基于地層與巖性特征分析的鉆頭選型輪廓化概念設計

褚洪波

（西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依 834009）

基于地層與巖性特征分析的鉆頭選型輪廓化概念設計

褚洪波

（西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依 834009）

某地區地層巖石過于堅硬，鉆井速度較低，針對該地區對鉆頭的類型進行優選，在一定程度上能夠提升該地區鉆井速度。主要對地層巖性特征分析的鉆頭選型輪廓化概念設計進行分析。

地層特征；巖性特征；鉆頭選型；輪廓化概念

1 對鉆頭破巖效率影響的因素

1.1 多期構造影響

該地區地質構造復雜且年代久遠，巖石均為砂巖、碳酸鹽巖、泥巖及白云巖相互交錯，選擇適當的鉆頭具有一定難度。該地區地層傾角較大，鉆井較易發生傾斜，導致鉆壓的作用不能充分發揮。地層復雜且起伏較大，地層的孔隙壓力使鉆井結構設計變得復雜等，因此，鉆頭選型有較高的不確定性及盲目性，較難達到鉆井的預期的速度。

1.2 陸相地層厚度大

由于該地層的研磨性較高、可鉆性較低，在破石的過程中較難讓鉆頭將巖石擊碎，可鉆性級值較高，平均全剖面為6.353。地層深處的巖石為碳酸鹽，平均全層面級值為7.45。鉆井的深度增加后，巖石更加堅硬，該地區地層的可鉆性級值逐漸升高。因此，鉆頭的工作效率較難達到預期效果。此外，陸相地層類型為沖擊扇，該地區除巖性變化多端以及與砂泥頻繁交錯之外，其在自流井組等巖石破碎的難度、厚度均較大。

2 鉆頭的選型以及提升鉆井速度的認知

2.1 該地區地層巖性特征

該地區沉積的變化以海相碳酸鹽巖石為主，之后由于地球斑塊碰撞，巖性發生較大的變化。起初的巖石性質為泥巖以及巖屑長石石英砂巖，最后演變成為灰巖夾生物灰巖以及含燧石結核。

2.2 該地區的地層產狀、巖石特征對鉆頭的選型以及提升鉆井速度的認知

該地區由于受到多次構造運動的影響，其地層地質具有一定的復雜性，主要是白云巖、泥巖、碳酸鹽巖以及砂巖相互交錯形成。地層本身的性質對鉆頭類型選擇以及對鉆井速度的影響較大。

該地區的陸相地層厚度較大并且地層傾角較大，制約鉆井的速度。其傾角在35°～43°，井斜控制的難度較高。根據井斜對鉆壓敏感理論可知，在此種類型的浮層中，由于需要對井斜進行控制，鉆頭施加的負荷不可過高，應該采用輕壓快轉的方式，而鉆壓能夠直接決定鉆頭的吃入深度、破巖效果不能夠得到充分的發揮，就算鉆頭選型正確，也不能夠實現最佳的破巖效果。

3 地層與巖性分析鉆頭選型輪廓花概念設計

白堊紀以砂泥為主，傾角較小，通常會使用大尺寸井眼鉆來對地層進行鉆探，并且該地層中含有礫巖透鏡體或者灰巖礫石，會選擇牙輪鉆頭，以高鉆壓鉆進。

蓬萊鎮組以泥巖為主，傾角小，通常會使用大尺寸井眼鉆對地層進行鉆探，并且由于其內部含有礫巖，會選擇PDC鉆頭，在其下部選擇牙輪鉆頭，均以高鉆壓鉆進。

遂寧組以砂泥巖為主，傾角較小，通常會使用大尺寸井眼鉆來對地層進行鉆探，PDC鉆頭以及牙輪鉆頭均適用，高鉆壓鉆進。

上、下沙溪廟組以砂泥巖為主，砂巖與泥巖厚度不相等，傾角在35°～38°，并且傾角傾向SW176°，通常會使用大尺寸井眼鉆來對地層進行鉆探，因需要進行防斜打直，會選擇地層適應性較強以及使用性較強的寬齒牙輪鉆頭，以低鉆壓鉆進。

千佛崖組以砂泥巖為主，傾角在40°～41°，并且傾角傾向SW135°，通常會使用大尺寸井眼鉆來對地層進行鉆探，因需要防斜打直，需使用牙輪鉆頭，以低鉆壓鉆進。

自流井組以砂泥巖為主，泥巖與砂巖厚度相等，其下部砂巖與頁巖厚度不相等，傾角在41°～42°，并且傾角傾向SW158°，通常會使用大尺寸井眼鉆來對地層進行鉆探，選擇寬齒牙輪鉆頭為主，以低鉆壓鉆進。并且會采用空氣鉆井方法與空氣錘，將變旋鉆井轉變為頓鉆鉆井，以破碎礫巖層。

須家河組最難鉆進，其傾角在42°～43°，傾角傾向NE80°，地層總厚度為330m，通常會使用大尺寸井眼鉆以及常規尺寸井眼鉆來對地層進行鉆探，因需要防斜打直，選擇寬齒牙輪鉆頭為主，以低鉆壓鉆進。利用空氣鉆井方法與空氣錘，將變旋鉆井轉變為頓鉆鉆井，以破碎礫巖層。

雷口坡組為海相地層開始階段，通常會使用大尺寸井眼鉆以及常規尺寸井眼鉆來對地層進行鉆探，會選擇PDC鉆頭為主，以寬齒牙輪鉆頭為輔，以高鉆壓鉆進。

嘉陵江組以碳酸鹽巖為主，通常會使用常規尺寸井眼鉆來對地層進行鉆探，由于其白云巖以及膏巖鹽較多，會選擇PDC鉆頭為主，牙輪鉆頭為輔，以高鉆壓鉆進。

飛仙關組巖性相對古老，其傾角在70°～80°，通常會使用大尺寸井眼鉆以及常規尺寸井眼鉆來對地層進行鉆探，由于其白云巖以及膏巖鹽較多，會選擇PDC鉆頭為主，牙輪鉆頭為輔，以低鉆壓鉆進。

長興組為組合型碳酸鹽巖，通常會使用小尺寸井眼鉆來對地層進行鉆探，由于其石灰巖以及白云巖較多，會選擇PDC鉆探為主，牙輪鉆頭為輔，其較難使用常規鉆井方式鉆入，可采用動力鉆具鉆井方式聯合PDC鉆頭或高速牙輪鉆頭，能夠提升鉆井速度。

[1] 孫連忠，張進雙，王磊，等.泥巖地層PDC鉆頭鉆井參數優化方法[J].鉆采工藝，2015，（3）：26-29.

C o n c e p t D e s i g n o f D r i l l S e l e c t i o n B a s e d o n S t r a t u m a n d L i t h o l o g y C h a r a c t e r i s t i c A n a l y s i s

Chu Hong-bo

The rock formation in a certain area is too hard and the drilling speed is low，and the drilling type is optimized to a certain extent to improve the drilling speed in the area.In this paper，the conceptual design of drill bit selection prof i le analysis is analyzed.

stratigraphic characteristics；lithology characteristics；bit selection；contour conceptual

P634.41

B

1003-6490（2017）08-0234-01

2017-06-05

褚洪波（1979—），男，新疆克拉瑪依人，助理工程師，主要從事石油鉆井工作。