冀东油田钻头选型应用研究
摘要
冀东油田老爷庙、南堡、高尚堡三油田区块下出现的玄武岩和底砾岩，在施工钻进过程中，结合现场的钻头使用情况及经验，总结分析，进一步做出最优的钻头选型。
本文主要介绍在冀东区块的玄武岩及底砾岩地层钻进中，其特性表现为：地层坚硬难钻，其研磨性较强，蹩跳钻现象明显，钻头使用寿命低，玄武岩地层夹层的不稳定性，导致易塌易漏等一系列复杂问题。为提高钻井质量和机械钻速、降低钻井成本，避免出现钻井施工的安全问题。先分析冀东油田特定的区域地质概况，及存在底砾岩及玄武岩的夹层，研究分析底砾岩和玄武岩的研磨性和可钻性，结合井队现场资料，对已使用过的钻头和邻井使用过的不同的钻头的机械钻速作效果分析，及相关的钻进工艺经验总结。然后结合理论知识，根据钻头选型通用的方法来选取最优钻头，对现场用过的钻头系列做理论分析，找出得出其钻头断齿和磨损的原因，主要是钻头选型不对，钻头过软，并提出其相应对策。最后提出与底砾岩和玄武岩相匹配的钻头，在该区块使用MD系列钻头比用HJ系列钻头效率要高，并且在施工工艺上，要采取低钻速、高钻压并根据地层岩性变化灵活调整。泥浆调配也应合理，实时根据地层变化及时调整其密度，防止玄武岩层吸水膨胀后坍塌。此外，常见的断齿情况主要是钻头偏软，还应与相关的科研单位合作，研究出该地层的专用硬钻头，为以后遇到类似的地层钻进及钻头选型提供一定的指导作用。
关键词：冀东油田玄武岩底砾岩钻头磨损钻头选型经验总结
Abstract
Jidong Laoyemiao Oilfield, South Fort, noble fort under three oil blocks at
the end of the basalt and conglomerate, into the construction process, combined with the drill-site usage and experience, summed up and analyzed, and further to make the best bit Selection.
This paper mainly introduces the basalt blocks in the Jidong and stratigraphic drilling in the basal conglomerate, and its properties as follows: Formation of hard difficult drilling, grinding its highly noticeable limp jump drill, drill bits of low life, basalt stratigraphy of the non-laminated stability, resulting in easy to easy to leak such as the collapse of a series of complex issues. In order to enhance the quality and drilling penetration rate and reduce drilling costs, drilling operation to avoid the security issues. Jidong Oilfield first analysis of the specific geology of the region, and the existence of basal conglomerate and basalt of the mezzanine, research and analysis at the end of conglomerate and basalt of the grinding and drilling, the combination of well-site team information has been used to drill and o well used bit different for the effect of penetration rate analysis, and related experience in drilling technology. Combination of theoretical knowledge and then, according to bit selection methods commonly used to select the best bits, drill bits used on-site series of theoretical analysis done to find out come of their teeth and wear and tear off bits of the main reasons for not bit selection, drill too soft, and the corresponding countermeasures. Finally, with the basal conglomerate and basalt of the bits match in the series of bit block using the MD than the efficiency of HJ series bit higher, and during the construction process, it is necessary to take the low penetration rate, high pressure drilling and in accordance with lithology changes in flexibility to adjust. Mud deployment should also be reasonable, real-time formation changes in a timely manner in accordance with the adjustment of its density, to prevent the basalt layer collapsed after the water swelling. In addition, the common situation of broken tooth is bit soft, but also with relevant research institutes to cooperate and come up with the formation of a dedicated hardware bit, for future similar stratigraphic drilling and bit selection to provide a guiding role .
Key words: basal conglomerate Jidong Oilfield basalt drill bit selection experience wear and tear
目录
第一章引言
第二章冀东油田底砾岩玄武岩区块岩性分析第一节冀东油田主要区块地质地层概况
第二节底砾岩玄武岩研磨性和可钻性研究第三章井队现场钻头使用的概况
第一节井队所钻井的钻头使用情况
第二节邻井钻头使用情况
第三节井队现场经验总结
第四章钻头选型分析
第一节钻头选型方法简介
第二节现场已使用的钻头分析
第三节钻头损耗原因分析
第四节最优钻头选型
第五章结论
致谢
参考文献
第一章引言
钻井工程中，钻头是破碎岩石形成井眼的主要工具，它直接影响着钻井速度，钻井质量和钻井成本。在特定的艰难地层中，如果能对地层岩性研究，使用与之相匹配的最优钻头选型，迅速钻完一口井，那将会使整个钻进过程中，起下钻次数少、建井速度快、钻井成本降低。因此，选择使用好特定的钻头钻相应的地层，就具有特别重要的意义。
