度和塑性系数324.3.2岩石的单轴抗压强度334.3.3岩石抗剪强度334.3.4岩石的可钻性344.3.5微钻法优选钻头344.4邻井参数比对法优选钻头序列38I 5综合法优选钻头序列425.1各种优选钻头方法评价425.2综合法优选钻头序列43结论46建议47致谢48参考文献49I山前构造钻头优选技术51 山前构造钻头优选技术1绪论要采出地下油气，就必须在地面和地下之间建立油气通道。这就需要通过钻井，才能实现这一目标，目前，钻井方法主要是用机械方法破碎岩石，而钻井作业的实施是通过钻头直接破碎地层岩石而得以实现的，降低钻井成本最直接、有效的措施就是提高钻头进尺、加快钻井速度，通过合理的优选钻头类型，提高钻头本身的性能是实现这一目标的有效途径。目前常见的钻头类型有刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头，其次还有其他特殊用途的钻头，如：取芯钻头、双心钻头、单牙轮钻头等。目前，在常规的钻进中，牙轮钻头和金刚石钻头起着最主要的钻进作用。这儿我们主要研究牙轮钻头、金刚石钻头，其金刚石钻头按其切削元件可分成四种基本类型，PDC钻头及大复合片钻头——聚晶金刚石复合片、巴拉斯钻头——热稳定聚晶块、马赛克钻头——马赛克切削块、天然金刚石钻头——天然金刚石。其中PDC钻头是最近几年发展最快的钻头，它在提高机械钻速发挥着很大的作用。钻头的选型方法常可分为两大类：一是从岩石的力学性能入手，寻求与岩石的力学性能匹配的钻头。二是从某地区已经获得钻头资料入手，分地层对钻头的使用情况进行评价，从评价的结果中找出适合该地区该地层的钻头。这种从两个不同的方面来考虑钻头选型的方法,长期以来得到了广大钻井工作者的认同,而且基本上能选出合适的钻头序列。1.1目的与意义目前，塔里木是我国油气勘探、开发的重点区域，其库车地区和塔西南地区是其主要的产油气区之一。加快这些地区的油气勘探、开发速度，对于整个国民经济的发展具有很大的推动作用。在石油与天然气的勘探、开发中，却经常遇到很多复杂地层。其山前构造就是其中的一种，由于其地层软硬交错、变化频繁，地层各向异性、地层倾角大，一般的钻头很难适应其变化，也很难达到最优钻进且各种钻头也有各自的使用范围，其使用也受到限制。导致其防斜与提高机械钻速之间存在难以调和的矛盾。51 山前构造钻头优选技术近年来，塔里木勘探区域由台盆区逐渐向山前构造带转移，塔里木油田山前构造带主要是库车地区和塔西南地区,山前构造与盆地比较，地质条件更加复杂，钻井存在很大差异。在山前构造深井钻井经常要遇到井斜、井漏、井壁失稳、卡钻、蹩跳钻、钻具磨损等问题，其中尤以井斜问题最为严重。造成钻井速度慢、周期长、成本高，导致其钻井速度低于探区平均水平。这严重制约着其油气勘探的发展。在山前地区钻井急需解决的难点有三个：一是井斜的控制；二是提高钻井速度，三是复杂地层条件下堵漏问题。这儿我们重点关注防斜、钻速问题，为了解决这问题，就要求我们在现有的钻头序列下，通过钻头评价和结合山前构造地层岩性特征，优选山前构造带钻头、找到一种适合山前构造的钻头序列。或者开发适合这种地层的新钻头序列。或用垂直钻井系统（如：Power-V、AutoTrak)来打直、打快，但这种系统国内的技术还不成熟，只能租用国外公司的，其价格昂贵，目前只针对前种方法进行讨论。1.2国内外研究现状长期以来国内外钻井工作者，一直在不断地对这种地层进行着钻头选型的研究工作.目前，国内外在优选钻头问题上，主要是从先测试出地层的各项参数再结合厂家对自己钻头的推荐和钻头使用经验选出最优钻头。其中对地层参数的测量要求能真实反映地层信息，如用地震、微钻法、利用钻速方程反求、测井资料来求取地层的可钻性、抗压强度、岩性等。其中测井是最近几年迅速发展起来的一种新方法，其测量精度越来越高，能反映出的地层信息也越来越多。如常用的声波时差法包括直接利用测井资料计算、岩屑声波时差法、岩屑硬度法等。山前构造还有一个复杂问题就是井斜。由于山前构造往往处在断裂带上，其内的岩石相对容易破碎，存在可钻性的差异，当钻头从软地层进入硬地层时，在一侧先遇到硬地层，钻头工作刃阻力大、吃入少、钻速慢；而另一侧还在软地层，钻头工作刃阻力小、吃入多、钻速快。因此，钻进将沿着地层上倾方向发展。当钻头从硬地层进入软地层时，开始由于一侧地层软，钻头工作刃阻力小、吃入多，钻速快；而另一侧还在硬地层，钻头工作刃阻力大、吃入少，钻速慢，井眼有向地层下倾方向倾斜的趋势。当钻头快要钻出硬地层时，迫使钻头仍回到地层上倾方向钻进，而且往往在界面处形成狗腿，甚至在较短的井段内，即达到较大的井斜角，出现井斜，山前构造带地层倾角一般比较大，各向异性强、易发生井斜。在剧烈的构造活动中留下可钻性差的大颗粒岩石，钻进过程中易发生跳钻现象，钻进参数不稳，从而发生井斜，严重降低机械钻速。51 山前构造钻头优选技术塔里木盆地山前构造带是国内钻探难度较大,难题较集中的地区之一。该地区地质条件极为复杂,上部为高陡地层,下部为多套高压盐水层、复合盐层、漏失层、坍塌层及高压气层,地层压力系数高。由于地应力大,裂缝发育,采用高密度钻井液钻遇盐岩、盐膏层、易塌页岩、大倾角易破碎地层时,极易发生井漏和井下出盐水,造成漏、塌、斜、涌、卡钻等复杂情况,严重时解卡无效只能被迫采用侧钻,严重制约了钻井生产速度的提高。塔里木针对选钻问题主要是从两方面一起入手，一是结合其邻井钻遇资料和工作经验来优选钻头；二是通过实验、测试分析获取地层参数优选钻头。塔里木目前面对山前构造的难点常是：(1)山前复杂地层岩性变化快、软硬交错频繁，现有的钻头系列无法满足复杂多变的地层变化,导致钻头选型准确程度不高。(2)大部分井段岩性抗压强度属中到硬,钻头切削齿吃入困难。(3)不同构造间地层可钻性差异大,钻头选择借鉴性不强。(4)山前构造带普遍存在高压气层、复合盐层、大段煤系层等复杂地层,加之地应力高,钻井过程中使用的钻井液密度均较高,井底不可避免地产生较强的压持效应,造成岩屑重复切削,影响了机械钻速的提高。(5)地层各向异性,倾角大,防斜与提高钻速之间存在难以调和的矛盾,同样也制约了钻头功效的发挥,使钻井速度受到影响。1.3本文研究内容（1）分析塔里木山前构造（库车地区）的地层、岩性特征从宏观上分析岩性总的变化趋势，以及针对一个具体地区的某几口井进行地层岩性分析，进一步了解其岩性变化快、地层复杂。（2）分析钻头适应性现场常用的钻头常是牙轮钻头、金刚石钻头，他们是目前钻井工作中发展最快和最成熟的钻头类型。而且已经形成了一整套序列并适应不同地层的钻头，为了达到最优钻进目的，它们各自也有其最优使用条件。（3）分析常用优选钻头方法常规优选钻头是通过对地层参数的分析、结合经验并根据厂家提供的钻头使用条件进行优选钻头。分析部分方法求取地层参数的原理，算出其可钻性值。（4）优选钻头序列由于用每种方法求取的地层参数值不一致，而且其测量精度也不同，结果使每种方法在优选钻头时，所选出的钻头序列有所不同。即使这些方法能很好的确定地层可钻性、岩性、地层其它参数，但往往会有多种钻头与之匹配。而在实际中，51 山前构造钻头优选技术由于钻井目的不同、钻井工作参数不同、地层与实际还是存在一定的误差。这就致使几种钻头中只有一种是与地层配伍性最好的。总之，需要我们统计该地区每种钻头在近似地层条件和不同钻井目的下的使用情况，使之达到最优（主要研究PDC钻头）。1.4研究思路山前构造钻头优选分析山前构造岩性分析钻头适应性分析钻头选型方法综合法优选最优钻头序列51 山前构造钻头优选技术2山前构造分析2.1山前构造钻井的现状分析“山前”泛指由于造山运动而明显变形的造山带面向沉积盆地的构造、沉积区。“山前”有两种主要类型：一类为“主动山前”；另一类为“被动山前”。所谓“主动山前”即造山带面向沉积盆地的构造变形区；所谓“被动山前”即造山带面向沉积盆地的沉积变形区[1]（如下图2.1）。1、岩石圈2、断层3、沉积盆地4、区域应力图2.1山前类型示意近几年，山前逐渐成为国内外油气勘探的重点领域。“山前”在地层变化中特殊的构造位置、能够为石油和天然气运移提供动力的较强的构造活动性以及良好的生、储、盖组合，使山前构造带成为油气富集成藏的有利部位。山前挤压环境和逆(或逆掩)断层，均有利于各类圈闭的侧向封堵。泛盆地沉积的海相泥岩层成为山前油气藏的良好盖层。而盆地前陆演化阶段早期，山前往往发育盐膏层，其形成机理主要是：在区域挤压应力作用下，盆地整体抬升，海水消退，同时诱发盆缘“造山”；在均衡作用下，山前下拗形成坳(凹)陷，成为盆地新的沉积区；盆内隆升和盆缘造山致使山前坳(凹)陷成为闭塞--半闭塞蒸发环境，从而形成了盐膏沉积。盐膏层发育极大改善了山前的封盖条件。山前断裂发育，既有逆断层、逆冲断层，又有走滑断层，51 山前构造钻头优选技术山前地区的油气勘探受到广泛地关注，但是这些地区地表及地下特征十分复杂，普遍存在如地表多种地貌并存，山体高大，山前巨厚砾石堆积、冲沟发育，地下逆掩推覆强烈，地层高陡、地层倾角大，地应力分布复杂等情况。这就给“山前”油气的勘探和钻井带来了许多困难。随着勘探开发进一步向山前复杂地区发展，在山前构造深井钻井经常要遇到井斜、井漏、井壁失稳、卡钻、蹩跳钻、钻具磨损等问题，其中尤以井斜问题最为严重。造成钻井速度慢、周期长、成本高，这些因素严重制约着勘探开发的进度。山前地区钻井的主要技术难点为：（1）高陡构造防斜、打快难度大。