劉賢玉 黃 靜 任冠龍 曹 峰 張 超

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司， 廣東 湛江 524057)

南海北部灣盆地存在大量膠結致密、軟硬夾層交錯的難鉆地層，特別是自流沙港組下部至長流組、前第三系地層可鉆性每況愈下，導致部分鉆頭磨損嚴重，不得不頻繁起下鉆更換鉆頭，鉆進效率較低，作業(yè)成本急劇上升[1-3]。根據(jù)地層特性優(yōu)選鉆頭，合理控制鉆進參數(shù)，才能確保鉆進效率。隨著油田鉆井數(shù)量的增加，油田各構造、各層位所使用的鉆頭類型和數(shù)量也大大增加，從大量已使用鉆頭數(shù)據(jù)中統(tǒng)計分析出合適的鉆頭類型，往往要耗費大量的時間和精力[2-3]。中海油目前沒有建立系統(tǒng)的鉆頭數(shù)據(jù)庫，現(xiàn)場鉆井作業(yè)在鉆頭選型上存在盲目性。不是根據(jù)地層特征來優(yōu)選鉆頭，鉆頭與地層不匹配，鉆進參數(shù)不合理，也會導致機械鉆速較慢的問題，從而增加作業(yè)成本[3-6]。為適應北部灣盆地鉆井作業(yè)的需要，課題組研發(fā)了北部灣盆地鉆頭數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

1 油田鉆頭數(shù)據(jù)庫存在的問題

中海油沒有建立鉆頭數(shù)據(jù)庫，國內部分油田建有鉆頭數(shù)據(jù)庫。部分油田建立的鉆頭數(shù)據(jù)庫的實用性較差，主要存在以下問題。

(1) 信息量較少。機械鉆速與地層特性、巖石強度、鉆頭性能、鉆進參數(shù)及鉆具組合等密切相關。已有的鉆頭數(shù)據(jù)庫提供了鉆頭基本信息、平均鉆速、地層名等，但缺少鉆頭照片和詳細地層特征、巖石強度、鉆進參數(shù)、鉆具組合等信息。鉆頭的選用，一般要參考鄰井或鄰近區(qū)塊的鉆頭使用情況，現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(如WellView)不提供詳細鉆進參數(shù)，鉆頭選用者無法直接借鑒鄰井資料，對多口井的鉆進參數(shù)進行比較分析。

(2) 功能有限。優(yōu)選鉆頭，需要綜合考慮多方面的信息。在現(xiàn)有鉆頭數(shù)據(jù)庫，一般僅可對鉆頭型號、鉆速進行簡單查詢，不能精確查詢鉆具組合與鉆速的關系、地層厚度與鉆速的關系，無法按鉆頭的出井狀態(tài)進行查詢。在可鉆性較好的地層中，硬夾層會使鉆頭提前失效?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)庫均沒有巖石強度分析功能，鉆頭選用者難以針對硬夾層來選用合適的鉆頭。

(3) 顯示方式的局限?，F(xiàn)有鉆頭數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)基本為列表顯示，可視化程度較低。

(4) 錄入方式的局限?，F(xiàn)有鉆頭數(shù)據(jù)庫都采用逐項錄入數(shù)據(jù)的方式，數(shù)據(jù)更新的操作比較繁瑣，工作量大。

2 新數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能及特點

研發(fā)的北部灣盆地鉆頭數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，主要功能模塊有數(shù)據(jù)錄入模塊、鉆頭信息模塊、單井參數(shù)查看模塊、多井參數(shù)對比模塊、地層評價模塊；主要包含鉆頭信息、鉆進參數(shù)、地層信息、井眼信息等數(shù)據(jù)(見圖1)。該數(shù)據(jù)庫具備常規(guī)鉆頭數(shù)據(jù)庫的查詢、排序、篩選等功能，同時還具有如下特點。

(1) 信息量較大。數(shù)據(jù)庫中包含鉆頭信息和詳細的地層特性、巖石強度、鉆進參數(shù)、鉆具組合信息及現(xiàn)場作業(yè)情況等，鉆頭信息與地層信息是優(yōu)選鉆頭時需要考慮的關鍵因素。在該數(shù)據(jù)庫中，每只鉆頭都配有約10張照片，全方位描述了鉆頭出入井狀態(tài)，并附有各種型號鉆頭的性能特征，直觀準確地表述鉆頭狀態(tài)；同時，有詳細的地質特征描述，可以快速查看地層巖性照片與綜合錄井圖。