冀东油田自2007年发现南堡油田以来，各项开采工作进入实质阶段，最重要的、投入最多的钻井项目上。在钻井钻进过程中，遇到了各种技术难题，其在馆陶组钻遇的玄武岩和底部的砂砾岩、沙河街组的玄武质泥岩和砂砾岩互层，出现了地层坚硬难钻，其研磨性较强，蹩跳钻现象明显，钻头使用寿命低，玄武岩地层夹层的不稳定性，导致易塌易漏等一系列复杂问题。其中关键的问题是钻头的选择，这些地层对于钻头的磨损十分明显，崩齿较多，并且蹩跳钻严重，钻头消耗较大，对钻井质量和进度产生不良影响，并大大提高了钻井成本。
面对这一严重问题，井队根据已钻地层的和邻井的相应井段钻进钻头使用情况，认真分析总结经验，从地层的岩性可钻性分析出发，逐步建立能与之地层相匹配的钻头型号。
从2008年7月12号2008年8月12号在冀东南堡和高尚堡油田区块中原勘探局钻井三公司70118队实习，通过这次实习，对本专业的知识在实践中的应用有了进一步的了解，对地层可钻性及相应的钻头选型有较深入的了解。在实习过程中，做好本职工作的同时收集了相关的资料用于做毕业设计，通过此次钻头选择型专题研究，提高了自己的综合能力，为以后的工作奠定了基础。
第二章冀东油田区块底砾岩玄武岩性分析冀东油田位于渤海湾北部沿海，油田勘探开发范围覆盖唐山、秦皇岛、唐海等两市七县。南堡陆地已发现并投入开发了高尚堡、柳赞、老爷庙三个主要油田，年原油生产能力150万吨，年天然气生产能力6000万吨。现首要介绍下老爷庙，高尚堡，南堡油田区块的区域地质概况，特定的底砾岩和玄武岩地层的岩性和可钻性分析。
第一节冀东油田主要区块地质地层概况
2.1.1 南堡区块地质概况
一、地理区域位置及储量
南堡区块油田位于河北省唐山市境内曹妃甸港区，地质上为渤海湾盆地黄骅凹陷北部的南堡凹陷，属中石油冀东油田公司勘探开发范围。据数据显示，冀东南堡油田已发现四个含油构造，基本落实三级油气地质储量（当量）10.2亿吨，其中探明储量4.0507亿吨，控制储量2.9834亿吨，预测储量2.0217亿吨，天然气地质储量折算油当量1.1163亿吨。
二、地层概况
下面以南堡油田南堡1号构造1-1区构造高部位，南堡油田1-4平台的南堡118-X2井的地层资料为例，说明下该区块的地质地层情况。见下表2-1：
表2-1 南堡118-X2井地层资料
现场钻井资料，三使用专用的三牙轮钻头出现了牙齿崩落，轴承松动蹩钻跳钻等现象，其主要是对钻头的磨损较为严重，钻头更换频繁，上下钻繁锁。
2.1.2高尚堡区块地质概况
一、地理区域位置
高尚堡区块地理位置位于河北唐海县、滦南县境内，区域构造属于渤海盆地黄骅坳陷北部。高尚堡构造带是南堡凹陷陆地范围内的四个主要二级构造带之一，构造范围北部以柏各庄断层为界，东部以鞍与柳先赞构造相连，西为唐海断鼻和老爷庙背斜，南为林雀次桂，有利勘探面积为90K㎡，高尚堡油田整体为一被断层复杂化的披覆背斜构造，高点位于高5—高65井一带，具有北翼陡南翼缓，西部高东部低的特点。
二、地层概况
下面以高尚堡深层南区高7断块高17－2井的地层资料为例，说明下该区块的地层分层资料，见下表2-2：
表2-2 高17-2井地层资料
层，此井在钻进过程当中也表现出，钻头磨损严重。
2.1.3老爷庙区块地质概况
一、地理区域位置
老爷庙油田区块位于河北省唐海县内、渤海湾盆地黄骅坳陷北部南堡凹陷西北部。是一个受凹陷西北部西南庄边界断层控制的二级构造单元，构造性质为一个继承性发育的滚动背斜。老爷庙区块钻遇地层自下而上依次为古近系的沙河街组和东营组以及新近系的馆
陶组和明化镇组。目前新近系的明化镇组下段、馆陶组和古近系的东营组是老爷庙区块的主要产油层段。
二、地层概况
下面以老爷庙地区庙31x-1井的地层资料为例，说明下该区块的地层分层资料，如下表2-3：
表2-3 庙31X-1井地层资料
分也较多，所以地层研磨性较高，这些地层对于钻头的磨损十分明显，崩齿较多，并且蹩跳钻严重，钻头消耗较大。另外井队曾因在此区域经验不足导致在2208～2267m段玄武岩出现井下复杂地层坍塌，给井队施工的工作带来了不利影响。
第二节玄武岩及底砾岩研磨性可钻性分析
钻井的过程就是钻头破碎岩石，在地层中钻进的过程。钻进地层的岩石力学性质，直接与钻头相接触的，如岩石硬度、强度等，直接影响到钻时的速度和成本，是钻井工程师们非常关注的问题，也是岩石力学研究的重要内容。钻进地层的岩石强度、硬度高低在钻井岩石破碎力学中具体体现为岩石的研磨性和可钻性两个重要的力学性质。
冀东油田南堡区块的底砾岩玄武岩，上部的底砾岩属新生界上第三系馆陶组沉积岩，玄武岩刚属同地质时代的岩浆岩，根据钻井工程岩石力学上的方法，分别研究底砾岩和玄武的研磨性和可钻性。
2.2.1 底砾岩和玄武岩
一、底砾岩
位于海浸层位最底部的侵蚀面上的砾岩。它代表一个长期的沉积间断之后所开始的新的沉积。底砾岩的特点是：分布面积不大但较稳定，磨圆度高、分选性好，石英成分含量高，粒度由下至上逐渐变细等。
二、玄武岩
玄武岩是一种基性喷出岩，其化学成分与辉长岩相似，石英SiO2含量变化于45%～52%之间，K2O+Na2O含量较侵入岩略高，CaO、Fe2O3+FeO、MgO含量较侵入岩略低。矿物成份主要由基性长石和辉石组成，次要矿物有橄榄石，角闪石及黑云母等，岩石均为暗色，一般为黑色。呈斑状结构，气孔构造。
2.2.2 研磨性和可钻性
一、研磨性
岩石研磨性是指岩石磨损与其相摩擦的物体的能力。不同的岩石由于其强度、矿物成分的差异，对钻头的研磨性损坏能力必然不同，因此，研究不同地层对不同材质钻头的研磨性，对于钻头优选、降低钻井成本具有重要的指导意义。
研究岩石研磨性的方法有很多，但为了方便工程应用，一般根据史立涅尔等人根据试验结果，对岩石按照其研磨性进行了分类，如下表2-4：
表2-4 岩石研磨性分类表
矿物的多少和对钻头的磨损能力来判断地层研磨性，决定钻头的类型。火成岩的研磨性一般中等或较高，取决于岩石中所含长石、石英万分的多少及粒度和多晶矿物间的硬度差，含长石、石英成分少、粒度细、矿物间硬度差小的研磨性小，反之研磨性较高，所以以上玄武发发达地区的研磨性是较高的；而沉积碎屑的研磨性主要视其石英颗粒的含量及胶结硬度而定，石英颗粒含量较高，粒度越粗，胶结强度越小的岩石，其研磨性较高，反之较
小。底砾岩则属于前者，底砾岩因其含石英成分多,所以其研磨性也较高。可见玄武岩和底砾岩两者的研磨性都很高，所以一般钻头难以胜任。
二、可钻性
为了便于按进井段选用钻头、预测钻头工作指标，需要有每一段地层可钻性的资料。目前世界各国通用的取少数岩芯测定值代表一个井段的方法，对不均质的地层来说，不能全面反映该段的情况。正确的办法是在某段作抽样试验，以求出具有代表意义的可钻性数值，同时也求出反映地层均匀性的误差数值。这是测定可钻性中一个值得注意的问题。
下面以高尚堡区块高17-26号井为例，得出该区块地层可钻性，如表2-5：
表2-5 高17-26井地层可钻性
性要高。同时也可看出含底砾岩玄武岩的地层可钻性比此区块其它岩层要高，并且在馆陶组的玄武岩达到了4.0，相当的坚硬难钻。
第三章井队现场钻头使用概况
从井队在冀东油田所完钻井的施工资料总结来看，井队遇到主要问题就是钻遇到玄武岩和底砾岩时，出现的问题较多。本章主要介绍井队现场的钻头使用情况资料总结，及结合邻井的钻头使用时的统计资料，分析对比。并且参阅现场的施工经验总结。
第一节井队所钻井的钻头使用情况
冀东油田某钻井队，进入施工开钻以来，工作区域遍布了老爷庙、南堡、高尚堡区块，在馆陶组和沙河街组均遇到了一般钻头难以正常适应的底砾岩和玄武岩层，现介绍井队施工现场钻头使用情况，及出现的情况分析介绍，下面分别以单口井为例分别介绍：
3.1.1 庙31x1井
老爷庙31X1是该井队进入冀东油田的一口预探井，一开始由于对该区块地质情况不是太熟悉，经验不足，根据油田甲方提供的地质设计及施工要求，正常钻进。该井深2881米，属于小位移双靶定向井，井队在对地层情况还不太熟悉的情况下钻遇了馆陶组的玄武岩，玄武岩井段2208～2267m和2632～2743m，并且在2267～2632m井段出现了含砾不等粒砂岩和底砾岩，不等粒砂岩，且含石英成分也较多，所以地层研磨性较高，这些地层对于钻头的磨损十分明显，崩齿较多，并且蹩跳钻严重，钻头消耗较大。另外井队曾因在此区域经验不足导致在2208～2267m段玄武岩出现井下复杂地层坍塌，给井队施工的工作带来了不利影响。
3.1.2 南堡2-11井