在西部、南方海相山前高陡构造地区，地层倾较大，一般在30°—80°之间，且倾向不一，造成井身轨迹很难控制，探井地质靶区范围很窄，井斜控制成了突出问题。（2）国内现有的防漏技术在山前地区的应用还不成熟。堵漏成功率为40%左右。在山前地区钻井急需解决的难点有三个：一是井斜的控制；二是提高钻井速度，三是复杂地层条件下堵漏问题。中国西部盆地蕴藏着丰富的石油及天然气资源，其中在玉门青西、四川川东、青海柴达木盆地、塔里木库车山前、准噶尔盆地南缘、滇黔桂楚雄地区等山前高陡构造地区，由于地层倾角大，普遍存在井斜控制问题，由于现阶段采用的防斜技术的局限性直接影响了钻井速度,本文主要讨论塔里木库车山前构造带,合理优化钻头。其目的是为了提高机械钻速。库车岰陷位于南天山造山带天山南缘山前构造带，其是塔里木最主要的产油区。东其库尔楚，西到乌什，是一个以中、新生界沉积为主的前陆岰陷。受多次造山运动的影响，地质条件十分复杂，是国内陆上钻井难度最大的地区之一。主要钻井难题是：地层倾角大（35°—85°）、地层自然造斜能力强、钻井中易发生严重井斜；地层可钻性差，机械钻速低；第三系复合岩盐层分布广泛，并夹杂软泥岩；地应力分布复杂，井壁失稳严重；高压气层钻井、完井难度大。山前构造带钻井过程中容易井斜，主要原因有以下几个方面：（1）由于经历过剧烈的构造运动，残余构造应力大。在钻头破碎岩石的过程中，残余构造应力表现出较强的地层力，使井眼向地层应力释放的方向倾斜。由于不同构造部位的局部残余应力不同，表现出的井斜力也不同，而且井斜方位不易判断。51 山前构造钻头优选技术（2）由于山前构造带往往处于断裂带上，在钻进中钻头容易沿断裂面滑移，从而造成井斜。当钻头在倾斜的层状地层中钻进时，钻至每个层面交界处，地层上倾一侧的岩石因不能长时间支撑钻压而趋向沿垂直层面发生破碎。在井眼上倾一侧的小斜台肩很容易被钻掉，而在井眼下倾一侧的层面上残留一个小斜台，它对钻头施加一个横向作用力，将其推向地层的上倾方向，从而引起井斜，这就是所谓地层的“小变向器”作用。这样，钻头每钻至一个倾斜层面都会出现这一现象，而且地层倾角越大，成层性越强，钻压越大，造成的井斜也就越大。同时，由于断裂带内的岩石相对容易破碎，存在可钻性的差异，当钻头从软地层进入硬地层时，在一侧先遇到硬地层，钻头工作刃阻力大、吃入少、钻速慢；而另一侧还在软地层，钻头工作刃阻力小、吃入多、钻速快。因此，钻进将沿着地层上倾方向发展。当钻头从硬地层进入软地层时，开始由于一侧地层软，钻头工作刃阻力小、吃入多，钻速快；而另一侧还在硬地层，钻头工作刃阻力大、吃入少，钻速慢，井眼有向地层下倾方向倾斜的趋势。当钻头快要钻出硬地层时，由于类似前面所述的“小变向器”作用，迫使钻头仍回到地层上倾方向钻进，而且往往在界面处形成狗腿，甚至在较短的井段内，即达到较大的井斜角，此时井斜的方位一般与断裂面的方向一致。（3）山前构造带地层倾角一般比较大，各向异性越强、倾角越大，越易发生井斜。地层的各向异性是指在用一沉积层内，地层在不同方向上强度的相对差异。一般在平行于层理的方向上岩石破碎比较困难，在垂直于层理的方向上岩石破碎比较容易。因而，钻头将保持沿着岩石容易破碎的方向前进。在水平地层，井眼不易发生井斜；而在垂直地层，由于垂直层面的强度小，所以井壁岩石易破碎，钻头稳定性差，钻进时易井斜，且方位不稳定。井斜的方位一般垂直于地层的走向，由于地层可钻性各向异性的原因，多沿上倾方向，但有时沿下倾方向。（4）在剧烈的构造活动中留下可钻性差的大颗粒岩石，钻进过程中易发生跳钻现象，钻进参数不稳，从而发生井斜。此时的井斜方向一般也难以判断。（5）在钻遇断层、地层不整合界面时也会使井眼倾斜，并常出现狗腿。在地质构造运动剧烈的破碎带钻进时，由于破碎带的岩石软硬交错，使钻头受力不均匀，工作不稳定，也易发生井斜。（6）底部钻具弯曲对井斜的影响。除了上面所说的地质原因外，钻井工具与工艺本身有时也会引起井斜。钻井实践证明，采取轻压吊打，井斜很小。这是因为下部钻铤所受压力很小而处于直线稳定状态。当下部钻柱在较大钻压作用下发生弯曲时，是引起井斜的另一个重要原因。而且弯曲程度越严重，井斜也越严重。它对井斜的影响主要表现在两个方面：51 山前构造钻头优选技术1)下部钻柱弯曲使钻头相对于井眼轴线偏斜，其钻进的方向偏离原井眼方向，直接导致井斜。2)下部钻柱弯曲使钻压改变了作用方向，即不再沿井眼轴线方向施加给钻头，而是偏离了一个角度(钻头倾斜角)。从而使钻压产生一个引起井斜的横向偏斜力(称为增斜力)，导致井斜。2.2山前构造岩性特征分析山前构造带地质复杂还表现在岩性变化[20]上，以库西地区为例，却勒区块与乌什区块地层岩性、主要矿物成分有较大的区别。（1）地层岩石主要岩性统计分析库西地区的却勒区块主要是泥岩、砂岩、盐岩和膏泥岩四种，而乌什区块地层岩性主要是泥岩、砂岩和砾岩三种。这表明山前构造带的同一地区岩性变化也是较大的，见下表2.1。表2.1库西地区四口井地层主要岩性统计分析结果（2）地层岩石矿物成分鉴定分析库西地区却勒和乌什区块的主要矿物成分相同，主要矿物（除砾岩外）含量依次是石英、粘土、斜长石和方解石四种。乌什区块矿物成分中还含有方沸石和黄铁矿。结果见下表2.2和表2.3所示。51 山前构造钻头优选技术表2.2却勒1井13种岩性矿物成分（%）鉴定结果表表2.3乌参1井11种矿物成分（%）鉴定结果表51 山前构造钻头优选技术从给出的例子中，我们可以看出山前构造带岩性特征变化比较复杂，即使在同一地区、同一区块也存在一定差距，导致邻井资料借鉴性不强，这就给优选钻头带来很大困难。为了更好的优选钻头，我们需要对塔里木山前构造地区的岩性特征有一个总体的了解，从各种资料中判断各地层层位的岩性特征，并针对不同地区、同一层位，比较岩性差距，以便有利于优选钻头。综合分析库西地区的主要岩性和矿物成分，会发现整个岩性以泥岩为主，其次含有大量砂岩和盐岩，部分井含大量砾岩。矿物成分还是以常见的石英、粘土、斜长石和方解石为主。51 山前构造钻头优选技术3山前构造钻头的适应性分析3.1PDC钻头适应性分析目前，金刚石钻头已不再是只能打坚硬地层的天然金刚石钻头的单一品种，而是形成一个能钻进从极软到极硬地层的完整系列。由于金刚石钻头能在低钻压、高转数下取得高钻速和高进尺，所以在许多钻井作业中，能取得牙轮钻头无法比拟的技术——经济效率，成为快速钻井——防斜钻井、定向钻井、超深钻井、海洋钻井、高温钻井、井下动力钻井中高效、经济、安全的优良钻井工具。3.1.1PDC钻头类别（1）PDC钻头及大复合片钻头——聚晶金刚石复合片[7]，其复合片上部为聚晶金刚石薄层是切削元件锋锐的刃口，硬度及耐磨性极高，但抗冲击韧性差。下部为碳化钨基片，在钻井中易于形成“自脱”，同时其抗冲击性好，为金刚石层提供良好的弹性依托。该钻头适用于钻进产生摩擦热较少的软---中软地层，但由于近年来PDC钻头的高速发展，其适用范围以变得非常的广，大大超出了软---中软地层的限制，并可用于硬地层。图3.1PDC钻头（2）巴拉斯钻头——热稳定聚晶块，51 山前构造钻头优选技术其是在复合片基础上发展起来的新材料，该类型钻头适用于钻进中—中硬并带有一定研磨性的地层。（1）马赛克钻头——马赛克切削块，是由热稳定晶片拼合成复合片的尺寸，然后以特殊工艺烧结与钻头胎体上。该钻头兼具有热稳定聚晶块的耐高温性质和聚晶金刚石复合片的切削能力，其适用地层范围广。（2）天然金刚石钻头——天然金刚石，该钻头适用的天然金刚石分为五种：优级、标准级、特优级、立方体钻石、黑钻石。其不同等级的金刚石有不同的适用性地层。这几种中以天然金刚石钻头和PDC钻头使用最广，特别是PDC钻头的使用。天然金刚石钻头的破岩过程，可看成使单粒金刚石破碎岩石的过程，每一粒金刚石，均可看为一球体。当钻某些硬地层时，钻头上的每粒金刚石在钻压作用下压入岩石时下面的岩石处于极高的应力状态，呈现塑性，同时在旋转扭矩的作用下产生切削作用，破碎岩石的体积大体上等于金刚石吃入岩石的位移体积。但在一些另外的情况下，其破碎岩石机理稍有不同。PDC钻头是以切削齿对地层进行切削来破碎岩石的，由于钻头在井下高速旋转以及井下的高温环境，使得井底岩石具有一定的弹性和塑性，整个切削过程与金属切削过程很相似。岩石的切削过程实质上是一种挤压过程，在挤压的过程中，岩石主要以滑移变形方式成为切屑。当岩石开始接触切削齿的刀刃最初瞬间，接触点的应力使岩石内部产生弹性应力和应变；当切削刃逼近岩石时，岩石内部的弹性应变逐渐增大，在岩石内某一位置剪切应力达到岩石的屈服强度，因而岩石开始沿剪切力相等的“初滑移面”滑移，这个滑移面的左边代表变形区域，右边代表塑性变形区域。PDC钻头的破碎岩石机理可概括为：PDC钻头切削齿在钻压作用下能自脱地吃入地层，在扭矩作用下向前移动剪切岩石。PDC钻头在均匀的较软岩石地层中钻进以剪切的方式破碎岩石，它能取得较高的机械效率，而且寿命较长，没有易损的活动件，使用过程中比较安全，缺点是遇到硬夹层时，钻头容易损坏，而且当地层硬度太大时，钻进效率下降很快，地层适应性差。3.1.2塔里木山前构造PDC钻头使用现状51 山前构造钻头优选技术实践证明，钻头能否与地层相适应是提高山前地区钻井速度的关键。由于塔里木山前地区地层岩性变化快，软硬交错，研磨性强，可钻性差，且普遍钻遇复杂地层，钻头在井下工作环境恶劣，加之不同构造间可对比性差，导致山前地区钻头选型困难，机械钻速普遍较低。