北部湾盆地钻头数据库系统的研发及应用

刘贤玉 黄 静 任冠龙 曹 峰 张 超

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司， 广东 湛江 524057)

南海北部湾盆地存在大量胶结致密、软硬夹层交错的难钻地层，特别是自流沙港组下部至长流组、前第三系地层可钻性每况愈下，导致部分钻头磨损严重，不得不频繁起下钻更换钻头，钻进效率较低，作业成本急剧上升[1-3]。根据地层特性优选钻头，合理控制钻进参数，才能确保钻进效率。随着油田钻井数量的增加，油田各构造、各层位所使用的钻头类型和数量也大大增加，从大量已使用钻头数据中统计分析出合适的钻头类型，往往要耗费大量的时间和精力[2-3]。中海油目前没有建立系统的钻头数据库，现场钻井作业在钻头选型上存在盲目性。不是根据地层特征来优选钻头，钻头与地层不匹配，钻进参数不合理，也会导致机械钻速较慢的问题，从而增加作业成本[3-6]。为适应北部湾盆地钻井作业的需要，课题组研发了北部湾盆地钻头数据库系统。

1 油田钻头数据库存在的问题

中海油没有建立钻头数据库，国内部分油田建有钻头数据库。部分油田建立的钻头数据库的实用性较差，主要存在以下问题。

(1) 信息量较少。机械钻速与地层特性、岩石强度、钻头性能、钻进参数及钻具组合等密切相关。已有的钻头数据库提供了钻头基本信息、平均钻速、地层名等，但缺少钻头照片和详细地层特征、岩石强度、钻进参数、钻具组合等信息。钻头的选用，一般要参考邻井或邻近区块的钻头使用情况，现有数据库(如WellView)不提供详细钻进参数，钻头选用者无法直接借鉴邻井资料，对多口井的钻进参数进行比较分析。

(2) 功能有限。优选钻头，需要综合考虑多方面的信息。在现有钻头数据库，一般仅可对钻头型号、钻速进行简单查询，不能精确查询钻具组合与钻速的关系、地层厚度与钻速的关系，无法按钻头的出井状态进行查询。在可钻性较好的地层中，硬夹层会使钻头提前失效。现有数据库均没有岩石强度分析功能，钻头选用者难以针对硬夹层来选用合适的钻头。

(3) 显示方式的局限。现有钻头数据库的数据基本为列表显示，可视化程度较低。

(4) 录入方式的局限。现有钻头数据库都采用逐项录入数据的方式，数据更新的操作比较繁琐，工作量大。

2 新数据库系统的功能及特点

研发的北部湾盆地钻头数据库系统，主要功能模块有数据录入模块、钻头信息模块、单井参数查看模块、多井参数对比模块、地层评价模块；主要包含钻头信息、钻进参数、地层信息、井眼信息等数据(见图1)。该数据库具备常规钻头数据库的查询、排序、筛选等功能，同时还具有如下特点。

(1) 信息量较大。数据库中包含钻头信息和详细的地层特性、岩石强度、钻进参数、钻具组合信息及现场作业情况等，钻头信息与地层信息是优选钻头时需要考虑的关键因素。在该数据库中，每只钻头都配有约10张照片，全方位描述了钻头出入井状态，并附有各种型号钻头的性能特征，直观准确地表述钻头状态；同时，有详细的地质特征描述，可以快速查看地层岩性照片与综合录井图。

图1 钻头数据库系统架构

(2) 可视化程度较高。自动集成显示钻进参数、地层特征、钻头使用情况，并将其与钻具组合、钻头照片等动态链接。

(3) 功能较齐全。增加了多井参数对比功能，可就钻进参数、岩石强度、地层信息进行全方位对比，分析钻头与地层匹配性及钻进参数控制的合理性。可对地层进行快速评价，计算岩石强度与地层可钻性。拓展了常规数据库的查询排序功能，可进行多重排序，可对钻具组合明细、钻遇不同地层厚度及机械钻速、钻头出井状况进行精确查询。

3 数据库的应用情况

研发的钻头数据库系统已经应用于北部湾盆地钻井作业。实践证明，利用该数据库系统指导钻头选型及钻进参数控制工作，有助于提高机械钻速。下面介绍该数据库特色功能的应用实例。

3.1 精确查询

为某区块流二段钻头选型。在传统数据库能查到整体机械钻速与总进尺，结果显示：S-1井的STS935RS钻头钻遇了流一段、流二段、流三段，平均机械钻速为14.8 mh，钻头出井磨损评级为2-2-WT-A-X-I-NO-TD；S-2井的MD519HBPX钻头钻遇流一段、流二段，平均机械钻速为16.7 mh，钻头出井磨损评级为1-1-WT-A-X-I-NO-TD。按此分析，MD519HBPX钻头比较适合该区块流二段钻进。

在北部湾盆地钻头数据库中，可以查询钻头钻遇不同地层的厚度，且自动计算每套地层的钻进速度，实现精确查询。通过精确查询发现，MD519HBPX钻头整体平均钻速相对较高，但钻遇该区块流二段仅15 m，代表性不强，且在流二段的机械钻速仅 8.2 mh，出井照片显示钻头出现部分泥包；STS935RS钻头钻遇流二段达767 m，在流二段的平均机械钻速为13.9 mh。由此可见，针对该区块流二段，选用STS935RS钻头更具合理性。