南堡2-11井，完钻井深4257米，水平位移2381米，最大井斜56°，属于五段制大位移三靶定向井，该井比庙31X1井施工难度更大，井队从泥浆和操作上确保该地层的施工安全，调整了泥浆密度，防井漏和地层坍塌，虽然此井只钻遇了3米玄武岩，但遇到了较厚的一套底砾岩地层（3350～3609m），在此地层中井队特意使用两只用于钻玄武岩和底砾岩的三牙轮钻头（HJT617GH），但因地层研磨性强，效果不理想，出井钻头磨损严重，使用时间较短，崩齿严重。具体情况如下表3-1：
表3-1 南堡NP2-11井钻头使用情况
3.1.3 南堡1-4井
南堡1-4井，完钻井深3956米，属于直日井，该井井身结构特殊（660.4mmbit*296.25m+444.5mmbit*2411m+311.1mmbit*3956m），在二开在井深1990～2411米井段地层岩性较杂，其地层中部为厚层灰黑色玄武岩和玄武质泥岩，下部为玄武质泥岩、灰色泥岩、玄武岩夹杂色砂砾岩，底部以浅灰色含砾不等粒砂岩为主。444.5mm钻头钻穿此地层还属首次，既要保证井身质量又要保证安全钻井，其难度是相当大的。而在三开井深3145米以后，灰黑色玄武岩、灰色凝灰岩、玄武质泥岩交替出现，对于钻头使用、井眼稳定防塌防漏方面上提高了施工标准和难度，钻头消耗较大，磨损严重。具体情况见下表3-2：
表3-2 南堡NP1-4井钻头使用情况
3.1.4 南堡5-6
南堡5-6井设计井深4600米，属于直井，从设计上来看，在馆陶组下部和底部钻遇玄武岩和底砾岩，沙一段顶部、沙二段和沙三段顶部钻遇玄武岩，井他已钻穿馆陶组的玄武岩和底砾岩，并使用了冀东油田甲方提供的DBS型钻头，但此类钻头对于泥岩和底砾岩来说不适合使用，泥岩钻进机械钻速极低，底砾岩钻进则磨损严重，进尺较短（10米砾岩），故此我们还是使用三牙轮钻头钻穿砾岩，使用情况如下表3-3：
表3-3 南堡5-6钻头使用情况
第二节，邻井钻头使用情况
钻头选型时，考虑邻井已完井的上交资料，查看相应的馆陶组底砾岩和玄武岩和沙河街组岩层钻头使用情况，如有不同，对比其使用的钻头的机械钻速，机械钻速快的则应在同等经济成本条件下优先考虑换用。
本次对照的邻井有高尚堡区块的高17-2井、高17-19井和南堡区块南堡118X-2井。
3.2.1高17-2井
一、高17-2井简要情况
构造名称：高尚堡井型：定向井井别：开发井
地理位置：河北唐海县高尚堡油田高尚堡作业区工业基础约1km
构选集团：南堡凹陷高尚堡深层南区高7断块高17井区。
钻井目的：更新套变水井高新17-2井，完善注采开发井网，提高水驱储量控制程度和动用程度。
二、钻头记录
表3-4 高17-2井钻头记录
HJ517G三牙轮钻头。而在钻沙河街组的底砾岩时用的是大港出的MD9535钻头，该钻头机械钻速为6.01m/h，在此深度比之前用的HJ517G效率要好点。
3.2.2高17-19井
一、高17-19井简要情况
构造名称：高尚堡井型：定向井井别：采油井
地理位置：河北唐海县高尚堡油田高尚堡作业区工业基础约1km
构选集团：南堡凹陷高尚堡深层南区高7断块高17井区。
钻井目的：完善高7断块注采开发井网，提高水驱储量控制程度和动用程度，挖掘剩余油潜力。
二、钻头记录
表3-5 高17-19井钻头使用情况
HJ517G三牙轮钻头。而在钻沙河街组的底砾岩时均用的是大港出的MD9535钻头，该钻头机械钻速为4.79m/h～7.63m/h，同样在此深度比之前用的HJ517G效率要好点。
3.2.3南堡118-X2井
一、南堡118-X2井简要情况
构造名称：南堡井型：定向井井别：注水井
地理位置：河北省唐山市南堡开发区南堡乡西偏南约5.4km，南堡油田1-4平台。
构选集团：南堡1号构造1-1区构造高部位。
钻井目的：为南堡1号构造南堡1-1区NgⅣ油藏补充能量。
二、钻头记录
表3-6 南堡118-X2井钻头使用情况
使用的是江汉石油钻头厂生产的HJT517J型钻头，机械钻速平均在4m/h左右。进尺较慢。
第三节井队现场施工经验总结
根据井队现有的施工情况，及对照现场井队技术总结资料，总结出在玄武岩、砾岩地层的具体施工做法：
3.3.1 钻头方面
在外头方面，井队目前所能做的就是把现场的钻头使用情况总结，选型方面在经济成本许可下尽量使用偏硬的钻头。并要保证单只钻头钻穿玄武岩段和砾岩段，避免因中途换钻头而在玄武岩及砾岩段开泵循环，这样会导致井下复杂。
3.3.2 操作方面
从操作上严格操作，钻玄武岩时，司钻要采取“打一退二”的方式保证井下安全，在井下正常的情况下每钻进半个单根划眼一次，确保井下安全；在起钻和下钻时，按要求灌好泥浆，加强座岗，观察出口流量，保证井内的泥浆液面，控制好起钻速度，做好防漏、塌的预防工作。
3.3.3 泥浆方面
合理采用防塌钻井液体系，根据钻进的实际情况，及时调整钻井液密度，保证液柱压力对井壁的支撑力，形成物理防塌，并细化操作管理，防止工程因素引起井壁失稳；控制高温失水和泥浆粘度，增加泥浆的造壁能力，有效避免了玄武岩地层吸水膨胀后发生坍塌。
3.3.4 钻具结构方面
进入玄武岩地层前，及时简化钻具结构，在保证井身质量的情况下，降低施工风险，在满足携砂的情况下降低循环排量、严格控制开泵操作等技术措施，有效避免了井漏的发生。
此上做法基本能保证井下安全，但还是存在着很大的风险，尤其是在钻头使用上，因地层研磨性强，蹩跳钻比较厉害，故钻头使用寿命大大降低，随时会出现掉牙轮现象的发生，并对钻具的疲劳破坏存在很大的影响，造成井下事故，而且因其坚硬难钻，机械钻速降低，影响了钻井周期，至今还没有一套好的办法来解决此问题。
第四章钻头选型分析
基于上述地质岩层资料和现场钻头使用资料，对其作进一步的理论分析，一般的钻头选型方法，及现场经常用的钻头系列，江汉石油钻头厂和大港中成钻头厂钻头系列说明，再对冀东油田区块底砾岩玄武岩层已使用的钻头分析，结合前有的资料，最后得出最优的钻头选型。
第一节钻头选型方法简介
正确的选择钻头，一方面要对现有钻头的工作原理与结构特点了解清楚，另一方面还应对所钻地层物理机械性能有充分认识。钻头特性与地层特性的合理匹配是钻头选择的基本出发点。
4.1.1 钻头选型考虑的因素
一般来说，一口井的钻井设计时，要考虑的因素有很多，除其基本点钻头特性与地层特性外的合理匹配外，还有测井、录井、泥浆性能、经济评价等方面的因素，总结如下：（一）地层岩性－－可钻性和研磨
（二）电测资料－－伽玛和声波
（三）泥浆综合录井
（四）邻井钻头记录
（五）井身结构
（六）钻具组合
（七）钻井液性能
（八）对钻头的期望值－－钻速，进尺
（九）经济评价
一、地层岩性方面的研磨性和可钻性
前面第二章已详细阐述。
二、电测资料方面与钻头选取之间的关系
测井资料主要是指伽玛测井和声波测井方面的资料用于求得地层的岩性，测井综合解释为岩石的抗压强度，根据抗压强度，进一步设计钻头的各种参数，以获得最优的钻头来匹配相应的地层。此关系用下图4-1表示：
图4-1 电测资料与钻头选型关系
实际应用中，测井资料也可对地层的岩性评价，从而确定其的研磨性和可钻性。从上图就可清晰地看出测井与钻头选择型的关系，可见测井资料在钻井工作中也是很重要的。
三、泥浆综合录井
泥浆综合录井指在钻进过程中对各种参数的记录，对即时调整井的施工有十分明显的作用，根据各种参数也可即时检测钻头的效用。它包括以下几方面：钻井参数－－钻压，转速，泵压，排量，扭矩；
机械钻速－－每米钻时；
岩屑录井－－岩性；
泥浆录井－－地层流体成分；
气测－－化学成分录井；
随钻曲线－－作业动态。
四、邻井钻头记录
相邻井所用钻头记录，对新井钻头选型有着一定的参考作用，新井可以根据邻井相应地层所用过的钻头的优劣，以筛选和进一步的研究试用，不断的得出最优的选择型。所考虑的因素如下：
钻头类型－－型号；
所钻地层－－地层岩性；
钻井参数－－参数敏感性；
机械钻速－－快慢，是否适应地层；
磨损分级－－磨损严重程度；
磨损特征－－主要磨损特征；
起钻原因．
五、井身结构
（一）井段深度－井浅，地层疏松，攻击性强钻头；
井深，地层致密，寿命长钻头．
（二）井斜角大小－－直井，根据要求；
定向井，保径好，寿命长；
水平井，保径好，寿命长．
六、钻具组合
满眼钻具组合－－直井，牙轮，ＰＤＣ；斜井，牙轮．
光钻铤钻具组合－－牙轮，ＰＤＣ．
钟摆钻具组合－－牙轮，ＰＤＣ．
直马达－－ＰＤＣ，牙轮．
弯壳体马达－－ＰＤＣ，牙轮；
旋转导向钻具组合－－ＰＤＣ．
七、钻井液性能
