李沛泉 (中石油渤海鉆探工程有限公司第一鉆井分公司40617鉆井隊，天津 300270)

汪 浩 (中國石油技術(shù)開發(fā)公司鉆探裝備部，北京 100191)

王 強 (中國石油技術(shù)開發(fā)公司中東分公司，北京 100028)

熊 波 (大港油田第二采油廠地質(zhì)研究所，河北 滄州 061103)

蘇春雷 (中石油大港石油分公司第五采油廠，天津 300280)

張 磊 (塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院開發(fā)所，新疆 庫爾勒 841000)

大港油田歧口凹陷鉆頭優(yōu)選研究

李沛泉 (中石油渤海鉆探工程有限公司第一鉆井分公司40617鉆井隊，天津 300270)

汪 浩 (中國石油技術(shù)開發(fā)公司鉆探裝備部，北京 100191)

王 強 (中國石油技術(shù)開發(fā)公司中東分公司，北京 100028)

熊 波 (大港油田第二采油廠地質(zhì)研究所，河北 滄州 061103)

蘇春雷 (中石油大港石油分公司第五采油廠，天津 300280)

張 磊 (塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院開發(fā)所，新疆 庫爾勒 841000)

優(yōu)選出適合鉆進地層特征的鉆頭對于提高機械鉆速，降低鉆井成本，加快勘探開發(fā)進程至關(guān)重要，而巖石的可鉆性是合理選擇和設(shè)計鉆頭，優(yōu)選鉆井參數(shù)的重要依據(jù)。大港油田地層復(fù)雜，主要以砂泥巖為主，地層膠結(jié)致密，可鉆性低，研磨性強，是主要的提速層位。在大港油田沙河街組地層巖心室內(nèi)微鉆頭可鉆性實驗的基礎(chǔ)上，分析了可鉆性與聲波時差測井?dāng)?shù)據(jù)的關(guān)系，建立了巖石可鉆性計算模型。通過對已鉆井使用過的鉆頭進行統(tǒng)計分析，并采用主成分分析法選取鉆頭進尺、機械鉆速、純鉆時間、新度、使用個數(shù)、鉆頭成本、鉆壓、轉(zhuǎn)速以及鉆井液密度等8項指標(biāo)對已經(jīng)使用過的鉆頭進行評價分析，并結(jié)合地層巖石可鉆性優(yōu)選出合適的鉆頭?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，優(yōu)選出的鉆頭使用效果良好。

鉆頭優(yōu)選；鉆井參數(shù)；主成分分析法；可鉆性；歧口凹陷

歧口凹陷位于黃驊坳陷中區(qū)，是黃驊坳陷最大的生油凹陷。據(jù)勘探表明，歧口凹陷石油資源占黃驊坳陷總資源量62%，氣資源量占63%，目前累計探明石油儲量僅占其石油資源量的20%左右。由于該地區(qū)地層硬度高，部分層段研磨性高，地層不均質(zhì)性強，造成鉆井過程中機械鉆速低，鉆井周期長，鉆井成本居高不下[1]。因此，對歧口凹陷地層可鉆性進行研究，優(yōu)選出適合研究區(qū)塊地層的鉆頭，對于加快歧口凹陷勘探開發(fā)具有十分重要的意義。

1 歧口凹陷鉆井工程特點分析

歧口凹陷鉆井過程中鉆遇平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組和沙河街組，各區(qū)塊機械鉆速總體呈下降趨勢，地表較疏松，機械鉆速較高，最高達到73m/h，歧口凹陷地質(zhì)條件比較復(fù)雜，特別是沙河街組地層，因其埋藏較深(大部分起始深度在3000m以上)，機械鉆速較慢，很多井在沙河街組有大段井段機械鉆速在2m/h以下，嚴(yán)重制約了鉆井速度和勘探開發(fā)經(jīng)濟效益的提升。為了加快深部沙河街組地層鉆井速度，提高公司整體經(jīng)濟效益，非常有必要針對歧口凹陷地層巖石可鉆性開展研究，弄清其分布規(guī)律，進而優(yōu)選出適合該地區(qū)地層的鉆頭，以指導(dǎo)歧口凹陷優(yōu)快鉆井技術(shù)方案的制定。

2 地層巖石可鉆性的確定

筆者通過室內(nèi)可鉆性試驗，建立縱波時差和地層可鉆性之間的關(guān)系方程，進而建立研究區(qū)域可鉆性剖面，為鉆頭優(yōu)選提供依據(jù)。

1)室內(nèi)可鉆性試驗 對在歧口凹陷收集到的4口井共10塊巖心進行室內(nèi)巖石可鉆性試驗(見表1)。

2)牙輪鉆頭巖石可鉆性計算模型 根據(jù)室內(nèi)巖石牙輪鉆頭可鉆性試驗結(jié)果，結(jié)合聲波測井資料，回歸得到聲波時差與牙輪鉆頭可鉆性之間的關(guān)系(見圖1)：

表1 巖心可鉆性試驗

Kd=18.866e0.0142Δt

(1)

式中,Kd為巖石可鉆性級值； Δt為聲波時差，μs/ft。

3)PDC鉆頭巖石可鉆性計算模型 根據(jù)室內(nèi)巖石PDC鉆頭可鉆性試驗結(jié)果，結(jié)合聲波測井資料，回歸得到聲波時差與PDC鉆頭可鉆性之間的關(guān)系(見圖2)：

