基于地层与岩性特征分析的钻头选型轮廓化概念设计

褚洪波

（西部钻探克拉玛依钻井公司，新疆克拉玛依 834009）

基于地层与岩性特征分析的钻头选型轮廓化概念设计

褚洪波

（西部钻探克拉玛依钻井公司，新疆克拉玛依 834009）

某地区地层岩石过于坚硬，钻井速度较低，针对该地区对钻头的类型进行优选，在一定程度上能够提升该地区钻井速度。主要对地层岩性特征分析的钻头选型轮廓化概念设计进行分析。

地层特征；岩性特征；钻头选型；轮廓化概念

1 对钻头破岩效率影响的因素

1.1 多期构造影响

该地区地质构造复杂且年代久远，岩石均为砂岩、碳酸盐岩、泥岩及白云岩相互交错，选择适当的钻头具有一定难度。该地区地层倾角较大，钻井较易发生倾斜，导致钻压的作用不能充分发挥。地层复杂且起伏较大，地层的孔隙压力使钻井结构设计变得复杂等，因此，钻头选型有较高的不确定性及盲目性，较难达到钻井的预期的速度。

1.2 陆相地层厚度大

由于该地层的研磨性较高、可钻性较低，在破石的过程中较难让钻头将岩石击碎，可钻性级值较高，平均全剖面为6.353。地层深处的岩石为碳酸盐，平均全层面级值为7.45。钻井的深度增加后，岩石更加坚硬，该地区地层的可钻性级值逐渐升高。因此，钻头的工作效率较难达到预期效果。此外，陆相地层类型为冲击扇，该地区除岩性变化多端以及与砂泥频繁交错之外，其在自流井组等岩石破碎的难度、厚度均较大。

2 钻头的选型以及提升钻井速度的认知

2.1 该地区地层岩性特征

该地区沉积的变化以海相碳酸盐岩石为主，之后由于地球斑块碰撞，岩性发生较大的变化。起初的岩石性质为泥岩以及岩屑长石石英砂岩，最后演变成为灰岩夹生物灰岩以及含燧石结核。

2.2 该地区的地层产状、岩石特征对钻头的选型以及提升钻井速度的认知

该地区由于受到多次构造运动的影响，其地层地质具有一定的复杂性，主要是白云岩、泥岩、碳酸盐岩以及砂岩相互交错形成。地层本身的性质对钻头类型选择以及对钻井速度的影响较大。

该地区的陆相地层厚度较大并且地层倾角较大，制约钻井的速度。其倾角在35°～43°，井斜控制的难度较高。根据井斜对钻压敏感理论可知，在此种类型的浮层中，由于需要对井斜进行控制，钻头施加的负荷不可过高，应该采用轻压快转的方式，而钻压能够直接决定钻头的吃入深度、破岩效果不能够得到充分的发挥，就算钻头选型正确，也不能够实现最佳的破岩效果。

3 地层与岩性分析钻头选型轮廓花概念设计

白垩纪以砂泥为主，倾角较小，通常会使用大尺寸井眼钻来对地层进行钻探，并且该地层中含有砾岩透镜体或者灰岩砾石，会选择牙轮钻头，以高钻压钻进。

蓬莱镇组以泥岩为主，倾角小，通常会使用大尺寸井眼钻对地层进行钻探，并且由于其内部含有砾岩，会选择PDC钻头，在其下部选择牙轮钻头，均以高钻压钻进。

遂宁组以砂泥岩为主，倾角较小，通常会使用大尺寸井眼钻来对地层进行钻探，PDC钻头以及牙轮钻头均适用，高钻压钻进。

上、下沙溪庙组以砂泥岩为主，砂岩与泥岩厚度不相等，倾角在35°～38°，并且倾角倾向SW176°，通常会使用大尺寸井眼钻来对地层进行钻探，因需要进行防斜打直，会选择地层适应性较强以及使用性较强的宽齿牙轮钻头，以低钻压钻进。

千佛崖组以砂泥岩为主，倾角在40°～41°，并且倾角倾向SW135°，通常会使用大尺寸井眼钻来对地层进行钻探，因需要防斜打直，需使用牙轮钻头，以低钻压钻进。

自流井组以砂泥岩为主，泥岩与砂岩厚度相等，其下部砂岩与页岩厚度不相等，倾角在41°～42°，并且倾角倾向SW158°，通常会使用大尺寸井眼钻来对地层进行钻探，选择宽齿牙轮钻头为主，以低钻压钻进。并且会采用空气钻井方法与空气锤，将变旋钻井转变为顿钻钻井，以破碎砾岩层。

须家河组最难钻进，其倾角在42°～43°，倾角倾向NE80°，地层总厚度为330m，通常会使用大尺寸井眼钻以及常规尺寸井眼钻来对地层进行钻探，因需要防斜打直，选择宽齿牙轮钻头为主，以低钻压钻进。利用空气钻井方法与空气锤，将变旋钻井转变为顿钻钻井，以破碎砾岩层。

雷口坡组为海相地层开始阶段，通常会使用大尺寸井眼钻以及常规尺寸井眼钻来对地层进行钻探，会选择PDC钻头为主，以宽齿牙轮钻头为辅，以高钻压钻进。

嘉陵江组以碳酸盐岩为主，通常会使用常规尺寸井眼钻来对地层进行钻探，由于其白云岩以及膏岩盐较多，会选择PDC钻头为主，牙轮钻头为辅，以高钻压钻进。

飞仙关组岩性相对古老，其倾角在70°～80°，通常会使用大尺寸井眼钻以及常规尺寸井眼钻来对地层进行钻探，由于其白云岩以及膏岩盐较多，会选择PDC钻头为主，牙轮钻头为辅，以低钻压钻进。

长兴组为组合型碳酸盐岩，通常会使用小尺寸井眼钻来对地层进行钻探，由于其石灰岩以及白云岩较多，会选择PDC钻探为主，牙轮钻头为辅，其较难使用常规钻井方式钻入，可采用动力钻具钻井方式联合PDC钻头或高速牙轮钻头，能够提升钻井速度。

[1] 孙连忠，张进双，王磊，等.泥岩地层PDC钻头钻井参数优化方法[J].钻采工艺，2015，（3）：26-29.

C o n c e p t D e s i g n o f D r i l l S e l e c t i o n B a s e d o n S t r a t u m a n d L i t h o l o g y C h a r a c t e r i s t i c A n a l y s i s

Chu Hong-bo

The rock formation in a certain area is too hard and the drilling speed is low，and the drilling type is optimized to a certain extent to improve the drilling speed in the area.In this paper，the conceptual design of drill bit selection prof i le analysis is analyzed.

stratigraphic characteristics；lithology characteristics；bit selection；contour conceptual

P634.41

B

1003-6490（2017）08-0234-01

2017-06-05

褚洪波（1979—），男，新疆克拉玛依人，助理工程师，主要从事石油钻井工作。