水基泥浆
密度－－密度低，井浅，易钻；
密度高，井深，地层致密，难钻．
粘度－－粘度低，易清洗；
粘度高，易泥包．
油基泥浆
密度－－密度低，且不易泥包．
八、对钻头的期望值－－钻速，进尺
使用一个好的钻头，它好在哪方面，也就是它必须按照设计者的愿望获得效用。进行钻头选型时也对其的期望值进行分析，主要求在于分析三方面：钻头使用的目的、机械钻速和钻头进尺。
牙轮钻头选型原则 (1)软地层应选择有移轴、超顶、复锥3种结构的牙轮钻头，齿应是高、宽、稀、齿尖角大的铣齿或镶齿。随着岩石硬度增大，选择钻头的上述3种结构值应相应减小，齿也应矮、窄、密，齿尖角也要相应减小。 (2)钻研磨性地层，应该选用带保径齿的镶齿钻头。当发现上一个钻头的外排齿磨圆而中间齿磨损较少时，则下一个钻头应该选用有保径齿的镶齿钻头。 (3)在易斜地层钻进时，应选用不移轴或移轴量小、无保径齿并且齿多而短的钻头；同时，在保证移轴小的前提下，所选钻头适应的地层应比所钻地层稍软一些，这样可以在较低的钻压下提高机械钻速。 (4)选用镶硬质合金齿钻头时要注意：所钻地层页岩占多数时，用楔形齿钻头；钻石灰岩地层时，使用抛物体形或双锥形齿钻头；当用高密度钻井液钻井时，使用楔形齿钻头；当所选地层中页岩成分增加或钻井液密度增大时，用偏移值大的钻头；钻石灰岩或砂岩地层，选用偏移值小的钻头；钻硬的研磨性石灰岩、燧石、石英石时，用无移轴的球齿轱斗。 (5)在软硬交错地层钻进时，一般应按其中较硬的岩石选择钻头类型，这样既在软地层中有较高的机械钻速，也能顺利地钻穿硬地层。在钻进过程中钻井参数要及时调整，在软地层钻进时，可适当降低钻压并提高转速；在硬地层钻进时可适当提高钻压并降低转速。 (6)浅井段岩石一般较软，同时起下钻所需时间较短，应选用能获得较高机械钻速的钻头；深井段地层一般较硬，起下钻时间较长，应选用有较高总进尺的钻头。 (7)在小井眼(井眼直径小于177mm)钻井中常选用单牙轮钻头，单牙轮钻头比同尺寸三牙轮钻头的牙轮、牙齿、轴径、轴承大，强度高，破岩效率高。 (8)按钻头产品目录选择钻头类型。钻头生产厂家通过大量的试验，对各型钻头的适用地层情况进行了界定，形成了钻头产品目录。根据钻头产品目录，结合所钻地层性质选择钻头类型，基本能够做到对号入座，匹配合理。表卜10为国产三牙轮钻头产品目录。 (9)由于即使是同一种岩性，其机械性能差别也很大，所以仅根据岩性按钻头产品目录来确定钻头类型是不够全面的，还应收集邻近井相同地层钻过的钻头资料及上一个钻头的磨损分析，结合本井的具体情况来选择。 (10)钻头的选型应按每米成本最低来考虑。一般以“每米成本”作为评价钻头选型是否合理的标准，其计算公式为：在保证井身质量的前提下，对于同一地层使用过的几种类型的钻头，进行每米成本比较，每米成本最低的钻头应作为选型合理的标准。
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910217273.4 (22)申请日 2019.03.21 (71)申请人 中海石油（中国）有限公司上海分公 司 地址 200335 上海市长宁区通协路388号 申请人 中石化海洋石油工程有限公司 (72)发明人 张海山 李乾 王涛 姜韡 施览玲 纪国栋 王宏民 (74)专利代理机构 北京品源专利代理有限公司 11332 代理人 孟金喆 (51)Int.Cl. G06F 17/50(2006.01) G06K 9/62(2006.01) (54)发明名称一种钻头选型方法及其装置、设备和存储介质(57)摘要本发明公开了一种钻头选型方法及其装置、设备和存储介质，通过获取并统计一地区指定地层中所使用的至少一种钻头的使用参数以及对全部所述钻头分别进行至少一种评价运算以得到多参数评价指标值矩阵及单参数评价指标值矩阵，再分别进行规范化处理及去重处理，并赋予权重，最后依据非线性模糊优选理论计算评价指标值矩阵的综合向量，以得到对应各所述钻头的最终评价指标值。本发明能够提高钻头选型的准确性，兼顾各类钻头选型方法的优势，实现优快钻井目标，对于优选出的钻头提速效果明显，现场推广和应用前景广阔，对于钻井提速增效具 有重要意义。权利要求书3页 说明书15页 附图2页CN 109948257 A 2019.06.28 C N 109948257 A
权 利 要 求 书1/3页CN 109948257 A 1.一种钻头选型方法，其特征在于，所述方法包括： 获取并统计一地区指定地层中所使用的至少一种钻头的使用参数； 根据所述使用参数，对所述钻头分别进行至少一种评价运算以得到多参数评价指标值矩阵； 将任意一种或多种所述使用参数分别对应至各所述钻头以得到至少一个单参数评价指标值矩阵； 对所述多参数评价指标值矩阵及所述单参数评价指标值矩阵分别进行规范化处理及去重处理，得到多参数相对优属度矩阵及单参数相对优属度矩阵； 分别对所述多参数相对优属度矩阵中的各评价指标值及所述单参数相对优属度矩阵中的各评价指标值赋权重； 依据非线性模糊优选理论，分别计算对应赋权重后所述多参数相对优属度矩阵的多参数向量及对应赋权重后所述单参数相对优属度矩阵的单参数向量，组合所述多参数向量及所述单参数向量，得到综合相对优属度矩阵； 对所述综合相对优属度矩阵中的各评价指标值赋权重，并依据所述非线性模糊优选理论计算对应赋权重后所述综合相对优属度矩阵的综合向量，所述综合向量内各参数分别对应各所述钻头的最终评价指标值。 2.根据权利要求1所述的钻头选型方法，其特征在于，所述使用参数包括：使用效果参数、使用条件参数及使用成本参数； 所述使用效果参数包括：钻头进尺、机械钻速、钻进深度及钻头磨损程度中任意一种或多种； 所述使用条件参数包括：钻压、转速及泵排量中任意一种或多种； 所述使用成本参数包括：采购成本、功耗成本及维修成本中任意一种或多种。 3.根据权利要求1所述的钻头选型方法，其特征在于，对所述钻头分别进行至少一种评价运算以得到多参数评价指标值矩阵的方法之后，还包括： 对所述多参数评价指标值矩阵中各评价指标值进行修正，具体包括： 基于钻头磨损定级标准，对用于描述所述钻头的磨损程度的各参数进行相应赋值，并将各所述参数的赋值相加以得到钻头磨损特征值； 计算钻头磨损系数，钻头磨损系数＝1-钻头磨损特征值/预设常量； 利用所述钻头磨损系数对所述多参数评价指标值矩阵中各评价指标值进行修正。 4.根据权利要求3所述钻头选型方法，其特征在于，利用所述钻头磨损系数对所述多参数评价指标值矩阵中各评价指标值进行修正包括： 当所述评价指标值越大表示钻头选型越优时，令所述各评价指标值乘以所述钻头磨损系数； 或，当所述评价指标值越小表示所述钻头选型越优时，令所述各评价指标值除以所述钻头磨损系数。 5.根据权利要求1所述的钻头选型方法，其特征在于，所述评价运算的方法包括：每米钻井成本法、比能法、经济效益指数法、灰色聚类法、综合指数法、灰色关联分析法、主成分投影法、虚拟强度指数法及神经网络法中任意一种或多种。 6.根据权利要求1所述的钻头选型方法，其特征在于，对所述多参数评价指标值矩阵及 2
Φ311.15FS系列PDC钻头在彩南探井的选型与应用科技成果报告 钻井四公司
2007年11月25日 Φ311.15FS系列PDC钻头在彩南探井的选型与应用彩南探井地处准噶尔盆地东部五彩湾凹陷构造，临近彩南油田开发区、五彩湾气田，地表为戈壁黄泥滩。主要探明古生界石炭系（巴塔玛依内山组）的含油气情况。该构造地层较全，自下而上从石炭系（C2b）到吐古鲁群，地层分层及岩性见下表：
今年钻井四公司在该构造承钻彩54、彩55井两口预探井，为提高二开段Φ311.15井眼的钻井速度，加快油气勘探的步伐，根据地层岩性认真开展了Φ311.15FS系列PDC钻头的选型与应用，取得了一定的效果。 一、邻井牙轮钻头的使用情况 彩201井钻头使用概况 彩202井钻头使用概况
彩51井钻头使用概况 根据以上的统计表可以看出，侏罗系至二叠系地层，牙轮钻头的平均机械钻速只有3-4米/小时，由于牙轮钻头机械钻速慢严重地影响了钻井的周期。 二、彩54、彩55井Φ311.15FS系列PDC钻头的选型与应用 根据两口井邻井的实钻地层的岩性情况，经分析研究PDC钻头选型如下：