Kd=52.325e-0.0359Δt

(2)

4)地層巖石可鉆性剖面的確定 根據(jù)以上回歸得到的聲波時差與牙輪鉆頭和PDC鉆頭關(guān)系方程，結(jié)合聲波測井資料，計算并繪制出地層巖石可鉆剖面，如圖3所示。由圖3可以看出，歧口凹陷沙河街組牙輪可鉆性級值主要分布在5～7之間，根據(jù)巖石可鉆性與地層硬度的分類關(guān)系，可以確定該地層屬于中-中硬地層。

圖1 聲波時差與牙輪鉆頭可鉆性關(guān)系回歸曲線 圖2 聲波時差與PDC鉆頭可鉆性關(guān)系回歸曲線

3 主成分分析法優(yōu)選鉆頭

圖3 歧口凹陷地層巖石可鉆性縱向剖面圖

鉆頭評價的實質(zhì)是比較鉆頭使用效果的優(yōu)劣，因此選用鉆頭使用效果作為評價鉆頭的指標(biāo)。為了盡可能全面的評價，筆者選取了鉆頭進尺、機械鉆速、純鉆時間、新度、使用個數(shù)、鉆頭成本、鉆壓、轉(zhuǎn)速以及鉆井液密度等8項指標(biāo)對已經(jīng)使用過的鉆頭進行評價分析[2-3]。同時為了使結(jié)果具有可比性，所用數(shù)據(jù)取自地層層位相同、巖性相同、鉆頭尺寸相同。把所求得的主分量按其貢獻率綜合成一個新的綜合指標(biāo)[4]：

(3)

式中，ei為各主分的貢獻率；Fi為各主分的綜合指標(biāo)。

綜合指標(biāo)F全面反映鉆頭使用效果，鉆頭的F值越大說明鉆頭使用的效果越好，反之則效果越不好。如果一種鉆頭在評價中出現(xiàn)多次，那么對這種鉆頭的綜合指標(biāo)求其平均值就可以評價出這種鉆頭在該地區(qū)使用效果[5]。筆者應(yīng)用Matlab軟件對該構(gòu)造鉆頭進行了主成分分析，結(jié)合地層可鉆性極值，優(yōu)選出適合沙河街組地層的鉆頭，對大港油田歧口凹陷沙河街組地層鉆頭進行評價，優(yōu)選出MD3634、FM2543、FM3643Z、HCM504ZX等4種鉆頭。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

將上述優(yōu)選出來的鉆頭在歧口凹陷新港區(qū)塊某井沙河街組地層使用，使用情況見表2。從表2數(shù)據(jù)可以看出，各鉆頭機械鉆速快，鉆頭壽命長，使用效果良好。由此可見，主成分分析法優(yōu)選出的鉆頭的特點是符合歧口凹陷地層巖性特點的。

表2 新港區(qū)塊沙河街地層鉆頭使用情況

5 結(jié) 論

1)通過室內(nèi)可鉆性試驗，結(jié)合試驗巖心對應(yīng)的聲波時差數(shù)據(jù)回歸出歧口凹陷地層可鉆性與聲波時差測井之間的關(guān)系方程，并繪制出地層巖石可鉆性極值縱向剖面，為鉆頭選型提供依據(jù)。

2)主成分分析法把相互影響鉆頭鉆進的參數(shù)轉(zhuǎn)化成少數(shù)幾個相互不影響并且涵蓋信息全的參數(shù)，因而評價結(jié)果更加客觀；且評價結(jié)果又能聯(lián)系鉆井參數(shù)，對施工起指導(dǎo)作用。主成分分析法解決鉆頭選型問題最關(guān)鍵的是要合理的選取評價鉆頭的資料，參與評價鉆頭的資料越多其結(jié)果越可靠。

3)通過主成分分析法結(jié)合可鉆性級值，優(yōu)選出鉆頭進行現(xiàn)場試驗。現(xiàn)場應(yīng)用表明，優(yōu)選出的鉆頭在歧口凹陷新港區(qū)塊某井沙河街組使用效果良好。

[1]張輝，高德利.鉆頭選型方法綜述[J].石油鉆采工藝，2005，27(4)：1-5.

[2]夏宏南，孫繼明，王小建，等.主成分鉆頭評價方法在中原油田的應(yīng)用[J].河南石油，2005，19(3)：45-46.

[3]張輝，高德利.用主成分投影法評價和優(yōu)選鉆頭[J].石油鉆探技術(shù)，2006，31(1)：39-41.

[4]馬志亮，樓一珊.吐哈油田馬朗凹陷火成巖地層鉆頭優(yōu)選技術(shù)研究[J].石油天然氣學(xué)報(江漢石油學(xué)院學(xué)報)，2011，33(3)：152-154.

[5]陳俊，聶翠平.鉆頭使用的統(tǒng)計綜合評判[J].西安石油學(xué)院學(xué)報，1996，11(5)：26-29.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.08.033

TE921

A

1673-1409(2012)08-N100-03

2012-05-24

李沛泉(1986-)，男，2007年大學(xué)畢業(yè)，助理工程師，現(xiàn)主要從事大港油田油區(qū)內(nèi)部開發(fā)井的鉆探方面的研究工作。

[編輯] 洪云飛