山前构造钻头优选技术 - 图文

山前构造钻头优选技术

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，由于钻井

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西南石油大学成教学院四川石油学院教学站专科毕业设计（论文）

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 4

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， 山前地区的油气勘探

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西南石油大学成教学院四川石油学院教学站专科毕业设计（论文）

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。 （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

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