1.考虑到白垩系吐谷鲁群底部有砾石层，必须用牙轮钻穿砾石层后，再下PDC钻头，从石树沟地层到八道湾底部以上地层岩性发育较疏松，大多为泥岩及泥质粉砂岩，可选Φ311.15FS2463或Φ311.15FS2563BG。 2.PDC钻头钻到八道湾底部砾石层根据钻时的变化及时提钻，防止砾石层损坏PDC钻头，再用牙轮钻头钻穿砾石层后进入克拉玛依组20m左右，再下PDC钻头，考虑到三叠系－二叠系地层岩性较致密，且砂质泥岩、粉砂岩、砂砾岩互层多，可选Φ311.15FS2563BG 钻头，进入平地泉组中下部根据钻时可考虑Φ311.15FM3643Z钻头。 3.彩54、彩55井PDC钻头的实际使用情况和主要技术措施： 1）两口井PDC钻头使用及取得的技术指标 2）PDC钻头使用的主要技术措施 ①钻井排量：Φ160缸套双泵排量50—55 l/s，有利钻头的清
第22卷第4期钻井液与完井液Vol.22No.4 2005年7月DRILLINGFLUID&COMPLETIONFLUIDJul12005 文章编号:100125620(2005)0420072202 冀东油田水平井钻井液技术 邓增库左洪国夏景刚杨文权赵增春蒋平 (华北石油管理局第三钻井工程公司,河北河间) 摘要针对水平井钻井要求和冀东油田的地层特点,采用强包被、、,定向井段和水平井段采用聚磺硅氟乳化原油钻井液。该钻井液中PMHA与JJ能力;GT298、KJ21与NPAN,L21与JGWJ复配使用可以提高钻井液的封堵能力,。现场应用表明,该钻井液具有较强的防塌能力、,解决了上部地层和水平井段砂岩储层的井塌以及大斜度井段、水平井段的携砂、,完全满足了冀东地区垂深小于3000m水平井的钻井需要。 关键词聚磺硅氟钻井液井眼净化井眼稳定防止地层损害水平钻井冀东油田中图分类号:TE254.3 文献标识码:A 钻井液性能优良是水平井井下安全的重要保证。为满足水平井钻井要求,对水平井钻井液技术进行了调研,结合冀东油田的地层特点,从钻井液的抑制防塌能力、流变性、润滑性、油层保护等方面进行室内评价,优选出了聚磺硅氟乳化原油钻井液配方,并首次在G362P4井进行试验,获得了成功。随着水平井钻井液技术的不断完善,22口水平井实践表明,聚磺硅氟乳化原油钻井液具有较强的防塌能力、良好的流变性和润滑性,油层保护效果好,满足了冀东油田垂深小于3000m的水平井钻井需要。 砂带来困难;水平段处于砂岩产层,钻速快(钻时为0.8～2min/m),钻井液中岩屑浓度大;一般水平井段的井径比常规井径大,同时钻具不能居中,在重力作用下,岩屑在运移过程中产生沉降,在钻具周边淤积。如果钻井液携砂能力较弱,或工程措施不当,极易形成岩屑床,造成卡钻。113润滑防卡 由于油层埋深较浅,井眼轨迹半径较小,造斜率有时达30°/100m以上,大斜度井段地层较软,地层与钻具接触面大,固相润滑作用小,主要依赖液相润滑,增加了润滑防卡难度。114油层保护 1技术难点 111井壁稳定 该油田馆陶组下部地层存在不同厚度的玄武 岩,胶结物少,地层破碎,表现为大块塌落;东营组泥页岩地层易吸水造成不均质剥落坍塌;储层砂岩胶结性差,返出岩屑类似流砂,储层砂岩裸露段长达几百米,上层井壁
钻头选择和使用 1、硬质合金钻头的选择 胶结性的砂岩、黏土亚黏土、泥岩以及风化岩层、遇水膨胀或缩径地层宜选用肋骨式硬质合金钻头或刮刀式硬质合金钻头;可钻性3-5级的中、弱研磨性地层,铁质、钙质岩层、大理岩等宜用直角薄片式钻头、单双粒钻头或品字形钻头;研磨性强、非均质较破碎、稍硬岩层,如石灰岩等宜用负前角阶梯钻头;软硬不均、破碎及研磨性强的岩层,如砾石等宜用大八角钻头;砂岩、砾岩等选用针状合金钻头。常用硬质合金取心钻头及其适用范围见表6-1。 2、金刚石钻头的选择 金刚石钻进适用于中硬以上岩层。一般聚晶金刚石、金刚石复合片、烧结体钻头适用于3~7级岩层,单晶孕镶金刚石钻头适用于5~12级完整和破碎岩层,天然表镶金刚石钻头适用于4~10级完整岩层。不同类型金刚石钻头的选用见表 6-2。
金刚石钻头主要参数及结构要素与钻头选择如下: （1）钻头唇面形状。中硬、中等研磨性的岩层,宜选用平底形唇面或圆弧形唇面;坚硬且研磨性高的岩层,可用半圆形唇面;对复杂、破碎不易取得岩心的地层,可选用阶梯底喷式唇面;坚硬、致密易出现打滑的岩层,可选用锯齿形 唇面。金刚石取心钻头唇面形状及适用地层参见表5-29。 (2)胎体硬度。岩石的研磨性越强或硬度越低,则钻头胎体的硬度应越髙；反 之,岩石的研磨性越弱或硬度越高,则钻头胎体的硬度应越低。不同岩层推荐胎体 硬度及耐磨性参见第5章表5-35。
(3)金刚石浓度。岩石硬度越高或研磨性越弱,则钻头金刚石浓度应越低;反之,岩石硬度越低或研磨性越强,则钻头金刚石浓度应越髙。人造孕镰金刚石钻头 在不同岩层推荐的金刚石浓度值参见表5-39。 (4)金刚石粒度。若石的研磨性越强,硬度越高,则要求钻头的金刚石颗粒应越 小,最好用孕镶钴头;岩石硬度越低,研磨性越弱,则要求钻头的金刚石夥粒应越 大。孕镶金刚石钻头推荐粒度参见表5-40,表镶金刚石钻头推荐粒度参见表 5-41。
一、PDC钻头命名： 1、M1963钻头各字母和数字的意思？ M：胎体PDC钻头（MS：刚体PDC钻头） 19：切削齿尺寸，￠19mm（13--￠13mm，08--￠8mm） 6：刀翼数 3：冠部形状，变化范围1~9，1---冠部抛物线最长；9---冠部抛物线最短 2、FS2663的含义？ FS：刚体（FM：胎体） 2：2000系列 6：6刀翼（5：5刀翼） 6：复合片尺寸，6/8″--19mm（2：8mm；4：13mm，8：25.4mm） 3：布齿密度和位置。 3．G535的含义？ G：金系列 5：复合片尺寸：19mm（4：1/2″--13mm） 3：冠部形状：1---9：尖---平 5：布齿密度。 二、PDC钻头选择原则 1、钻头冠部形状确定原则 不同冠形PDC钻头的攻击性依次为：长抛物线型>中等抛物线型>短抛物线型；按照岩石硬度分类，推荐的钻头冠型如下：按照岩石硬度分类，推荐的钻头冠型： 岩石硬度抗压强度(psi) 冠部形状 很低硬度0-8000 长抛物线 中等硬度8000-16000 中等抛物线 高硬度16000-32000 短抛物线 ?针对软硬交错地层，采用多种抗回旋设计 2、切削齿尺寸选择原则： 岩石硬度抗压强度(psi) 切屑齿尺寸 很低硬度0-8000 19-24mm 中等硬度8000-16000 16-19mm 高硬度16000-32000 13-16mm 极高硬度32000-50000 8-13mm（超强齿） 3、布齿密度原则 岩石硬度抗压强度(psi) 布齿密度 很低硬度0-8000 低布齿密度 中等硬度8000-16000 中等布齿密度 高硬度16000-32000 高布齿密度 极高硬度32000-50000 高布齿密度(超强齿) 三、地层硬度分级 牙轮钻头机械钻速（h/m）地层硬度岩石类型抗压强度（Mpa） 111/124 15~30 很软粘土、粉砂岩、砂岩〈25
牙轮钻头的正确使用方法 牙轮钻头的正确使用方法： （—）不一样地层岩性对钻头失效的影响 地层岩性对钻头失效的影响表如今钻井技能上：影响钻进速度、钻头进尺；使钻井进程呈现井漏、井喷、井塌和卡钻等复杂情况；使泥浆功能发作改变；影响井眼质量，如井斜、井径不规则，进而影响固井质量。经过剖析地层岩性及其对钻井技能的影响，可对钻头选型和运用的合理性进行判别。 粘土、泥岩和页岩层影响：很简单吸收泥浆中的自在水而胀大，使井径减小，构成下钻遇阻，乃至卡钻，跟着浸泡时刻的延伸，又会发作掉块脱落，使井径扩展，构成井塌。应尽量运用清水或低比重低粘度的泥浆钻进。炭质页岩联接力弱，简单垮塌。泥质岩层质软，钻速快，也简单泥包。 砂岩：其性质依颗粒的巨细、成分以及胶结物的不一样有很大不一样。颗粒越细、石英颗粒越多、硅质和铁质胶结物越多则越硬，对钻头磨损越大，如石英砂岩；泥质胶结物越多，云母和长石的成分越多则较软易钻；颗粒越粗，胶结物越少，渗透性越好，易发作泥浆的渗透性漏失，并在井壁上构成较厚的泥饼，致使粘附卡钻等复杂情况，构成钻头的非正常运用。 砾岩：在砾岩层中钻进易发作跳钻、蹩钻和井壁垮塌；当泵排量小或泥浆粘度低时，砾石颗粒不易上返，对钻头牙轮体和牙齿损坏较大。 石灰岩：通常质硬，钻速慢、进尺少。有的有缝缝洞洞发育，钻遇缝洞时，会致使蹩钻、放空、泥浆漏失等，井漏后有时还会发作井喷。 石灰岩地层对钻头进尺、机械钻速和钻头失效影响很大。别的，当地层软硬交织，如泥岩与较硬的砂岩相间，易发作井斜；地层倾角较大时易发作井斜。钻头在斜井中钻进易构成损坏。当岩层中含有可溶性盐类，如石膏层、岩盐层等，会损坏泥浆的功能，影响到钻头的正常运用。 （二）、钻井技能 通常指钻压、转速和泥浆排量三个钻进进程中可操控的技能参数。在实践使用中，钻井技能应根据地层条件、钻头类型、钻井设备和操作人员技能水平拟定。按其需求和条件的不一样，钻井技能分有： 1）优化钻井技能：在必定条件下，能到达最佳经济目标的钻井技能参数。 2）强化钻井技能：为到达更高的钻进速度，选用比通常钻井参数高的钻井参数。 3）特别钻井技能：为了特别意图而选用特别办法或受约束的钻井参数。 不一样的钻井参数需求选用不一样标准、类型的钻头，钻进中其钻头失效方法也各具特色，应区别对待。