提高钻头的使用技术水平，是解决复杂地层提高钻速的关键。下为山前复杂地层钻头使用技术的难点[1]：·岩性变化快、软硬交错频繁，大段的均质岩性基本不存在；·大部分井段岩性抗压强度属中到硬，钻头切屑齿吃入困难；·不同构造间地层可钻性差异大，钻头选择借鉴性不强；·普遍存在复杂地层，钻井中使用的钻井液密度均较高(迪那11井2.43g/cm3)，井底不可避免地产生较强的压持效应，影响了机械钻速的提高；·因防斜的需要，制约了钻头功效的发挥，也影响了钻井速度；·目前的钻头技术还不能完全满足山前复杂地层高效钻井的要求。（1）山前复杂地层钻头使用技术·对不同构造具有典型代表性的岩芯在室内进行岩石可钻性测定；·利用测井、录井资料建立已完钻井的岩石可钻性综合解释剖面；·联合钻头厂家，针对山前地层特点，设计、引进或改进钻头，并进行应用评价,达到预期的效果后,再进行全面推广应用，否则，将再次进行改进或重新设计，最终形成适合山前不同井段、不同岩性特征的高效钻头系列；·积极利用已取得的技术成果，加大现场推广应用的力度；·积极引进技术水平高、质量过硬的钻头厂家及新型钻头，创造公平有序的良好竞争环境，促进钻头技术水平的提高。（2）、钻头设计、制造与选型技术研究在钻头尤其是PDC钻头设计、制造与选型技术方面的研究持续进步，并取得了以下方面的技术成果：1）、提高复合片金刚石含量，以改善复合片强度、韧性和耐磨性。2）、根据不同地层特点，设计切削齿形状、尺寸、后倾角和布齿方案，提高钻头攻击能力。3）、优化钻头刀翼、流道设计，改善钻头稳定、抗冲击性和清洗冷却性。·钻头冠部形状确定原则。不同冠形PDC钻头的攻击性依次为：长抛物线型>中等抛物线型>短抛物线型；·针对软硬交错地层，采用多种抗回旋设计51 山前构造钻头优选技术3.2牙轮钻头的适应性分析牙轮钻头是石油钻井中使用最广泛的钻头。这是由于牙轮钻头旋转时具有冲击、压碎和剪切破碎岩石的作用；牙齿与井底的接触面积小，比压高；工作扭矩小；工作刃总长度大等特点，因而是牙轮钻头能适用于多种性质的岩石。目前，牙轮钻头按牙齿材料不同分为铣齿和镶齿两大类。铣齿牙轮钻头的牙齿均为楔形齿，由牙轮毛胚直接铣削加工而成。图3.2三牙轮钻头牙轮钻头的破岩机理主要是冲击、压碎、剪切作用。（1）冲击、压碎作用，钻头在井底工作时，钻头及其牙轮绕钻头轴线旋转，由于地层对牙齿的阻力，也使牙轮同时绕自身轴线旋转。牙轮在旋转时，牙齿交替以单双牙轮流接触井底。牙轮钻头在井底破碎岩石时，牙齿作用在岩石上的力不仅有钻压所产生的静载荷，还有因纵向振动而使牙齿以高速度冲向岩石所产生的动载荷，前者使牙齿压碎岩石，后者使牙齿冲击破碎岩石。（2）剪切作用，在硬地层中，利用钻头对井底的冲击、压碎作用，可以有效地破碎岩石。但在软和中硬地层中，除了要求牙齿对井底压碎、冲击作用外，还要有剪切刮挤的作用才能有效地破碎岩石，剪切刮挤作用来自牙轮在井底的滑动。具有复锥、超顶、移轴等结构的牙轮钻头，可使牙轮在井底产生滑动。在实际钻井工作中，不同岩性的地层，需要不同的滑动量，因此，不同类型的钻头，其移轴距、超顶距和主副锥角差距等都有不同的，地层越软、塑性越大、牙轮滑动量要求大些，反之则小些。三牙轮钻头由于多年的发展，它已形成了适应各种地层的钻头序列，地层从软—硬都能找到其合适的三牙轮钻头，但在塔里木山前构造地区，发展最快的还是PDC钻头，它能达到快速钻进的目的。51 山前构造钻头优选技术塔里木山前构造区域使用的三牙轮钻头类型比较多，每一种钻头都具有各自的结构特点，并适应与其对应的地层，在定向井用钻头还要考虑钻头的造斜、稳斜性能，因此，在钻头造型时要认真分析钻头的结构特点，选择钻速快，性能可靠的钻头，下面以江汉的各系列牙轮钻头为例进行分析。江汉的HA系列钻头为橡胶密封滑动轴承，在常规转速下使用可承受较高的钻压，配合不同的切削结构，可以适应极软到极硬地层。镶齿钻头采用高强度高韧性合金齿，充分发挥了镶齿钻头高耐磨性和优异切削能力。钢齿钻头齿面敷焊新型耐磨材料，延长了钻头使用寿命。如HA537G钻头具有偏顶勺形内排齿，楔形外排齿，不等距布齿，金刚石保径掌背镶硬质合金强化保径等结构特点，适应于低抗压强度、中软（可钻性级值3～4）、有较强研磨性夹层（可钻性级值5～6）地层。在塔里木山前构造用得比较好的还有HAT127钻头，这个江汉HA系列钻头可适应多种复杂地层，如在DN22井中用HAT127钻头钻进330-659m，总进尺329m,纯钻时18.50h，平均机械钻速17.78m/h,在DN2-3井中，在3449m-4444m井段共使用15只φ311.10mmHAT127钻头，总进尺995m，单只进尺66.3m,总纯钻时316h,平均机械钻速3.15m/h。此外HA517、HA517A、HA537等钻头使用效果都不错。江汉的HJ系列是适合直井、定向井的高可靠性钻头。该系列钻头在继承常规HJ系列钻头优越的轴承品质的同时，调整切削结构、合金齿齿材和钢齿敷焊材料，提高了钻头适应各种复杂地层的能力，充分体现常规产品恒久魅力。HJ系列钻头适应240～40rpm转速钻进，是直井、定向井和探井钻进理想选择。在库车地区HJ517G、HJ517L、HJ437使用效果不错。如大北2井，在4844.2～5146.46m井段，此井段处于中厚～巨厚层状盐岩、泥质盐岩夹中厚～厚层状泥岩、中厚～巨厚层状盐质泥岩、中厚层状膏质泥岩、泥膏岩及石膏，为一套泻湖相沉积，本段地层可钻性较好，使用φ215.9mmHJ517L钻头，总进尺302.26m，纯钻时间70.92m，平均机械钻速4.26m/h。51 山前构造钻头优选技术江汉的GA、GJ系列钻头在库车地区也有很好表现。GA系列为橡胶密封滚动轴承钻头，对于中低钻压的较高转速钻井，它是理想而又经济的工具。GJ系列钻头为金属密封滚动轴承，能够稳定在中低钻压、中高转速下钻进，是上部井段的理想选择。镶齿钻头可选偏顶勺形齿、勺形齿、楔形齿和锥球齿等多种高效合金齿。钢齿钻头增加敷焊层厚度和齿的露高。该系列钻头配置了多种可选特征，提高了适应不同钻井工艺和各种复杂地层的能力。例如GA114、GJ535GL钻头，在却勒101、克拉2-4、依拉101井，都有良好表现，就其结构特点适合打浅层。但GA114钻头在克拉2-4井2967.08-3010.74m井段总进尺43.66m，纯钻时21h，平均机械钻速2.079m/h，其应用效果也比较好。3.3刮刀钻头及其他钻头适应性分析刮刀钻头是使用于松软——软地层的钻头，在泥岩、页岩和泥质胶结的砂岩等地层，可以取得很高的机械钻速和钻头进尺。其破岩机理基本上是靠刮刀的剪切作用。但是在硬而研磨性高的地层中钻进，刀片吃入困难，钻头磨损快，有时还出现蹩跳现象，对钻具和设备寿命有一定影响。的机械钻速和钻头进尺。但是在硬而研磨性高的地层中钻进，刀片吃入困难，钻头磨损快，有时还出现蹩跳现象，对钻具和设备寿命有一定影响。其他类型的钻头如：取芯钻头、双心钻头、单牙轮钻头等这些特殊用途的钻头，由于在塔里木山前构造钻进中很少用到，这儿就不多加解说。51 山前构造钻头优选技术4钻头序列优选从目前优选钻头方法看，已经形成了一整套方法。其大致可以分成三大类：一是通过钻头使用效果评价优选钻头，这种方法在油田现场优选钻头时很常用。它常包括每米钻井成本法、比能法、经济效益指数法、灰类白化权函数聚类法、综合指数法、灰关联分析法、神经网络法等方法求取参数优选钻头。二是通过岩石力学参数性质来优选钻头。用微钻法等试验方法来求取岩石可钻性、研磨性、抗压强度、塑性强度等参数，最终达到优选钻头目的。三是通过综合法优选钻头，其包括利用测井资料（岩石声波时差）、地层综合系数、剪切强度、人工神经网络等方法优选钻头。但这三类方法每种都有各自的缺陷，第一类方法是用已钻井的实际使用效果来作为钻头的选型依据。其缺陷为:(1)以邻井钻头使用资料为基础,当邻井钻头本身选用不当,或该设计井与邻井地质条件相差较大时,该方法不能给出理想的选型结果;(2)对新探区,钻头使用资料比较少时,该选型方法存在较大盲目性;(3)评价指标的选取具有主观性。第二类方法是从岩石的力学性质入手,根据厂家的钻头使用说明寻求与岩石的力学性质相匹配的钻头。其缺陷是:(1)当与某地层相适应的钻头有若干类时,选择哪种型号钻头就无所适从;(2)当地层岩石的力学性质未知时,钻头选型无法进行。如何把地层进行合理细致地分类是问题的关键。第三类方法将钻头使用效果和地层的岩石力学性质结合起来进行选型。钻头在井下受多种力学因素的影响,单凭一个或几个力学参数很难选出真正适合本地区的钻头。地层综合系数法虽然综合考虑了多种岩石力学特性参数,但只是针对某一区块进行的,受区域限制。4.1利用钻速方程优选钻头序列利用钻速方程优选钻头就是在钻进过程中，记录钻头钻压、钻头水功率、比钻压、有效钻头比水功率、机械钻速等参数，然后利用钻速方程反求其岩石可钻性值，最后利用可钻性值查钻井手册优选钻头，最终达到优选钻头的目的。这儿我们采用石油大学尹宏锦教授研究岩石可钻性级值时创立的通用钻速方程[15]:(4.1)51 山前构造钻头优选技术（4.2）（4.3）（4.4）（4.5）钻头压降:（4.6）钻头水功率:（4.7）有效钻头比水功率:（4.8）比钻压:（4.9）V——机械钻速,m/h;W——比钻压,kN/cm;N——转速,r/min;EH——有效钻头比水功率,kW/;ρw——泥浆密度,kg/l。