四川氣田GM區(qū)塊鉆頭優(yōu)選評(píng)價(jià)

蔣曉紅，王 坤，李 果，焦瑞琴，張連學(xué)，陳習(xí)水

(1.中國(guó)石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川德陽(yáng) 618000；2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院；3.中國(guó)石化西南油氣分公司)

四川氣田GM區(qū)塊T3x地層厚約2 000 m，巖性以大段泥頁(yè)巖夾砂巖互層為主，間夾部分礫巖層(T3x4底部)和煤系地層。地層巖石整體致密、硬度高、可鉆性差，導(dǎo)致鉆井中機(jī)械鉆速慢、鉆井效率低，影響鉆井進(jìn)程。為提高GM區(qū)塊T3x地層鉆井效率，開(kāi)展鉆頭優(yōu)選評(píng)價(jià)極為必要。

1 巖石硬度和可鉆性實(shí)驗(yàn)測(cè)定及模型剖面建立[1-7]

采用巖心壓入硬度法針對(duì)不同巖性開(kāi)展巖石硬度測(cè)量，實(shí)驗(yàn)巖石硬度分布在546～1 688 MPa，平均1 155.71 MPa，屬中軟-硬地層。采用微鉆法按行業(yè)規(guī)范對(duì)所收集的巖心進(jìn)行可鉆性測(cè)定，測(cè)量結(jié)果表明：PDC可鉆性級(jí)值測(cè)量范圍在5.1～9.6，平均7.4；屬中-硬級(jí)別。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，結(jié)合聲波測(cè)井資料，建立了GM區(qū)塊T3x地層巖石硬度、可鉆性級(jí)值與聲波時(shí)差預(yù)測(cè)模型(公式1、2)。從公式可見(jiàn),巖石硬度及可鉆性級(jí)值同測(cè)井聲波時(shí)差相關(guān)性較好。

Hy=69684EXP(-0.0662 ΔT)

R=0.8059

(1)

Kd=75.952EXP(-0.0373ΔT)

R=0.8112

(2)

式中：Hy——巖石硬度，MPa；ΔT——聲波時(shí)差, μs/ft；Kd——巖石可鉆性級(jí)值，無(wú)單位。

利用上述巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)建立的巖石硬度、可鉆性級(jí)值預(yù)測(cè)模型,結(jié)合礦場(chǎng)測(cè)井聲波資料,建立GM區(qū)塊T3x地層巖石硬度、可鉆性級(jí)值剖面(圖1、圖2)。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及預(yù)測(cè)模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比可見(jiàn),預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值吻合性較好，預(yù)測(cè)結(jié)果有較高可靠性，能夠滿足工程應(yīng)用的需要。

2 地層巖石硬度及可鉆性特征

根據(jù)GM區(qū)塊多口井巖石硬度、可鉆性級(jí)值計(jì)算參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析(圖1、圖2、表1)：縱向上，T3x地層自上而下巖石可鉆性級(jí)值、硬度參數(shù)隨埋深增加呈增大趨勢(shì)，特別是T3x2段地層巖石可鉆性級(jí)值、硬度明顯較上部地層高，T3x4段中下部砂巖、礫巖地層巖石可鉆性級(jí)值、硬度相對(duì)上、下部地層較高；此外，從巖性分析來(lái)看，砂巖巖石可鉆性級(jí)值、硬度普遍較泥巖高。各層段地層特征如下:

T3x5段：砂巖可鉆性級(jí)值平均介于5.43～7.50，屬中硬地層；泥巖可鉆性級(jí)值平均介于3.97～5.57，屬軟-中硬地層。砂巖硬度平均介于600～1 200 MPa，屬中軟-硬地層；泥巖硬度平均介于390～730 MPa，屬中軟地層。

