大港油田歧口凹陷鉆頭優選研究

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 (中國石油技術開發公司鉆探裝備部，北京 100191)

王 強 (中國石油技術開發公司中東分公司，北京 100028)

熊 波 (大港油田第二采油廠地質研究所，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研究院開發所，新疆 庫爾勒 841000)

大港油田歧口凹陷鉆頭優選研究

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 (中國石油技術開發公司鉆探裝備部，北京 100191)

王 強 (中國石油技術開發公司中東分公司，北京 100028)

熊 波 (大港油田第二采油廠地質研究所，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研究院開發所，新疆 庫爾勒 841000)

優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，加快勘探開發進程至關重要，而巖石的可鉆性是合理選擇和設計鉆頭，優選鉆井參數的重要依據。大港油田地層復雜，主要以砂泥巖為主，地層膠結致密，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微鉆頭可鉆性實驗的基礎上，分析了可鉆性與聲波時差測井數據的關系，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、鉆頭成本、鉆壓、轉速以及鉆井液密度等8項指標對已經使用過的鉆頭進行評價分析，并結合地層巖石可鉆性優選出合適的鉆頭。現場應用表明，優選出的鉆頭使用效果良好。

鉆頭優選；鉆井參數；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，是黃驊坳陷最大的生油凹陷。據勘探表明，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。由于該地區地層硬度高，部分層段研磨性高，地層不均質性強，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，優選出適合研究區塊地層的鉆頭，對于加快歧口凹陷勘探開發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、明化鎮組、館陶組、東營組和沙河街組，各區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，歧口凹陷地質條件比較復雜，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，嚴重制約了鉆井速度和勘探開發經濟效益的提升。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，弄清其分布規律，進而優選出適合該地區地層的鉆頭，以指導歧口凹陷優快鉆井技術方案的制定。

2 地層巖石可鉆性的確定

筆者通過室內可鉆性試驗，建立縱波時差和地層可鉆性之間的關系方程，進而建立研究區域可鉆性剖面，為鉆頭優選提供依據。

1)室內可鉆性試驗 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 根據室內巖石牙輪鉆頭可鉆性試驗結果，結合聲波測井資料，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 根據室內巖石PDC鉆頭可鉆性試驗結果，結合聲波測井資料，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 根據以上回歸得到的聲波時差與牙輪鉆頭和PDC鉆頭關系方程，結合聲波測井資料，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，根據巖石可鉆性與地層硬度的分類關系，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系回歸曲線 圖2 聲波時差與PDC鉆頭可鉆性關系回歸曲線

3 主成分分析法優選鉆頭

圖3 歧口凹陷地層巖石可鉆性縱向剖面圖

鉆頭評價的實質是比較鉆頭使用效果的優劣，因此選用鉆頭使用效果作為評價鉆頭的指標。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、鉆頭成本、鉆壓、轉速以及鉆井液密度等8項指標對已經使用過的鉆頭進行評價分析[2-3]。同時為了使結果具有可比性，所用數據取自地層層位相同、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[4]：

(3)

式中，ei為各主分的貢獻率；Fi為各主分的綜合指標。

綜合指標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多次，那么對這種鉆頭的綜合指標求其平均值就可以評價出這種鉆頭在該地區使用效果[5]。筆者應用Matlab軟件對該構造鉆頭進行了主成分分析，結合地層可鉆性極值，優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，優選出MD3634、FM2543、FM3643Z、HCM504ZX等4種鉆頭。

4 現場應用

將上述優選出來的鉆頭在歧口凹陷新港區塊某井沙河街組地層使用，使用情況見表2。從表2數據可以看出，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 新港區塊沙河街地層鉆頭使用情況

5 結 論

1)通過室內可鉆性試驗，結合試驗巖心對應的聲波時差數據回歸出歧口凹陷地層可鉆性與聲波時差測井之間的關系方程，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。

2)主成分分析法把相互影響鉆頭鉆進的參數轉化成少數幾個相互不影響并且涵蓋信息全的參數，因而評價結果更加客觀；且評價結果又能聯系鉆井參數，對施工起指導作用。主成分分析法解決鉆頭選型問題最關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果越可靠。

3)通過主成分分析法結合可鉆性級值，優選出鉆頭進行現場試驗。現場應用表明，優選出的鉆頭在歧口凹陷新港區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選鉆頭[J].石油鉆探技術，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選技術研究[J].石油天然氣學報(江漢石油學院學報)，2011，33(3)：152-154.

[5]陳俊，聶翠平.鉆頭使用的統計綜合評判[J].西安石油學院學報，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年大學畢業，助理工程師，現主要從事大港油田油區內部開發井的鉆探方面的研究工作。

[編輯] 洪云飛