根据以往经验证明,该钻速方程适用范围广,不受地区限制,其宏观准确度达到了90%以上,可满足钻井参数设计和优化钻井的要求。通用钻速方程揭示地层岩石可钻性同钻井措施(参数)及钻速之间的内在关系,具有重要的现实意义和应用价值。根据实际情况对通用钻速方程的变量进行分析,可发现该方程中的钻压、转速、钻头比水功率、泥浆密度和机械钻速都是已知的,而只有一个未知数Kd,即岩石可钻性级值。对4.1式钻速方程两边取对数并进行整理变换可得:(4.10)下面是通过钻井井史资料获得的塔里木山前构造乌什地区依拉2钻井工作参数和部分钻井液性能[30]：51 山前构造钻头优选技术表4.1依拉2井钻井工作参数序号所钻地层代号进尺m钻头厂家进尺工作时间h:min钻进液性能合计其中密度(g/cm3)切力纯钻时起下钻纯钻时机械钻速m/h10＂10＇1第四系PC3102.16川石22:302:200:5045.401.065172第四系PC30川石01.065173第四系ST11560.28999川石30:001:0031:0060.291.103.5154N2KSHT22R225.55川石107:105:305:2041.001.151.5155N2KSHT22R329.81川石112:2025:1013.111.2426.56N2KSHT11R528.19川石133:0044:1011.961.2327.57N2KSHT11R157.9301川石68:2017:408.901.23278N2KSHT11R212.24川石57:3521:309.871.231.589N2KSHT22R10.60999川石12:0015:450.781.242910N2KSHT1177.21997川石54:3019:2050:003.861.2721011N2KSHT11R30.46997川石48:4016:201.851.2821012N2KSHT11R67.53003川石46:1026:102.841.2821013N2KHAT12746.81995江汉17:406:007.821.262.5814N1KGS605F820.37川克202:1016:0051.361.361.5815N1KG544P35.51001川克17:4018:301.941.381.51216N1KG536X358.45川克159:2021:3017.941.4521116N1KG536X237.8201川克77:3023:4510.081.45211.517N1JM1954SS48.73999百斯特18:2023:153.861.4821117N1JM1954SS392.4001百斯特114:2022:5018.541.48211.518N1JM1655SS38.58984百斯特12:3022:101.841.4821117N1JM1954SS316.6702百斯特129:5021:0015.261.482918N1JM1655SS75.8501百斯特48:5021:303.751.5021017N1JM1954SS4.279785百斯特6:1021:100.241.5121019N1JHJ517L7.600098川石22:0024:200.281.512920N1JG536H114.8999川克37:2023:405.561.5029.521N1JHAT12738707.17江汉5:1524:15--1.8041451 山前构造钻头优选技术22N1JG536X-38621.94川克37:2522:55--1.7931323N1JMC08665.689941百斯特5:4022:150.231.821.5922N1JG536X31.3999川克16:5023:201.461.8221023N1JMC08665.17041百斯特5:4022:000.281.8021024N1JM1655SS52.60986百斯特23:4019:302.781.8541424N1JM1655SS156.8999百斯特94:3020:007.681.952.51122EG536X232川克135:1022:5010.151.922922EG536X212川克131:0026:109.671.952925EG536X70.2998川克45:5524:102.891.952926EHJ517G124.7002江汉76:1525:354.952.0021027KHJ517G93江汉75:4024:303.832.0321128KHJ517G107.73江汉85:0021:305.062.0321029KHJ517G60.27002江汉78:30---2.0321030KHJ517G62江汉62:1023:303.052.1021023KMC08668.899902百斯特12:0024:300.372.1021024KG536X25.3501川克14:2027:100.862.1221031KHJ517G江汉6:0524:20---2.1121031KHJ517G江汉---1.8621031KHJ517G江汉---1.8621032KMC0864百斯特---1.8621033KHA136江汉---1.8621033KHA136江汉---1.8621032KM086468百斯特134:5017:306:004.212.182734KM086415百斯特29:5026:3021:000.682.252735T2-3KHGM90瑞德133:3049:0025:003.562.252736T2-3KHGM25.16016瑞德34:1045:0017:301.562.252737T2-3KMC08644.799805百斯特8:0037:30---2.252751 山前构造钻头优选技术表4.2依拉2井钻井资料序号钻井参数水力参数钻压kN转速r/min排量L/s立管压力MPa迟到时间min钻头压降MPa环空压耗MPa比水功率W/mm2喷射速度m/s钻头水功率kW缸径mm冲数次/分排量l/s1120501801204520.000.640.000.0833.1728.9320.000.640.000.0833.1728.933120501801204550.000.640.000.0833.1728.934120501801305090.000.640.000.0833.1728.9351808018014050130.000.640.000.0833.1728.9361508018014050120.000.640.000.0833.1728.9372008018014050130.000.640.000.0833.1728.9381808018014050150.000.640.000.0833.1728.9392008018014050150.000.640.000.0833.1728.93101808018014050150.000.640.000.0833.1728.93111808018014050150.000.640.000.0833.1728.93121808018014050160.000.640.000.0833.1728.93131907417013042150.000.640.000.0833.1728.9314707017012040180.000.640.000.0833.1728.9315607017012040190.000.640.000.0833.1728.9316807517012040170.000.640.000.0833.1728.9316806217011037190.000.640.000.0833.1728.9317806517011037190.000.640.000.0833.1728.9317806217011037200.000.640.000.0833.1728.9318806217011037200.000.640.000.0833.1728.9317806217010536200.000.640.000.0833.1728.9318806217010536200.000.640.000.0833.1728.93171005717010135210.000.640.000.0833.1728.93192006317010536200.000.640.000.0833.1728.9320805617010135210.000.640.000.0833.1728.9321140851707325140.000.640.000.0833.1728.932260451707325210.000.640.000.0833.1728.93236070170521890.000.640.000.0833.1728.9351 