圖1 鉆頭數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)架構

(2) 可視化程度較高。自動集成顯示鉆進參數(shù)、地層特征、鉆頭使用情況，并將其與鉆具組合、鉆頭照片等動態(tài)鏈接。

(3) 功能較齊全。增加了多井參數(shù)對比功能，可就鉆進參數(shù)、巖石強度、地層信息進行全方位對比，分析鉆頭與地層匹配性及鉆進參數(shù)控制的合理性。可對地層進行快速評價，計算巖石強度與地層可鉆性。拓展了常規(guī)數(shù)據(jù)庫的查詢排序功能，可進行多重排序，可對鉆具組合明細、鉆遇不同地層厚度及機械鉆速、鉆頭出井狀況進行精確查詢。

3 數(shù)據(jù)庫的應用情況

研發(fā)的鉆頭數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)已經應用于北部灣盆地鉆井作業(yè)。實踐證明，利用該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)指導鉆頭選型及鉆進參數(shù)控制工作，有助于提高機械鉆速。下面介紹該數(shù)據(jù)庫特色功能的應用實例。

3.1 精確查詢

為某區(qū)塊流二段鉆頭選型。在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫能查到整體機械鉆速與總進尺，結果顯示：S-1井的STS935RS鉆頭鉆遇了流一段、流二段、流三段，平均機械鉆速為14.8 mh，鉆頭出井磨損評級為2-2-WT-A-X-I-NO-TD；S-2井的MD519HBPX鉆頭鉆遇流一段、流二段，平均機械鉆速為16.7 mh，鉆頭出井磨損評級為1-1-WT-A-X-I-NO-TD。按此分析，MD519HBPX鉆頭比較適合該區(qū)塊流二段鉆進。

在北部灣盆地鉆頭數(shù)據(jù)庫中，可以查詢鉆頭鉆遇不同地層的厚度，且自動計算每套地層的鉆進速度，實現(xiàn)精確查詢。通過精確查詢發(fā)現(xiàn)，MD519HBPX鉆頭整體平均鉆速相對較高，但鉆遇該區(qū)塊流二段僅15 m，代表性不強，且在流二段的機械鉆速僅 8.2 mh，出井照片顯示鉆頭出現(xiàn)部分泥包；STS935RS鉆頭鉆遇流二段達767 m，在流二段的平均機械鉆速為13.9 mh。由此可見，針對該區(qū)塊流二段，選用STS935RS鉆頭更具合理性。

3.2 快速查找較優(yōu)鉆頭

在北部灣盆地鉆頭數(shù)據(jù)庫中，通過平均鉆速進尺圖直觀顯示鉆速與進尺。每口井的鉆速與進尺相對應，浮動顯示鉆頭基本信息，并且與鉆頭的出入井照片、鉆具組合形成動態(tài)鏈接。經過簡單的篩選操作，按機械鉆速排序后，可快速找出某區(qū)塊綜合效果較好的鉆頭。如Y-1井使用的新速通STS916鉆頭，進尺2 404 m，機械鉆速30.2 mh，進尺較深，整體機械鉆速較高(見圖2)。

3.3 快速查看地層特征

某區(qū)塊流二段，X-1井和X-2井都采用TS1964RS鉆頭鉆進。X-2井的平均鉆速為62.1 mh，X-1井的鉆速卻只有8.04 mh。調整了鉆進參數(shù)，效果不明顯，最后X-1井因機械鉆速較慢而起鉆。到北部灣盆地鉆頭數(shù)據(jù)庫中查看地層特征，查詢結果如圖3所示。X-2井鉆進的流二段是可鉆性較好的沙泥巖。X-1井鉆進的流二段上部地層巖性與X-2井相似，但其鉆進遇到的流二段下部地層夾有可鉆性極差的炭質油頁巖。炭質油頁巖硬度高，巖石表面光滑，PDC鉆頭切削齒無法有效吃入，鉆進效果差，鉆速甚至低至1mh以下，而牙輪鉆頭相對更適合炭質油頁巖的鉆進。要提高X-1井的機械鉆速，根據(jù)數(shù)據(jù)庫提供的地層信息，就應該優(yōu)選牙輪鉆頭。