3.2 快速查找较优钻头

在北部湾盆地钻头数据库中，通过平均钻速进尺图直观显示钻速与进尺。每口井的钻速与进尺相对应，浮动显示钻头基本信息，并且与钻头的出入井照片、钻具组合形成动态链接。经过简单的筛选操作，按机械钻速排序后，可快速找出某区块综合效果较好的钻头。如Y-1井使用的新速通STS916钻头，进尺2 404 m，机械钻速30.2 mh，进尺较深，整体机械钻速较高(见图2)。

3.3 快速查看地层特征

某区块流二段，X-1井和X-2井都采用TS1964RS钻头钻进。X-2井的平均钻速为62.1 mh，X-1井的钻速却只有8.04 mh。调整了钻进参数，效果不明显，最后X-1井因机械钻速较慢而起钻。到北部湾盆地钻头数据库中查看地层特征，查询结果如图3所示。X-2井钻进的流二段是可钻性较好的沙泥岩。X-1井钻进的流二段上部地层岩性与X-2井相似，但其钻进遇到的流二段下部地层夹有可钻性极差的炭质油页岩。炭质油页岩硬度高，岩石表面光滑，PDC钻头切削齿无法有效吃入，钻进效果差，钻速甚至低至1mh以下，而牙轮钻头相对更适合炭质油页岩的钻进。要提高X-1井的机械钻速，根据数据库提供的地层信息，就应该优选牙轮钻头。

图2 按钻速排序所得较优钻头的钻速进尺图

图3 数据库显示的X-1井钻遇地层特征

3.4 单井参数分析

X-1井Φ406.4 mm井眼使用了3只钻头，一只为牙轮钻头GJT115GC，另外两只为PDC钻头TS1963SS。其中，第一只TS1963SS钻头因钻速较慢而起钻，出井磨损评价为3-5-WT-A-X-I-CT-PR，磨损严重且出现崩齿。在北部湾盆地钻头数据库中查询单井参数，可获得如图4所示的查询结果。为提高钻速，TS1963SS钻头进入下洋组下部后，将钻压由4 klbs(17.8 kN)左右提高到15 klbs(66.7 kN)左右，转速由100 rmin提高到120 rmin。但是，由于下洋组下部含砾较多，高转速、大钻压在提速的同时，也使钻头快速磨损(见图5)。进入涠一段后，大钻压、高转速已经无法再提高钻速，后期的机械钻速不到2 mh，只能起钻更换钻头。更换钻头后，钻进效果得到明显改善。如果能在下洋组钻进过程中，适当控制钻进参数，以保护钻头，就可能会避免更换钻头。

图4 X-1井的井眼钻进参数

图5 X-1井TS1963SS钻头出入井照片

X-5井与X-7井为同一区块的探井，使用同一泥浆体系，Φ311.15 mm井眼均钻遇角尾组至流二段上部，地质特征相似。X-5井使用TS1952RS钻头，X-7井使用TS1952SS钻头，钻头性能差别较小，但钻进效果差别较大。

运用钻头数据库系统的多井参数对比功能，可得X-5井与X-7井的钻速、钻压对比图(见图6)。从图上可以看出，X-5井的钻进参数较为保守，前期钻压6 klbs(26.7 kN)左右，转速80 rmin，后期钻压12 klbs(53.3 kN)，转速100 rmin，平均钻速41.7 mh；而X-7井的钻进参数有适当放宽，前期钻压8 klbs(35.6 kN)左右，转速80 rmin，后期钻压控制在16 klbs(71.1 kN)左右，转速120 rmin，平均机械钻速为50.9 mh。X-7井的整体钻速相对较高，即使放宽了钻进参数，钻头状态依然良好。可见，该区块角尾组至流二段上部，钻头保护压力较小，可适当放宽钻进参数，加快钻进。

图6 X-5井与X-7井的钻速、钻压对比

4 结 语

针对北部湾盆地的地质特点和钻井作业需要，参考部分油田已有的钻头数据库，设计开发了北部湾盆地钻头数据库系统，这是中海油拥有的首个钻头数据库系统。该数据库系统克服了油田已有的钻头数据库的不足，包含的信息量大、数据可视化程度高、功能齐全、实用性强。它收录有详细的钻头信息及使用情况，包含钻头出入井照片，有详细的地层特性、岩石强度、钻进参数、钻具组合、作业情况等信息；将钻进参数、钻头信息、地层特征等关键信息集成可视化显示，并在多种信息之间建立了动态链接；能进行多重排序、精确查询、快速优选钻头；能进行地层快速评价，计算岩石强度及可钻性剖面；可以对多井参数进行全方位对比，便于深入分析钻头与地层的匹配性。该数据库系统已经在北部湾盆地推广使用，在指导现场科学优选钻头、合理控制钻进参数，进而有效提高机械钻速、降低钻井作业成本方面，发挥了积极的作用。