山前构造钻头优选技术2260451707526200.000.640.000.0833.1728.93236070170521890.000.640.000.0833.1728.932460451707827190.000.640.000.0833.1728.932470471707526210.000.640.000.0833.1728.93221001001707526200.000.640.000.0833.1728.9322100441707325210.000.640.000.0833.1728.9325100901707526210.000.640.000.0833.1728.9326160721706021150.000.640.000.0833.1728.9327160781706623160.000.640.000.0833.1728.9328170821706623160.000.640.000.0833.1728.9329170821706623160.000.640.000.0833.1728.9330170801706623170.000.640.000.0833.1728.932360701705519150.000.640.000.0833.1728.932480901707526200.000.640.000.0833.1728.9331160801707526170.000.640.000.0833.1728.933180801707526170.000.640.000.0833.1728.933180801707526170.000.640.000.0833.1728.933250501505012200.000.281.920.1916.473.343350501505012200.000.251.920.1715.733.043350501505012200.000.251.920.1715.733.043250501505012200.000.251.920.1715.733.043450501505012200.000.251.920.1715.733.043580501505012200.000.251.920.1715.733.043670801505012200.000.251.920.1715.733.043770801505012200.000.251.920.1715.733.04利用整理后的公式可求出每个钻头序列号对应的可钻性值，但由于在同一层位的岩石物理性质相近，即同一层位中不同钻头序列号对应的可钻性值也应该相近（51 山前构造钻头优选技术在此忽略可钻性值微小变化带来的选钻影响）。得可钻性值如下表4.3，（在求可钻性值时，对于同一层位的地层的机械钻速、钻压、比功率、泥浆密度等参数，我们取其所钻厚度的加权平均值。）最后根据可钻性值和表4.4、表4.5和表4.6查出其对应的岩石特征，再根据钻井手册选钻[7]、[8](由于在依拉2井钻井中使用最多的是牙轮钻头、PDC钻头，这儿也主要考虑牙轮钻头、PDC钻头)，得表4.7。表4.3可钻性值层位第四系N2KN1KN1JEKT2-3K井段(m)0-162.45162.45-1848.821848.82-3300.973300.97-4637.004637.00-5276.005276.00-5733.005733.00-5852.96可钻性值1.343.62.83.34.75.46.48表4.4地层可钻性分类表可钻性级别12345678910岩石类别软中硬可钻性（m/h）≥2.02.0-1.01.0-0.50.5-0.30.3-0.10.1-0.060.06-0.030.03-0.010.01-0.0080.008-0.00451 山前构造钻头优选技术表4.5地层及岩性描述地质时代分层实际底深(m)厚度(m)主要岩性描述（注明油气层位置）新生界第四系296.00296.00中巨厚层状小砾石、细砾石、含砾粗砂为主，上部见中厚层状粘土。新生界库车组2286.001990.00上部为块状小砾岩、含砾砂岩、下部为中层状小砾岩、含砾砂岩、中细砂岩与泥岩略等厚互层。新生界康村组3324.001038.00以中薄层状细砂岩、粉砂岩与泥岩略等厚互层、底部为块状砂砾岩。新生界吉迪克组4480.001156.00上部为泥岩与粗、细砂岩、含砾砂岩不等厚互层，见兰灰色泥条带。下部为泥岩与粉细砂岩互层。表4.6地层综合分类地层岩石类型抗压强度极软:抗压强度低的粘性软地层粘土、粉砂岩、砂岩1-2级<25Mpa软:抗压强度低和可钻性高的软地层粘土岩、泥灰岩、褐煤、砂岩、凝灰岩3级25-50Mpa中软:抗抗压强度低且带有夹层的软至中等地层粘土岩、泥灰岩、褐煤、砂岩、粉砂、硬石膏、凝灰岩4级50-75Mpa中等:抗压强度高，研磨性薄夹层的中等至硬地层泥岩、灰岩、硬石膏、砂岩(钙质)4级一5级75-100Mpa51 山前构造钻头优选技术续表4.6中硬:抗压强度很高，非研磨性的硬和致密地层灰岩、硬石膏、白云岩5级一6级100-200Mpa硬:抗压强度很高，有一些研磨性夹层的硬和致密地层钙质页岩、硅质砂岩、粉砂岩5级一6级100-200Mpa极硬：极硬和研磨性及强的地层石英岩、火成岩7级以上<200Mpa表4.7钻头序列层位井段（m）牙轮钻头PDC钻头第四系0-388.00江汉：R1、H517A、H417A、HJ417A川石：P1、P2、MP1川克：R481江汉：B9MN2K388.00-1848.82江汉：J3、J11川石：SHT11R川克：R431、R482江汉：B15S、B10MN1K1848.82-3300.97江汉：R1休斯：J1Best:M1955SS、M1954SS川克：G536X、R481、GS605FN1J3300.97-4637.00江汉：H136、HJ137BBest:M1954SS、M1955SSE4637.00-5276.00江汉：HJ517R、ATJ22川石：SHT22R川克：G536X、R426K5276.00-5733.00江汉：HJ517R、ATJ22Best:MC0866川克：R485、G536X、T18T2-3K5733.00-5852.96川克：D414.2利用测井资料获取岩石力学参数优选钻头序列常见的优选钻头方法中，需要求取岩石的可钻性和其它的力学参数，从而达到初步优选钻头的目的。目前国内外许多学者提出许多新的方法来求取。上世纪80年代我国在探矿工程领域开展了应用岩石纵波进行岩石可钻性分级的研究，并建立了岩石声波速度和岩石可钻性的函数关系；上世纪90年代初51 山前构造钻头优选技术原地矿部石油钻井研究所提出了一种利用测井声波时差（△T）求取岩石可钻性的方法一声波时差法，开辟了利用测井资料求取岩石可钻性级数的新途径。声波在岩石中的传播反映了岩石的各种本构关系，对于精确地预测岩石强度有重要的意义。4.2.1声波测井原理声波是物质运动的一种形式，它是由物质的机械运动而产生并通过质点间的相互作用将振动由近及远地传递而传播的。对于声波测井来说，井下岩石可以认为是弹性介质，在声振动作用下能产生弹性形变，故岩石既能传播质点运动方向传播方向平行的纵波，又能传播质点运动方向与传播方向垂直的横波。国外一些研究已经表明，声波在岩石中的传播速度与岩石的工程力学特性参数存在着较好的相关关系。另外从测井资料分析中也可以看出，声波的传播速度与地层的岩性、岩石结构、埋深和地质年代也有密切的关系。因而声波在岩石中的传播速度能够较好地反映岩石综合物理性质。根据声波波动理论的研究结果，介质传播纵波和横波的速度与介质的弹性参数和密度大小有关，其关系式[5][22]-[27]为：（4.11）（4.12）（4.13）（4.14）（4.15）（4.16）式中：、——分别为纵波速度、横波速度，m/s；、——分别为纵波时差、横波时差，μs/m；——岩石体积密度，g/；51 山前构造钻头优选技术μ——动态波松比，无因次；——岩石动态弹性模量，MPa；——岩石动态剪切模量，MPa；——岩石动态体积模量，MPa；——单位换算系数。由上式可以看出，岩石弹性波速取决于岩石弹性模量E、泊松比μ和岩石的体积密度ρ，而E、μ和ρ又是描述岩石强度、硬度和弹性的重要参数。因此，岩石弹性波速可以真实反映钻遇地层的岩石强度、硬度等参数，而岩石的抗钻特性主要是由这些参数决定的。4.2.2地层、岩石相关参数的计算4.2.2.1孔隙度、泥质含量和岩石体积密度的计算（1）孔隙度的计算目前测井解释中，计算孔隙度有多种方法，可用声波、密度、中子等曲线计算孔隙度。由声波测井资料解释孔隙度，利用R.Wyllie在1965年提出的时间平均公式得：（4.17）再考虑由于未固结和未压实的疏松砂岩影响，得对计算的孔隙度进行校正。即：(4.18)式中：——地层声波时差；——岩石骨架声波时差；——孔隙中流体声波时差；——压实校正系数；对于岩石固结的地层=1,否则>1。51 山前构造钻头优选技术（1）泥质含量的计算泥质含量[5]可由下式计算：(4.19)(4.20)式中：——为地层泥质含量；GR——目的层GR值；——纯岩石层段GR值；——纯岩石层段GR值；GCUR——经验参数，新地层常为3.7，老地层常为2.0;——泥质指数。（2）岩层体积密度的计算在计算岩层体积密度时，可由孔隙度和泥质含量计算获得：(4.21)岩层体积密度也可由声波时差计算获得：(4.22)式中：——岩石声波时差；——岩石骨架材料岩石声波时差；——孔隙流体声波时差；其中单位为。阿吉普（AGIP）公司采用=47，=200，而法国地质服务公司用=50。51 山前构造钻头优选技术4.2.2.2岩石硬度的计算K.L.Mason给出了岩石硬度与岩石横波波速具有很好的相关关系：（4.23）中国石油大学葛洪魁等以岩屑为测试对象，研究其声波波速及微硬度测试方法，开发了其相关测试仪器和配套软件。