中国石油冀东油田公司 领导简介 总经理、党委副书记 苟三权 苟三权汉族，中共党员，甘肃景泰人，1983年毕业于华东石油学院采油工程专业，2006年于中国矿业大学博士研究生毕业并获博士学位，教授级高级工程师。1983年在长庆石油勘探局参加工作，历任长庆石油勘探局油田开发处主任地质师、采油二厂副厂长、常务副厂长，长庆油田公司生产运行处处长，总经理助理，副总经理、党委委员等职务，2006年5月任长庆油田公司党委书记、副总经理，同年10月任长庆石油勘探局局长、党委副书记，2008年2月任冀东油田公司总经理、党委副书记。 党委书记、副总经理 杨盛杰 杨盛杰汉族，中共党员，陕西霍州人，1984年毕业于大庆石油学院钻井工程专业，2006年于中国石油大学管理科学与工程专业毕业并获硕士学位，教授级高级工程师。1984年在玉门石油管理局参加工作，历任玉门石油管理局钻井处副总工程师，吐哈石油勘探开发指挥部钻井公司副经理、经理，指挥部副指挥、指挥，吐哈油田公司总经理、党委书记，西部钻探工程公司总经理、党委副书记。2010年5月任冀东油田公司党委书记、副总经理。 党委副书记、纪委书记、工会主席 金明权 金明权汉族，中共党员，陕西山阴人。1989年毕业于江汉石油学院采油工程专业，大学本科学历，教授级高级工程师，2006年毕业于中国地质大学（北京）能源地质工程专业，获博士学位。1989年参加工作，历任冀东石油勘探开发公司采油厂采油六队副队长、队长、作业三区经理；开发生产部注水科科长、采油科科长、副主任工程师、副经理；采油工程部主任；中国石油冀东油田公司采油工程处处长；中国石油冀东油田公司副总经理、安全总监等职。现任中国石油冀东油田公司党委副书记、纪委书记、工会主席。 副总经理 常学军 常学军汉族，中共党员，河北张家口人，1991年毕业于北京石油勘探开发研究院研究生部石油地质与勘探专业，工学硕士学位，2004年毕业于中国矿业大学（北京校区）矿产普查与勘探专业，获博士学位，教授级高级工程师，国际石油工程师协会（SPE）会员。1991年到冀东油田参加工作，历任冀东石油勘探开发公司地质研究所主任地质师、所长，勘探开发研究院院长；中国石油冀东油田公司勘探开发处处长，公司副总地质师。现任中国石油冀东油田公司副总经理、党委委员。 副总经理 焦向民
表1-5 钻头与地层岩石对应关系表 齿系地层型 1 2 4 可钻性岩性非密封滚动轴承非密滚动空气轴承密滚动轴承 型列号式江汉休斯瑞德赛克史密江汉休斯瑞德史密江汉休斯瑞德赛克密密 司司司 钢低抗压强1 极软页岩、粘土、泥岩W11 R1 Y11 S3SJ DSJ GA114 GIX-1S11 S33SSDS 度高可钻 G114 ATX-1 1性的软地 2 泥岩、软页岩、疏松页 W121 R2 Y12 S3J DTJ S33 齿层 3 页岩、软石灰岩 W131R3 Y13 S4J DHJ GA134 S44 4 S4DJ 高抗强度 1 页岩、软石灰岩M4NJ V2J GA214 M44N 钻 2 的中硬地 2 DR5 M4 层 3 中硬岩石灰岩、砂岩、 4 板岩 钻硬半研磨1 硬质石英岩 H7 H77 3 性或或研 2 W321 R7 H7J 性地层 3 硬质砂岩、白云岩 4 镶低抗压强 1 4 度高可钻2 性极软地 3 软页岩、粘土层 层 4 齿低抗压强 1 软泥岩、软页岩、疏松砂岩 5 度高可钻2中页岩、砂岩 性极软地 3 中软石灰岩 层 4中软石灰岩 钻高抗压强 1 中地层硬页岩、石灰岩 K621 G44 G4A 6 度的中硬 2 中地层白云岩、硬灰岩、Y62JA47JA 地层 3 砂岩 G55 Y63JA 4 硬质砂岩与白云岩 半研磨性1 硬质砂岩与白云岩 7 研磨性地2硬质砂岩与白云岩、极硬燧石 层 3 极硬燧石 K732 G77Y73JA 7JA 4 极硬花岗岩 K742 半研磨 1 极硬花岗岩 头8 性研磨性2极硬花岗岩 地层 3 极硬花岗岩 K832 G99Y83JA 9JA 4 极硬花岗岩 K842
钻头类型定性选择原则 （1）根据地层条件、钻井方式、井眼轨迹控制要求、井眼尺寸以及地质要求选择合适的钻头类型。 （2）在多种类型钻头都适宜的情况下，要选择机械钻速高、寿命长、安全性好的钻头。 （3）在软至中硬地层，PDC钻头和牙轮钻头都可选用； 如果地层均质，应尽量选用PDC钻头。因为PDC钻头机械钻速高，安全可靠。 如果地层破碎，软硬变化频繁夹层多，应该选用牙轮钻头。因为在这样的地层，PDC钻头易发生冲击破坏，影响钻头使用效果。 2.3牙轮钻头选型原则 牙轮钻头的设计参数（包括齿高、齿距、齿宽、移轴距、牙轮布置等等），是根据不 同地层的需要设计的，因此应根据不同的地层选用不同的钻头。 （1）地层的软硬层度和研磨性 地层的岩性和软硬不同，对钻头的要求及破碎机理也不同。软地层应选择兼有 移轴、超顶、复锥三种结构，牙轮齿形较大、较尖，齿数较少的铣齿或镶齿钻 头，以充分发挥钻头的剪切破岩作用；随着岩石硬度增大，选择钻头的上诉三 种结构值相应减少，牙齿也要减短加密。 研磨性地层会使牙齿过快磨损，机械钻速迅速降低，钻头进尺少，特别容易磨 损钻头的保径齿、背锥以及牙掌的掌尖，使钻头直径磨小，更严重的是会使轴 承外漏、轴承密封失效，加速钻头损坏。因此，钻研磨性地层，应该选用有保 径齿的镶齿钻头。 （2）井深 浅井段岩石一般较软，同时起下钻所需时间较短，应选用能获得较高机械钻速 的钻头。 深井段地层一般较硬，起下钻时间较长，应选用较高总进尺（钻头寿命长）的 钻头。 （3）地层的自然造斜性能 在易斜地层钻进时，地层因素是造成井斜的客观原因，而下部钻柱的弯曲以及 钻头的选型不当则是造成井斜的技术因素。
钻头怎么选_钻头选型方法【老师傅干货】 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、自动化、数字无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 钻头是机械加工中应用广泛的五金件，它用以在实体材料上钻削出通孔或盲孔，并能对已有的孔扩孔的刀具。但不同的作业环境我们选取的钻头种类也不同，常用的钻头主要有麻花钻、锪钻、中心钻和深孔钻。扩孔钻和锪钻虽不能在实体材料上钻孔，但习惯上也将它们归入钻头一类。 麻花钻是应用广的孔加工刀具。通常直径范围为0.25～80毫米。它主要由工作部分和柄部构成。工作部分有两条螺旋形的沟槽，形似麻花，因而得名。标准麻花钻的切削部分顶角为118，横刃斜角为40°～60°,后角为8°～20°。麻花钻的柄部形式有直柄和锥柄两种，加工时前者夹在钻夹头中，后者插在机床主轴或尾部的锥孔中；一般麻花钻用高速钢制造。 深孔钻通常是指加工孔深与孔径之比大于6的孔的刀具。常用的有枪钻、BTA深孔钻、喷射钻、DF深孔钻等。扩孔钻有3～4个刀齿，其刚性比麻花钻好，用于扩大已有的孔并提高加工精度和光洁度。 锪钻有较多的刀齿，以成形法将孔端加工成所需的外形，用于加工各种沉头螺钉的沉头孔，或削平孔的外端面。 中心钻供钻削轴类工件的中心孔用，它实质上是由螺旋角很小的麻花钻和锪钻复合而成，故又称复合中心钻。
