山前构造钻头优选技术 - 图文

山前构造钻头优选技术

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φ311.10mm HAT127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φ215.9mm HJ517L钻头，总进尺302.26m，纯钻时间70.92m，平均机械钻速4.26m/h。

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。

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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）

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。

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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]

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V?5.62A131.27?W?60B?1.026CAC?NB?EH?eD(?w?1.15) (4.1)

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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）

A?0.5366?0.1993Kd B?0.9250?0.0375Kd C?0.7011?0.05682Kd D?0.97673Kd?7.2703 钻头压降: Pb?

（4.2）

（4.3）

（4.4） （4.5）

?Q22CA22 （4.6）

钻头水功率: Nb?PQ?b?Q32CA22 （4.7）

有效钻头比水功率: EH?比钻压: W?4Nb （4.8） ?D24PZ （4.9） 2?DV——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/cm2; 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:

Kd?lgV?0.5366lgW?0.9205lgN?0.7011EH?3.175(?W?1.15)?0.06290.1993lgW?0.0375lgN?0.05682lgEH?0.4242(?W?1.15)?0.0821 (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]：

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