4.2.2.3岩石单轴抗压强度的计算Miller和Deere对200多块沉积岩进行实验后，做出了岩石单轴抗压强度（）与岩石弹性模量（）、粘土含量（）的统计关系式：（4.24）Coats等人则继Miller和Deere后，提出了岩石固有抗剪切强度与岩石单轴抗压强度、岩石体积压缩系数间的关系：（4.25）（4.26）式中：——岩石固有抗剪切强度；——岩石单轴抗压强度；——岩石体积压缩系数；岩石抗张强度（）和抗压强度的关系为：（4.27）51 山前构造钻头优选技术4.2.2.4岩石可钻性的计算刘向君、孟英峰在对全国各类油气田的岩石可钻性进行了大量实验研究和测定工作的基础上，建立了一种基于岩石物理参数的岩石可钻性预测模型[24]。即：（4.28）式中:Kd——为岩石可钻性，m/h；X——为岩石硬度，MPa，相关系数R＝0.9471；大庆石油学院李士斌、阎铁等在实验分析的基础上给出牙轮钻头可钻性级值和纵、横波时差的关系式：(4.29）(4.30)4.2.3利用测井资料优选钻头从上面的分析我们可知，可以利用声波和核测井资料，可分别计算岩石的硬度，抗压强度且利用经验公式也可以计算岩石的可钻性等地层岩石信息；最后根据这些资料参阅钻井工程手册，针对一序列地层我们可以选出与之相适应的钻头序列。下面是塔里木山前构造（乌什地区）某口井部分井段的地层声波测井资料（见表4.8）。表4.8乌参1井岩心可钻性等实验测量值与声波时差等测井值统计表深度DEPTH(m)AC(us/ft)声波时差GR(API)自然伽马Kd可钻性级值Gd(mg)研磨性Sc(MPa)抗压强度Hd(MPa)硬度4681.00064.53061.8773.06021.20031.350602.4704683.50064.67457.2746.04029.93026.450424.2504779.00067.87549.5554.61017.72037.130599.2404781.00067.43566.5014.51051.13034.020832.8704785.00063.75065.9544.95030.48039.630619.3505319.50056.36151.0405.5808.90054.3401115.0805321.00061.37549.5476.28045.41010.100188.22051 山前构造钻头优选技术续表4.8深度DEPTH(m)AC(us/ft)声波时差GR(API)自然伽马Kd可钻性级值Gd(mg)研磨性Sc(MPa)抗压强度Hd(MPa)硬度5323.00058.69152.6445.70012.89014.470471.1605457.00072.31366.9503.0808.40054.220967.2805459.00059.07041.4633.6109.61043.120830.6505461.00059.00047.5018.80019.80054.2201318.6605583.00062.49944.4696.98057.35015.400336.2505586.00060.63841.0646.70039.79010.610249.400┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄6003.50067.15671.0135.0206007.00071.13746.3985.7806083.50068.99160.6873.400分析上面的测井资料，我们可得到岩石的可钻性资料、硬度和岩石抗压强度，最终选出不同地层的钻头序列,如下表4.9。表4.9部分井段钻头序列井段（m）4681.0-4785.04785.0-5586.06003.5-6083.5地层吉迪克组下第三系（E）白垩系（K）牙轮钻头江汉：H136、H127、HJ137、G134A、GJ135AB、江汉：H216、H217、H517A、G515、ATJ22、HJ517川石：SHT22R江汉：H517、H527A、HJ517、G515、ATJ22川石：SHT22RPDC钻头川克：R535、R419、AR545、S226江汉：B331、B461R、B361RG、B27M川克：R437、S226、S725、R426、G536X江汉：B331、B461R、B361RG、B27M川克：R535、R435、R437、S226、G536X江汉：B331、B461R、51 山前构造钻头优选技术4.3利用微钻法获取岩石力学参数优选钻头序列岩石力学参数包括岩石硬度、岩石抗压强度、岩石抗剪强度、岩石的可钻性等，它们反映了岩石抗破碎的特征。钻头选型的工作就是选择与地层类型相匹配的钻头，因此地层岩石的力学性质是研究合理钻头选型的基础。4.3.1岩石硬度和塑性系数岩石的抗压硬度，是用史氏岩石硬度计测得的。它反映了钻进中产生的岩石体积破碎的门限值，当比压达到或超过岩石史氏岩石硬度值时，牙齿吃入岩石后，在冲击、刮挤和切削作用下，岩石产生较大块状的体积破碎。由于压模压入岩石的应力分布及岩石破碎过程与牙轮钻头压入岩石的应力分布和破碎过程相似，所以岩石的硬度在岩石分类中是一个比较重要的方法，其计算公式[24]为:(4.31)式中：P一产生破碎时压模的载荷，N；S一压模底面积，；—硬度值，Mpa。表4.10岩石硬度分类表类别软中硬级别123456789101112硬度<98982452454904909809801470147019601960294029403920392049004900588058806860>686051 山前构造钻头优选技术岩石的塑性系数指岩石破碎时所消耗的总功与破碎前弹性变形功的比值，岩石的塑性系数反应岩石的塑性，由于岩石发生破坏时，其脆性破坏和塑性破坏的性质有差异，对于钻井工程中，钻头型号的选择、参数选择具有重要的指导意义。其计算公式为:(4.32)式中:——塑性系数；——破碎前消耗的总功；——弹性变形功；4.3.2岩石的单轴抗压强度当无侧压试样在纵向压力作用下至破坏时，单位面积上所承受的载荷，称为岩石的单轴抗压强度。单轴抗压强度的计算公式为:(4.33)式中:R——岩石单轴抗压强度，Mpa；P——岩石破坏的最大载荷，N；A——垂直加载方向试件截面积，。4.3.3岩石抗剪强度岩石的抗剪强度指岩石的抗剪切能力，由于PDC钻头的破岩机理是以剪切破碎为主，所以岩石的抗剪强度可作为PDC钻头选型的依据。51 山前构造钻头优选技术4.3.4岩石的可钻性在罗劳1962年提出的微型钻头钻进法基础上，近年来我国石油界成功研制了可钻性测试仪[6]，经过对大量地下岩心的实验数据的统计分析，得出了按微钻头钻时Y(s)取以2为底的对数，即为指标，可将各地层按可钻性分为10级，见下表4.11。(4.34)表4.11地层可钻性分类表类别软中硬级别12345678910测定值s<44881616323264641281282562565125121024>10244.3.5微钻法优选钻头通过上面的分析，我们可以清晰地发现，可以通过室内试验测定岩石力学性质[24]，从而确定地层的可钻性，再根据地层可钻性值和岩石抗压强度以及硬度查《钻监督手册》和《钻采工具手册》，可选定钻头序列。下面表4.12、表4.13和表4.14为塔里木山前构造某井的室内试验测试结果，结合该表以及岩石的硬度和抗压强度可选出相应的钻头序列（见表4.15）。在处理岩石微钻时值和岩石硬度及其单轴抗压强度时，为了使获得的数据能更好的反应地层信息，应对其实验数据做简单的数据处理，如对取芯厚度进行加权平均，取其平均值等（这儿不对其过程进行详细讲述）。表4.12乌什区块地层岩石可钻性试验结果表井号代码岩样编号井深（m）试验次数微钻时均值（s)平均微钻时值（s)12345TW1177.587155.763.56165.7234.48551 山前构造钻头优选技术乌参1井4678.0～4683.524678.2～4683.526.12525.524.32224.3434678.02～4683.515.961616.516.21615.9644778.0～4784.322.722421.424.32222.7654778.0～4784.329.553233.228.330.7164778.0～4784.347.924748.446.747.4275319～532452.615155.548.151.82107.0785319～532479.237777.875.477.2595319～53248.338.88.928.578.41105457.5～5461.925.863038.330.83632.18115457.5～5461.9439.6459410475446125457.5～5461.9120.6111142123132125.8135582.0～5588.09.931310.514.21312.14145582.0～5588.0108.810010410697103156002.5～6009.310.451110.310.610.5825.56166002.5～6009.351.8585652.554.68176082.0～6089.08.338.58.398.4151 