模具制造业的钻削加工在几个关键要素上往往与常规钻削有所不同。首先，在不规则表面上钻孔的情况很常见；其次，该行业所用的工件材料通常比常规材料更难加工。为了成功应对这些加工特点，需要采用具有针对性的加工策略。 无论是使用可转位刀片式钻头、可换钻尖式钻头，还是整体硬质合金钻头乃至高速钢钻头，在不规则表面上钻孔或进行断续切削都有可能出现问题，这是因为加工表面越不规则，钻头挠曲变形的可能性就越大。不过，在考虑钻头挠曲变形之前，首先应该考虑选用哪种类型的钻头。答案取决于技术性和经济性两方面的考虑。 对于直径在12.7mm以下、孔深在70倍孔径（70×D）以内的孔，适合用整体硬质合金钻头加工。而在加工直径更大、孔深为5×D以内的孔时，可转位刀片式钻头往往能提供有效的解决方案。对于孔深为（5－10）×D的孔，可换钻尖式钻头则是首选刀具。对于所有这些加工，都推荐采用内冷却式钻头。 此外，还需要考虑加工的经济性。不同类型钻头的每孔加工成本存在差异。每孔加工成本会随着加工批量（钻孔数）的增加而下降。如果每孔加工成本居高不下（处于成本曲线的峰值），则表明需要选用另一种钻头或另一组刀片。每孔加工成本（即决策点）的权衡要素为孔的加工数量和加工质量，在某种程度上还包括机床和夹具。 当加工批量很小时，加工循环时间和每孔加工成本并不太重要，采用经济性较好的高速钢钻头可能就足够了。而对于批量较大的加工，整体硬质合金钻头可能更具优势，因为这种钻头虽然价格比较贵，但它可以采用更高的切削速度和更大的切削参数，从而能提供更低的每孔加工成本和更高的生产能力。 不过，对于孔径大于12.7mm、孔深在5×D以内的孔加工，可转位刀片式钻头通常可以提供的加工循环时间和每孔加工成本，这是因为其刀具材料与孔壁的接触面较小，因此产生的摩擦也较小，可以采用更高的切削速度。与高速钢钻头或整体硬质合金钻头相比，可转位刀
牙轮钻头的合理使用 （1）根据地层可钻性值并参考邻井地层，选择进尺多、速度快、成本低、磨损正常的钻头。在上部松软地层（可钻性级值小于5级），可选用机械钻速高的铣齿钻头，在深井段地层（可钻性级值大于5），可选用尺多的镶齿钻头。 （2）在易井斜地层，多选用牙轮偏移量小、无保径齿及齿多而短的牙轮钻头。 （3）井底应清洁，无落物。 （4）下钻速度要慢，防止顿钻。在钻头矩井底1单根时，要开泵和旋转钻头，充分洗井，清除井底岩屑，避免下入过快岩屑堵塞喷嘴或开泵过猛憋漏地层。 （5）钻头接触井底后，在低钻压、低转速下（钻压10～30ｋN，转速60ｒ/ｍｉｎ）跑合0.5ｈ以上，造好井底形状后，方可逐步提高钻压和转速的设计值。 （6）做好钻还试验，即固定钻压，改变转速，或固定转速，改变钻压，使钻压和转速合理匹配，达到高钻速钻进。（7）钻进中应尽量提高泵压，增大钻头水功率，充分发挥水力参数和机械破岩参数的交互作用，提高破岩效率。（8）使用组合喷嘴，提高清岩效率。 （9）应以厂家推荐的钻压与转速的乘积为约束条件，不能同时使用最高钻压和最高转速。 （10）钻进中操作平稳，送钻要均匀，严禁猛提猛放、溜钻
和顿钻。 （11）连续产生憋跳钻时，若不是地面设备的问题，应立即起钻，避免掉牙轮。 （12）从钻头下入钻进开始，必须做随钻成本计算，只要发现连续几个点成本上升时，应起钻。 （13）如发现钻头无进尺，泵压明显升高或降低，机械钻速突然下降，扭矩增大等现象时，若地面设备无问题，应起钻检查。 刮刀钻头的合理使用 （一）适用地层 刮刀钻头属切削型钻头，以切削、刮挤和剪切的方式破碎地层。这种钻头适用于在松软~软的页岩、泥质砂岩、页岩等塑性和塑脆性地层中钻进。 （二）钻进参数的确定 1．钻压的确定 刮刀钻头具有切削刀翼较长的优点，能适应较大的钻压变化范围，在转速一定的条件下，随着钻压的增加机械钻速增加。但是考虑钻具寿命和刮刀钻头结构易井斜的特点，对于不同尺寸的刮刀钻头正常钻进一般采用推荐钻压的中间值，最大不超过推荐的钻压最大值。要求做到平衡操作，均匀加压。2．转速的确定 刮刀钻头没有滚动部件，适用较高的转速。在钻压一定的条
石油地质与工程 2011年3月P ETROLEUM GEOLOGY AND ENGI NEERING第25卷第2期文章编号:1673-8217(2011)02-0100-03 冀东油田水平井新型完井配套工具研究与应用 姜增所,强晓光,宋颖智,马艳,邱贻旺 (中国石油冀东油田分公司钻采工艺研究院,河北唐山063000) 摘要:为解决冀东油田水平井高含水日益突出的问题,对水平井完井配套工具进行了改进,从完井阶段对出水加以控制;主要介绍了可调控水筛管和遇油自膨胀封隔器的结构、特点及现场应用情况,这两项工具在冀东油田的应用取得了较好的稳油控水效果。 关键词:冀东油田;水平井;完井工具 中图分类号:TE834文献标识码:A 冀东油田自2002年应用水平井开发技术以来,水平井规模迅速扩大,已完钻投产水平井350余口,为冀东油田的产量增长发挥了重要的作用。但是随着开发时间的增加,部分水平井由于底水锥进、边水侵入、管外封隔器失效等原因而高含水,水平井高含水的比例越来越大,目前冀东油田水平井综合含水已高达97%,严重制约了冀东油田的整体开发效果。中国石油勘探开发研究院采油所朱怀江[1]认为,由于结构上的原因,水平井在开采过程中更容易出现过多出水现象。针对以上情况,冀东油田从最初的完井阶段入手,引进了新的完井配套工具,形成了一套新的完井方式,并在现场应用中取得了良好的效果。 1可调控水筛管的控水原理与特点 可调控水筛管是在目前的精密微孔复合防砂筛管上增加流量调节功能,通过设置不同直径的喷嘴使水平井各段均衡产液,局部见水后限制产水段的产液量。对于一口水平井,根据地层特性、产层状况、设计产量和水平段长度等参数,通过专门的设计软件优化设计每段筛管的喷嘴大小,现场调配喷嘴,达到均衡水平段的流动阻力,使水平段上各井段具有基本相同的生产压差、均衡产液的目的,最大限度地提高油井产量,控制底水水脊的局部升高,使油井能够正常生产。 1.1可调控水筛管控水原理 如图1所示,筛管流道串接有可设定流量的恒流器,利用恒流器的流量低压敏、流量无粘敏的特点对流经的水量加以控制。流量低压敏压差增加倍,流量增加倍左右,而不是十倍;流量无粘敏300厘泊的油或水通过,水流量和油流量相同,有可 能水流量比油流量还小。 图1可调控水筛管结构示意图 可调控水筛管中的恒流器对水平井底水油藏的开发具有三个作用: (1)恒流作用是为防止水平段渗透率高的地方提前见水,从而延长无水采油期。 (2)见水后,低粘度水向井筒附近突进,此时,可调控水筛管对进水量加以控制,使其只能按照设定的量进入管内,大大降低了产出液的含水量,延长低含水期。 (3)低于设定流量时,恒流器上几乎没有压差,这样可大大提高低渗透段的生产压差,提高采收率。 1.2与普通筛管的试验对比结果 (1)相同生产压差下压力分布情况:普通筛管完井时,无论是低渗段还是高渗段,由于其阻力小,消耗的压降也小,生产压差几乎全部消耗在地层里[2-3]。可调控水筛管完井时,对于低渗段即出油段,地层的回压大,可调控水筛管上的压降小;对于高渗段即出水段,地层的回压小,可调控水筛管上的压降大。 收稿日期3 作者简介姜增所,高级工程师,66年出生,年毕业于大庆石油学院钻井工程专业,从事大修与完井研究工作。 :10 2::2010-10-1 :191989
学号： 河北理工大学成人教育 毕业论文 论文题目：冀东油田企业发展战略初探 学院：河北理工大学继续教育学院 专业：工商管理 班级：一班 姓名：王纪昌 指导教师：张新刚 2009年6 月18 日
河北理工大学成人教育毕业论文冀东油田企业发展战略初探 学院：河北理工大学继续教育学院专业：工商管理 班级：一班 姓名：王纪昌 指导教师：张新刚 2009年6月18日
毕业设计（论文）任务书 指导教师签字: 系主任签字:
毕业设计（论文）进程表 指导教师签字：
摘要 国际能源形势表明，尽管尚未出现能源短缺的局面，但石油作为世界能源的主要形态，各国特别是大国对它的需求量日益增加，石油的地位越来越高，石油价格处于高位运行的态势将长期存在，而且受世界大国及主要产油国的政局、局部战争等因素影响，石油供应市场及价格经常动荡。我国人均能源占有量低，随着我国经济的快速发展，国内能源特别是优质的石油资源供不应求，而世界能源处于高价位运行，对我国能源安全及经济增长形成较大压力。 本文对冀东油田面临的机遇和威胁以及自身存在的优势与劣势进行了深入分析。然后在分析研究的基础上对冀东油田发展战略提出了建设性意见。指导思想是适应环境变化，结合油田实际，转变观念，采取多种战略措施发展企业。指出油田不同产业应采取不同的业务发展战略，其目标是实现资源型企业的可持续发展。为实现冀东油田发展目标，要采取的主要战略措施是发展油气主业和下游业务，大力开拓天然气市场和外部市场，不断优化结构和开发入才资源。在战略实施过程中应建立相应的组织体系、激励与约束机制、创新机制等支持体系。 本文是理论与实践相结合的产物，对于石油企业的发展具有较强的指导意义。 关键词：油田战略初探
