塔河油田托甫台区块深部地层钻头优选研究

马晓勇，楼一珊，黄万龙 （长江大学油气钻采工程湖北省重点实验室 长江大学石油工程学院，湖北 武汉430100）

朱亮，李忠慧

张艺馨 （长江大学地球环境与水资源学院，湖北 武汉430100）

塔河油田是塔里木盆地迄今发现的最大整装油气田，其主要钻探目的层位为三叠系、石炭系与奥陶系。从资料分析看，其钻井施工具有如下特点：储层埋藏深度大，井眼长；二叠系以下地层机械钻速低。这严重影响了井下安全钻进，并制约了钻井效率和勘探开发质量。因此，对该区域进行钻头优选对于有针对性地制定钻井技术措施、形成优快钻井技术具有重要意义。

1 钻头分段优选研究

对塔河油田托甫台区块98口井的钻头按照不同层段进行型号、尺寸、钻速、钻时、进尺、钻进地层、生产厂家等相关信息的统计发现：上部地层井眼较浅，地层容易钻进，钻头普遍进尺大，机械钻速快，表层第四系Q段内平均机械钻速达到60.16m/h，库车组段内平均机械钻速为30.24m/h；而对于二叠系以下深部地层，钻井深度较大，目的层奥陶系地层埋深平均在6000m以上，平均机械钻速低，在1.0～2.0m/h之间。

在钻井现场进行钻头优选时，对于上部浅层和下部深层所考虑的因素是不同的，表层主要考虑机械钻速，而下部地层在考虑机械钻速的同时还要考虑钻头进尺、磨损情况等因素。因此，不适合采用单一方法完成钻头选型，而应根据实际情况采取分段优选法：在表层采用机械钻速法[1]进行钻头优选，而在下部地层则运用主成分分析法[2，3]优选钻头。

1.1 机械钻速法

机械钻速是指钻井中钻头在单位时间内的钻进进尺[4]，计算公式如下：

式中：v为机械钻速，m/h；L为收集整理的该层位所有使用的钻头进尺之和，m；t为收集整理的该层位所有使用钻头纯钻时间之和，h。

机械钻速法就是用某一钻头的机械钻速与段内所用全部钻头的平均机械钻速相比，显然大于该层位平均机械钻速的钻头使用效果较好，其他的钻头使用效果相对较差。对于浅部地层，适合应用机械钻速法选择钻头。

1.2 主成分分析法

主成分分析是把分析问题所需的变量综合在一起，把给定的一组变量线性变换成一组新变量，尽量多地考虑可能会对分析结果造成影响的因素，达到综合评价的目的。主成分分析法优选钻头就是同时选取多个钻头使用参数作为评价的指标，综合评价钻头的使用效果。为了提高结果的可比性，比较所用的数据应相同，即地层层位相同、岩性相同、钻头尺寸相同。把所求得的主分量按其贡献率综合成一个新的综合指标F，它可以全面反映钻头在钻进期间的使用效果：钻头的F值越大，则说明该钻头的使用效果越好，反之则说明钻进效果越差。如果一种钻头重复出现，则应对其综合指标求平均值，这样就可以评价出这种钻头在该地区的使用效果。该指标计算公式如下：

式中：ei为方差贡献率；Fi为第i个主成分。

2 实例应用

依据上述原理，结合现场实际情况，主要针对二叠系及以下地层钻进难度大、机械钻速低等问题，进行钻头优选分析。应用Matlab软件对该构造钻头进行了主成分分析，所采用的主要参数是进尺、平均机械钻速、纯钻时间、使用个数等，结果如表1所示。

表1 使用钻头的主成分分析结果

按层位对托甫台区块可钻性级值进行统计，表2列出了二叠系及二叠系以下地层牙轮钻头和PDC钻头的可钻性级值，并对地层的软硬程度进行了划分。根据岩石可钻性级值以及岩石力学参数，依据IADC编码[4，5]的要求，归纳总结出了与地层特性相对应钻头的IADC编码，结果如表2所示。

表2 托甫台地区地层可钻性级值及推荐使用钻头

把托甫台地区各层位优选出来的钻头与表2所推荐的钻头进行对比，发现推荐的钻头中包含本方法优选的钻头。据此，选择出适用于二叠系及二叠系以下地层使用的钻头：MS1952SS、HA517G、FS2563BG、MS1952SS、HJ517G、HJ517L、FM3643Z。

使用上述方法优选的钻头，2012上半年完钻的5口井与2012年以前所钻井的钻井周期对比发现，二叠系以下地层钻井周期比以往减少了7.22%，使用效果较好，节省了钻井成本，提高了钻井效率。

3 结 论

1）针对不同深度的地层，采用不同的钻头选型方法，分段优选法适用于该地区地层特性。

2）优选出的钻头在托甫台地区取得了较好的钻进效果。现场使用效果表明，所选钻头提高了机械钻速，有效缩短了钻井周期。

[1]张辉，高德利 .钻头选型通用方法研究 [J].石油大学学报 （自然科学版），2005，29（6）：45～49.

[2]张辉，高德利 .用主成分投影法评价和优选钻头 [J].石油钻探技术，2006，34（1）：39～41.

[3]夏宏南，孙继明，王小建，等 .主成分钻头评价方法的研究 [J].西部探矿工程，2005，17（11）：161～162.

[4]陈庭根，管志川 .钻井工程理论与技术 [M].东营：中国石油大学出版社，2000.

[5]《钻井手册 （甲方）》编写组 .钻井手册 （甲方）[M].北京：石油工业出版社，1990.