山前构造钻头优选技术表4.13乌什区块地层岩石硬度试验结果表井号代码岩样编号井深(m)试验次数均值(MPa)123456乌参1井TW114678.0～4683.5449.43396.72409.20438.33393.94364.81424.2524678.2～4683.5589.53615.88610.33602.01603.40574.27599.2434678.02～4683.5559.01586.75628.37624.20620.04596.46602.4744778.0～4784.3826.72818.40812.85862.79851.69821.17832.2754778.0～4784.3585.36674.14608.95599.24660.27588.14619.3575319～53241301.121334.431373.251262.281389.891253.961318.6695319.34～5323.84199.25186.37182.36190.35182.78188.22105457.5～5461.9890.53828.11785.11798.98887.76793.43830.65115457.5～5461.91176.281104.541123.571095.821120.791069.471115.08125457.5～5461.9970.98934.92909.951015.371004.27968.21967.28135582.0～5588.0513.23430.01441.10563.17435.56443.88471.16156002.5～6009.3321.81338.46366.20338.46320.42332.16336.2551 山前构造钻头优选技术176082.0～6089.0256.23242.31253.28248.39246.78249.40表4.14乌什区块地层岩石单轴抗压强度试验结果表井号代码岩样编号井深(m)试件编号试件尺寸(mm)最大载荷(KN)单轴抗压强度(MPa)均值(MPa)乌参1井TW114678.0～4683.51Ф24.4850.0412.326.1526.452Ф24.5050.4212.626.7424678.2～4683.53Ф24.5051.2418.439.0537.134Ф24.5849.0816.735.2134678.02～4683.55Ф24.5250.3214.731.1531.1544778.0～4784.36Ф24.6848.2415.732.8434.027Ф24.6638.2416.835.1954778.0～4784.38Ф24.1250.2218.139.6339.6375319～53249Ф24.5444.9226.556.0654.3410Ф24.5445.8624.952.6795319.34～5323.8411Ф24.3244.234.710.1010.10105457.5～5461.912Ф24.6250.1825.854.2254.22115457.5～5461.913Ф24.6250.1825.854.2254.22125457.5～5461.914Ф24.6250.3219.440.7743.1215Ф24.6050.7021.645.47135582.0～5588.016Ф24.6048.926.112.8414.4717Ф24.6844.327.716.10156002.5～6009.318Ф24.0644.687.015.4015.4051 山前构造钻头优选技术176082.0～6089.019Ф24.0050.264.810.6110.61表4.15部分井段钻头序列井段（m）4678.0-4784.34784.3-5588.06002.5-6089.0地层吉迪克组下第三系（E）白垩系（K）牙轮钻头江汉：H136、H127、HJ137B、G134A、GJ135B休斯：J3江汉：H216、H217、H517A、G515、ATJ22、HJ517川石：SHT22R休斯：J4江汉：H417A、H437A、HJ417、G435、ATJ11川石：SHT11R休斯：J11PDC钻头川克：R535、R419、R427、AR545、S226江汉：B331、B461R、P37、B27M川克：R437、S226、S725、R426、G536X江汉：B331、B461R、B361RD、B27M、P41川克：R537、R426、R431、G536X江汉：B264、B268、B15S、B11M、B9M、4.4邻井参数比对法优选钻头序列当一些地区缺乏测井、井史、岩石力学实验等资料时，用以上方法就很难优选钻头，这就需要我们结合邻井资料和其它井中各钻头在不同地层的使用情况。利用邻井的地层岩石信息定性的分析该井的地层岩石特征、判断该井段地层层序和厚度等信息；分析钻头在其它井的使用情况以及与地层的配伍性，评价其使用效果，最终找出适合该井段并能达到最快机械钻速和最长寿命的钻头。表4.16就是乌什凹陷依拉101井的岩性和现场钻头使用情况，表4.1为依拉2井现场钻头使用情况。比较两口井在乌什地区的钻头使用情况(钻时、每种钻头钻井井深、钻速、使用效果等)，最后推选在乌什地区的其它井在相同地层条件下的推荐钻头序列。表4.16依拉101井岩性和钻头使用情况井深m岩性钻时地层钻头代号钻头类型MinMin/m224.00杂色砾246011.5QGA114三牙轮446.61小砾岩，泥638027.43N2KSHT22RG三牙轮51 山前构造钻头优选技术858.20砂砾747518.16N2KGJ535GL三牙轮1039.93杂色砾328518.28N2KGJ515GL三牙轮1151.02杂色砾264023.35N2KGJ515GL三牙轮1301.00泥，砾362024.13N2KSHT22RG三牙轮1367.01砂砾222533.71N2KGJ515GL三牙轮1593.09小砾岩，泥521023.04N2KSHT22RG三牙轮1802.00砂质、泥岩378018.09N2KGJ535GL三牙轮1872.00泥岩104014.86N2KGJ535GL三牙轮2173.00粗砂泥447014.85N2KHJT517GK三牙轮2968.00砂泥1164514.65N2KGS605F金刚石3234.00砂泥354513.31N1JM1955SS金刚石3279.00泥187041.83N1JHJ517G三牙轮3972.00泥砂958014.21N1JG536X金刚石5000.10砂泥1756017.08N1JG536X金刚石5102.00砂泥343033.66N1JG536X金刚石5137.00砂泥271577.57EFAT127三牙轮5343.30泥616529.88EG536X金刚石5437.62泥砂砾297031.49EHJ517G三牙轮5451.00泥95071EFM2553S金刚石5477.30泥2640100.38EHJ517L三牙轮5523.40泥345074.84EG536X金刚石5545.00泥2520116.67EHJ517G三牙轮5555.00泥1230123KG536X金刚石5587.00泥、粉砂121037.81KFM2553S金刚石5617.80砂砾泥172055.84KHJ517G三牙轮5638.80泥2770131.9KHJ517L三牙轮5688.00泥240048.78KM1354SG金刚石5736.60泥质粉砂384079.01KM1354SG金刚石5785.60泥5270107.55KM1354SG金刚石51 山前构造钻头优选技术5842.00小砾岩，泥265046.99KHJ517L三牙轮5883.00泥、砂砾293071.46KHJ517L三牙轮5893.60泥1650155.66KHJ517L三牙轮5950.00泥、粉砂6070107.62KM1365金刚石5954.00砂质、泥岩1270317.5KSc276取心5962.00砂砾、泥1320165KSc276取心5971.50砂质、泥岩49051.58KG536X金刚石5893.60泥1650155.66KJQ407取心5950.00泥、粉砂6070107.62KG536X金刚石5954.00砂质、泥岩1270317.5KHJ537G三牙轮5962.00砂砾、1320165KSc226取心5971.50砂质、泥岩49051.58KM1365金刚石5974.80砂泥岩960290.91KHJ537G三牙轮5978.65砂砾岩660171.43KHJ537G三牙轮5999.26泥岩172083.45KG536X金刚石6003.16砂砾泥800205.13KH517三牙轮6021.30砂泥岩2970163.73KHJ537G三牙轮6033.68砂砾泥2020163.17KHJ537G三牙轮6051.00泥岩2480143.19THJ537G三牙轮结合上面的分析，且比较各井钻头使用情况，以及各钻头的适用性，优选钻头时不考虑在钻井中钻进井段短的钻头和钻塞钻头以及钻速很低的钻头。可初选出适合乌什凹陷的钻头序列（如表4.17）。此钻头序列主要是靠钻井过程中取得的经验（钻井经验是目前钻井工作中指导钻井最重要的方法之一）。