T3x4段：砂巖可鉆性級(jí)值平均介于6.88～7.91，屬中硬地層；泥巖可鉆性級(jí)值平均介于5.51～6.35，屬中硬地層。砂巖硬度平均介于1000～1 320 MPa，屬中硬地層；泥巖硬度平均介于710～920 MPa，屬中軟地層。

T3x3段：砂巖可鉆性級(jí)值平均介于5.60～8.12，屬中硬-硬地層；泥巖可鉆性級(jí)值平均介于5.35～5.98，屬中硬地層。砂巖硬度平均介于742～1 360 MPa，屬中硬地層；泥巖硬度平均介于680～820 MPa，屬中軟地層。

T3x2段：砂泥巖可鉆性級(jí)值平均值均大于7.40，屬硬地層。砂泥巖硬度平均值均大于1 100 MPa，屬硬地層。

圖1 GM4巖石可鉆性、硬度實(shí)測(cè)點(diǎn)與預(yù)測(cè)剖面比對(duì) 圖2 GM2巖石可鉆性、硬度實(shí)測(cè)點(diǎn)與預(yù)測(cè)剖面比對(duì)

表1 GM區(qū)塊T3x巖石可鉆性級(jí)值、硬度特征

3 鉆頭優(yōu)選評(píng)價(jià)

明確了GM區(qū)塊T3x地層巖石可鉆性、硬度特征，結(jié)合各類鉆頭適宜特性，推薦縱向各段適宜鉆頭類型(表2)，(表2中鉆頭編碼含義：第1位數(shù)表示牙齒特征及所適用地層及地層系列號(hào)：1-銑齒，軟地層；2-銑齒，中到中硬地層；3-銑齒，硬地層；4-鑲齒；軟地層；5-鑲齒，軟到中硬地層；6-鑲齒；中硬地層；7-鑲齒，硬地層；8-極硬地層。第2位數(shù)表示所鉆地層由軟到硬分為四級(jí)：1-代表1級(jí)；2-代表2級(jí)；3-代表3級(jí)；4-代表4級(jí)。第3位數(shù)表示鉆頭結(jié)構(gòu)特征：1-標(biāo)準(zhǔn)型滾動(dòng)軸承；2-用空氣清洗和冷卻的滾動(dòng)軸承；3-滾動(dòng)軸承保徑鉆頭；4-密封滾動(dòng)軸承；5-密封滾動(dòng)軸承保徑齒；6-密封滑動(dòng)軸承；7-密封滑動(dòng)軸承保徑齒；8-定向井鉆頭；9-其他)；并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合GM區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)所用鉆頭使用情況，推薦鉆頭優(yōu)選原則：T3x5～T3x3段推薦選用PDC鉆頭為主，T3x4底部礫石層至T3x3段可選用牙輪鉆頭作備用方案，T3x2段推薦選用RSI1615型PDC鉆頭、K507孕鑲金剛石鉆頭、HJT537GK牙輪鉆頭、備用XR30T牙輪鉆頭。鉆頭優(yōu)選推薦結(jié)果見(jiàn)表3。

4 結(jié)論

(1)測(cè)井資料可較好地反映巖石的物理機(jī)械力學(xué)特性，尤其聲波時(shí)差測(cè)井資料與巖石的硬度、可鉆性存在較好的相關(guān)性；因此，利用聲波測(cè)井資料結(jié)合巖心實(shí)驗(yàn)測(cè)量標(biāo)定可有效地預(yù)測(cè)地層巖石硬度及巖石可鉆性，為鉆頭優(yōu)選提供可靠基礎(chǔ)依據(jù)。

表2 GM區(qū)塊T3x地層適宜鉆頭類型推薦

(2)明確地層巖石機(jī)械力學(xué)特征，優(yōu)選設(shè)計(jì)針對(duì)性鉆頭，可以更好地發(fā)揮鉆頭的優(yōu)點(diǎn)，提高鉆頭的使用壽命和機(jī)械鉆速，降低鉆井成本。

表3 GM區(qū)塊T3x地層鉆頭優(yōu)選推薦

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