圖2 按鉆速排序所得較優(yōu)鉆頭的鉆速進尺圖

圖3 數(shù)據(jù)庫顯示的X-1井鉆遇地層特征

3.4 單井參數(shù)分析

X-1井Φ406.4 mm井眼使用了3只鉆頭，一只為牙輪鉆頭GJT115GC，另外兩只為PDC鉆頭TS1963SS。其中，第一只TS1963SS鉆頭因鉆速較慢而起鉆，出井磨損評價為3-5-WT-A-X-I-CT-PR，磨損嚴重且出現(xiàn)崩齒。在北部灣盆地鉆頭數(shù)據(jù)庫中查詢單井參數(shù)，可獲得如圖4所示的查詢結果。為提高鉆速，TS1963SS鉆頭進入下洋組下部后，將鉆壓由4 klbs(17.8 kN)左右提高到15 klbs(66.7 kN)左右，轉速由100 rmin提高到120 rmin。但是，由于下洋組下部含礫較多，高轉速、大鉆壓在提速的同時，也使鉆頭快速磨損(見圖5)。進入潿一段后，大鉆壓、高轉速已經無法再提高鉆速，后期的機械鉆速不到2 mh，只能起鉆更換鉆頭。更換鉆頭后，鉆進效果得到明顯改善。如果能在下洋組鉆進過程中，適當控制鉆進參數(shù)，以保護鉆頭，就可能會避免更換鉆頭。

圖4 X-1井的井眼鉆進參數(shù)

圖5 X-1井TS1963SS鉆頭出入井照片

X-5井與X-7井為同一區(qū)塊的探井，使用同一泥漿體系，Φ311.15 mm井眼均鉆遇角尾組至流二段上部，地質特征相似。X-5井使用TS1952RS鉆頭，X-7井使用TS1952SS鉆頭，鉆頭性能差別較小，但鉆進效果差別較大。

運用鉆頭數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的多井參數(shù)對比功能，可得X-5井與X-7井的鉆速、鉆壓對比圖(見圖6)。從圖上可以看出，X-5井的鉆進參數(shù)較為保守，前期鉆壓6 klbs(26.7 kN)左右，轉速80 rmin，后期鉆壓12 klbs(53.3 kN)，轉速100 rmin，平均鉆速41.7 mh；而X-7井的鉆進參數(shù)有適當放寬，前期鉆壓8 klbs(35.6 kN)左右，轉速80 rmin，后期鉆壓控制在16 klbs(71.1 kN)左右，轉速120 rmin，平均機械鉆速為50.9 mh。X-7井的整體鉆速相對較高，即使放寬了鉆進參數(shù)，鉆頭狀態(tài)依然良好?？梢姡搮^(qū)塊角尾組至流二段上部，鉆頭保護壓力較小，可適當放寬鉆進參數(shù)，加快鉆進。

圖6 X-5井與X-7井的鉆速、鉆壓對比

4 結 語

針對北部灣盆地的地質特點和鉆井作業(yè)需要，參考部分油田已有的鉆頭數(shù)據(jù)庫，設計開發(fā)了北部灣盆地鉆頭數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這是中海油擁有的首個鉆頭數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)克服了油田已有的鉆頭數(shù)據(jù)庫的不足，包含的信息量大、數(shù)據(jù)可視化程度高、功能齊全、實用性強。它收錄有詳細的鉆頭信息及使用情況，包含鉆頭出入井照片，有詳細的地層特性、巖石強度、鉆進參數(shù)、鉆具組合、作業(yè)情況等信息；將鉆進參數(shù)、鉆頭信息、地層特征等關鍵信息集成可視化顯示，并在多種信息之間建立了動態(tài)鏈接；能進行多重排序、精確查詢、快速優(yōu)選鉆頭；能進行地層快速評價，計算巖石強度及可鉆性剖面；可以對多井參數(shù)進行全方位對比，便于深入分析鉆頭與地層的匹配性。該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)已經在北部灣盆地推廣使用，在指導現(xiàn)場科學優(yōu)選鉆頭、合理控制鉆進參數(shù)，進而有效提高機械鉆速、降低鉆井作業(yè)成本方面，發(fā)揮了積極的作用。