表4.17乌什凹陷钻头序列地层层位牙轮钻头PDC钻头Q江汉：GA114川石：PC3、SHT115N2K江汉：GJ535、HJT517川克：GS605F51 山前构造钻头优选技术川石：SHT22、SHT11RN1K川克：GS605F、G536X续表4.17地层层位牙轮钻头PDC钻头N1J江汉：HJ517G川克：GS605H、G536XBEST:M1955SS、M1954SS、M1655SSE江汉：HJ517川克：G536XK江汉：HJ517L、HJ517G、HJ537川克：G536XBEST:M1354SGT江汉：HJ537BEST:MC086451 山前构造钻头优选技术5综合法优选钻头序列5.1各种优选钻头方法评价利用综合法优选钻头序列就是综合考虑钻井工作参数、测井资料、实验室测得的岩石力学性质、钻井经验、钻井经济评价等方法进行优选钻头。在日常优选钻头中，往往用一种方法很难选出合适的钻头序列，且选出的钻头序列适用性不强。此种方法就是比较、分析上面几种方法，综合分析各因素在优选钻头中所占的权重[29]，并比较各种方法所算出的地层参数，确定其准确性，从而达到最优选钻的目的，以便最终选出适合该区域的钻头序列。利用钻速方程优选钻头序列，其优点是能很好的反应地层信息，利用现场使用效果好的钻速方程反算可较准确的确定地层的可钻性资料，目前且每口井都记录了钻井井史资料利于获取其工作参数资料，原始资料来源方便。但其确定工作参数时，易受工作方式的影响，不好评估其合理性。而且其工作参数的测定也存在一定得误差。在山前构造带，钻井存在的一个很大难题就是井斜，井斜不仅导致无法钻达目的层和引起井下事故，还会使钻井过程中的工作参数代表的地层信息质量变差。采用测井资料优选钻头序列是利用地球物理方法间接反应地层信息，通过一系列经验公式计算地层岩石力学参数。其优点是能间接且比较准确的反应地层信息，资料全面且详细，而且同一个岩石力学参数可以用不同的测井资料获得，结果之间能够互相比较，从而获得更为准确的岩石力学参数。其缺点是由于测井费用昂贵并复杂，各地区间地理、技术条件等存在差异，也不能让每个井段或每口井都能进行测井测试导致资料获取不全。塔里木山前构造带测井技术使用相当广泛且测井内容全，为钻井起到了很好的指导作用。利用微钻法进行优选钻头就是通过岩石室内试验（采取目前统一的实验标准）获取岩石力学各项参数，再根据力学参数参照各项指标优选钻头序列。该种优选钻头方法是目前发展比较成熟的优选钻头方法之一，其实验方法、工具等已经形成了一系列标准，能够进行标准化实验，推广性强，易于不同井或地区间相互比对。缺点是岩石的取芯资料有限，取芯费用昂贵，不能达到在每个井段都能取芯的要求，且在山前构造带由于岩性变化快，取出的岩芯代表性也相对变差，不能把得出的实验结果很好地运用于其它井或区域。利用邻井资料、钻头使用情况等资料优选钻头51 山前构造钻头优选技术就是参照邻井或该构造地区在不同地层处钻头的使用效果和厂家自身对钻头的推荐等以获得的经验优选钻头。该方法优点是资料获取方便，不用进行复杂的数据处理，现场操作简单，可作为现场优选钻头参考。缺点是经验性太强，随机性大，缺乏合理理论依据为依托。当该地区岩性变化快、地层复杂、缺乏经验资料时，该方法的合理性就会非常的差，不具有代表性。由于资料借鉴性差，该种优选钻头方法在塔里木山前构造地区使用就存在很大的缺陷，得出的钻头序列只能作为现场参考。5.2综合法优选钻头序列综合比较上面这四种优选钻头方法，当各种方法单独使用于塔里木山前构造带优选钻头序列时，利用测井资料和微钻法优选钻头是最好的优选钻头序列方法，其次是利用钻速方程优选钻头，最后是利用邻井资料、钻头使用情况等资料优选钻头。在此我们使用这四种方法综合分析，通过分析其各种优选钻头序列结果的准确性，可以确定这几种方法在山前构造优选钻头中所占的权重值，从而达到合理优选钻头的目的。如：在吉迪克组（N1J）中，通过各种方法优选钻头序列的结果为见表5.1。表5.1吉迪克组钻头序列优选钻头序列的方法牙轮钻头PDC钻头测井资料优选钻头江汉：H136、H127、HJ137、G134A、GJ135AB、川克：R535、R419、AR545、S226江汉：B331、B461R、B361RG、B27M微钻法优选钻头江汉：H136、H127、HJ137B、G134A、GJ135B、休斯：J3川克：R535、R419、R427、AR545、S226江汉：B331、B461R、P37、B27M钻速方程优选钻头江汉：H136、HJ137BBest:M1954SS、M1955SS邻井参数对比优选钻头江汉：HJ517G川克：GS605H、G536XBEST:M1955SS、M1954SS、M1655SS51 山前构造钻头优选技术分析所选出的钻头序列结果，各种方法得到的钻头序列有所不同，从上面的分析可知，在塔里木上前构造带，使用测井资料和微钻法优选钻头序列具有更可靠地理论基础和现实意义，其中利用钻速方程和邻井参数对比优选钻头序列所得结果在理论上不会很理想。在综合法优选钻头序列中，针对吉迪克组我们可以把测井资料和微钻法优选钻头序列所占权重值定为80%，利用这两种方法选出相应钻头序列再参照钻速方程和邻井参数对比优选钻头法，对各别优选钻头结果做稍微调整。最终得出最优钻头序列为：三牙轮钻头：江汉：H136、HJ137B、G134A、GJ135AB，休斯：J3；PDC钻头：川克：R535、R419、AR545、S226，江汉：B331、B461R、B27M，Best:M1954SS、M1955SS（在采用测井资料和微钻法两种方法优选钻头的过程中，没有针对Best公司的钻头选出相应的钻头序列，但由于塔里木山前构造带常有该公司的产品使用，所以这儿只参照了剩下的两种方法，给出了一个钻头序列）。参照对吉迪克组（N1J）优选钻头序列的分析，可得到其它地层层位的最优钻头序列，下面表5.2就是利用综合优选钻头方法得出的塔里木库车凹陷乌什地区钻头序列结果。表5.2钻头序列地层层位牙轮钻头PDC钻头Q江汉：R1、H517A、H417A、HJ417A、GA114川石：P1、P2、SHT115川克：R481江汉：B9MN2K江汉：J3、HJT517川石：SHT11R、SHT22R川克：R431、GS605江汉：B15S、B10MN1K江汉：R1休斯：J1Best:M1955SS、M1954SS川克：G536X、GS605F、R481N1J江汉：H136、HJ137B、G134A、GJ135AB、休斯：J3Best:M1954SS、M1955SS川克：R535、R419、AR545、S226江汉：B331、B461R、B27ME江汉：HJ517R、ATJ22、H216、G515川石：SHT22R休斯：J4川克：G536X、R426、S226江汉：B331、B461R、B27M51 山前构造钻头优选技术续表5.2地层层位牙轮钻头PDC钻头K江汉：HJ517R、ATJ22、G515、H517川石：SHT22RBest:MC0866、M1354SG川克：R485、G536X、R426江汉：B264、B268、B11M、B9M、T江汉：HJ537川克：D41BEST:MC0864从上面的分析可知，利用各种方法都能选出一个钻头序列，但其各自也存在缺点，只有综合使用这几种方法才能选出很好的钻头序列。本文在这儿只针对了塔里木山前构造乌什地区进行了分析，得出了其钻头序列，对于塔里木山前构造的其它区域也可以用同样的方法得到合适的钻头序列。51 山前构造钻头优选技术结论本文通过分析塔里木山前构造特征、钻头适应性以及钻头选型方法，并详细讲述了利用钻速方程、测井资料、微钻法、经验法优选钻头的原理并优选出钻头序列，最后利用综合法优选出了适合塔里木山前构造的钻头序列。（1）结合塔里木实际情况，分析塔里木山前构造地层倾角大、岩性变化快、钻井难题大等问题，并结合对钻头适应性分析，找出了优选钻头存在的难题。（2）分析钻速方程的优选钻头原理，并结合塔里木乌什凹陷地区的实际情况进行优选钻头，选出结果与实际钻头使用情况有很好匹配性的钻头系列。（3）对利用测井资料优选钻头进行了全面分析，获取相关岩石力学参数，并利用现场测井资料优选钻头，优选出相应钻头序列。（4）分析微钻法获取岩石力学参数，并结合各项力学指标以及钻头适应性优选钻头，优选出基于室内试验基础上的钻头序列。（5）比较各井现场钻头使用情况，分选出使用效果好的钻头，在经验的基础上，优选出了同一构造地区的钻头序列。（6）在各种方法选钻方法的基础上，综合考虑各项因素，从最优钻进的目的出发，分析各种方法的优缺点，利用综合法优选出了适合塔里木山前构造(乌什凹陷地区)的钻头序列。51 山前构造钻头优选技术建议由于目前钻井技术发展很快，在优选钻头工作上，还存在很多方法，为了更好的选出最优钻头，建议在以后的工作中进一步改进和完善。（1）优选钻头还有经济评估法、神经网络法等方法，建议在以后的优选钻头工作中做进一步研究。（2）在优选钻头时，各种方法所侧重的角度不同，受影响程度不同且本身也存在误差。则选出的钻头序列也有差距，建议对各种方法针对不同情况确立一个权重值，综合优选钻头。（3）建议针对不同地区建立数据库，方便以后优选钻头。51 山前构造钻头优选技术致谢本文是在熊继有教授的悉心指导和严格要求下完成的，熊老师从论文的选题、研究思路和研究内容的确定和论文资料的收集到论文的撰写过程中，给予了很大的帮助。在论文编写中，也得到了研究生董学成等的热心指导，在此对以上个人表示衷心的感谢。51 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