PDC Bit Selection Through Cost Prediction Estimates Using Cross plots and Sonic Log Data Bit Optimization in Ku Wai The Optimisation of PDC Bit Selection UsingSonic Velocity Profiles Present in the Timor Se PDC Bit Selection Method Through theAnalysis of Past Bit Performance. 26 PDCBitDurability-DefiningtheRequirements, VibrationEffects, Optimization Medium,DrillingEfficienciesandInfluencesofFormationDrillability Application ofPDCBitsUsingConfinedCompressiveStrengthAnalysis DaviesR.Cumulative Rock Strength as a Quantitative Means of EvaluatingDrill Bit Selection and Emerging PDC Cutter Technology. Drillability Assessment in Deepwater Exploration Evaluation of Thermal Effects on Drillability in HPHT Wells in Niger Delta New PDC Bit Technology, Improved Drillability Analysis, and Operational Practices Improve Drilling Performance in Hard and Highly Heterogeneous Applications
渤海石油职业学院 石油工程系 论文题目：水平井钻井液技术 学生姓名： 所在班级：07钻井工程3年6班 指导老师：王建云 完成时间： 2010年5月1日
目录 摘要 (3) 关键词 (3) 一、水平井施工技术难点分析 (4) 二、钻井液方案的制定 (5) 三、钻井液的配置和维护处理 (6) 四、技术措施 (8) 五、钻井液性能指标和应用效果 (8) 六经济效益分析 (10) 七、结束语 (11) 参考文献 (12)
水平井钻井液技术 摘要 水平井钻井由于特殊的井眼轨迹和昂贵的井下仪器给施工作业带来了极大的风险，因而其井下安全尤为重要。性能优良的钻井液是水平井井下安全的重要保证，甚至会成为施工成败的关键因素。随着石油工业的发展，水平井钻井技术作为提高单井产量的有效手段之一在全世界得到了越来越广泛的应用。研究和应用水平井钻井的测井地质导向技术是确保水平井成功开发油藏的一项十分重要的工程技术。研究认为，在做好水平井地质设计和钻井设计的基础上，要实现测井地质导向，必须充分利用随钻测量、随钻测井和录井等资料，开展实时岩性识别、随钻测井解释和地层评价、目标层测井地质特征的建立、导向标志层的选取及模拟曲线对比等方面的工作来确定钻头上行下行钻进方向及在目标层中的位置，以实时调整井眼轨迹. 关键词:水平钻井液井眼轨迹井壁稳定性
一、水平井施工技术难点分析 （一）井壁稳定 井壁稳定应是必须首先考虑的问题，井壁失稳的危害具有发生的突然性和后果的严重性。在常规定向井或直井施工中比较稳定的地层，钻水平井时则因上部地层失去垂向支撑，长段距处于悬空状态，极易出现掉块或坍塌，造成井下钻具阻卡。水平井由于前端钻具与井口钻具运动方向成90°角，钻具与井壁的摩擦作用使力的传递损耗大，致使处理井下塌卡的难度加大。常规钻井中不太严重的井壁失稳现象在水平井钻井中则很容易引起卡钻等严重事故。水平井井壁不稳定的主要因素有以下几方面： 1、馆陶组下部有不同厚度的玄武岩地层，玄武岩地层破碎、胶结物少，多表现为大块塌落。浅层水平井多开发玄武岩下部油层，钻穿该层时井斜角达到70~85o，井塌问题突出。 2、中深井钻穿的东营组泥页岩地层容易造成不均质吸水剥落坍塌，同时该层也处于井斜较大的井段，增加了防塌难度。 3、储层砂岩胶结很差，返出岩屑类似流沙，储层砂岩裸露井段长达几百米，加上上井壁失去支撑使之存在坍塌趋势，因而更容易跨塌。 （二）井眼清洁 由于重力作用大斜度井段及水平井段的井径比正常井径要大，且由于钻具不能居中，岩屑运移过程要产生沉降，在钻具周边形成泥砂郁积。如果钻井液的携砂能力不好，或工程措施不及时，极易形成形成岩屑床，造成卡钻。 影响水平井井眼清洁的主要因素有: 1、由于地层变化大，往往造成着陆困难，着陆时多次调整井斜，井眼轨迹不好，给携砂带来困难。 2、水平井段钻速快，钻时一般为0.8~2分钟，钻井液中钻屑浓度大，钻屑清除困难，容易形成砂床。 3、由于浅层水平井的水平井段加入了油保材料，中深水平井是加重钻井液，离心机的使用受到限制。 （三）防卡润滑 井壁稳定和井眼清洁能力是水平井钻井液工作的前提，润滑防卡是水平井钻井液工作的关键。钻井液的润滑性能是保证钻机正常负荷下运转和井下安全的重要保证因素。
冀东南堡特大型油田——10亿吨级特大油田发现始末 冀东南堡油田 ——10亿吨级特大油田发现始末 工程总投资：300亿元以上 工程期限：1962年——2020年 通过吹沙填海方式建造的冀东南堡油田2号人工岛，矗立在渤海中。 2007年5月1日，河北省唐海县境内的冀东南堡油田1号人工岛上，一位1968年从北京地质学院地质构造专业毕业的老人，头戴红色安全帽，登上钻井平台——这位老人就是温家宝总理。 两天后的5月3日，中国石油天然气集团公司宣布，在渤海
湾滩海地区发现储量规模达10亿吨的特大型油田——冀东南堡油田。这是40多年来我国石油勘探又一个最激动人心的发现。冀东南堡油田的规模相当于中国第一大油田——大庆油田21年的原油产量，占近几年全国年度新增探明石油储量的1/2左右，以每桶40美元的石油价格计算，该油田价值超过2000亿美元。从世界范围来看，其储量规模之大、油层厚度之大也是十多年来罕见的。冀东南堡油田发现的消息公布后，国际油价当日一度下跌1美元左右，中石油在香港的股票暴涨14%。 渤海湾找到大油田，改变的不仅是冀东油田的命运。目前，我国已经成为了世界上第二大石油消费国，第二大石油进口国。2007年的原油进口量达1.6亿吨，相当于每天320万桶，增长10.3%。面对飞速增长的石油需求，国内的石油资源却日渐减少。中石油统计，它们在国内探明的原油可采储量共计50.39亿吨，已开采23.3亿吨，一连串的数字意味着国内将近一半的可采石油都已经被用完。在紧要关头，如果能打开巨大的石油宝库，对于增强我国能源安全供应的保障能力具有重要意义。同时，南堡油田处于环渤海经济圈的核心区，邻近京、津、唐、秦皇岛市等地，冀东南堡油田的开发无疑将对环渤海地区的经济发展发挥积极推动作用。
钻头产品知识 一、常用钻头种类 1、概述 (1) 钻头类型： *按结构及工作原理分类: 刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头 *按功能分类: 全面钻进钻头、取芯钻头、扩眼钻头 (2) 钻头尺寸系列: 3-3/4 -- 36 2、钻头的工作指标： 钻头进尺：在钻头寿命内，其钻进的井段长度，单位为m； 钻头工作寿命：在整个使用过程中，钻头在井下的纯钻进时间(包括划眼——在已钻出的井眼内旋转送钻、修整井壁的过程)，单位为h 机械钻速：用钻头的进尺除以纯钻进时间，即单位纯钻进时间的钻头进尺，表示钻头破碎岩石的能力和效率，单位为m／h。 钻头的工作指标： 单位进尺成本—每米钻井成本 二、刮刀钻头 1、刮刀钻头的结构:上钻头体、下钻头体、刀翼、水眼 两刀翼的称作两刮刀钻头 三刀翼的称作三刮刀钻头 四刀翼的称作四刮刀钻头 刮刀钻头刀翼底部形状 a.平底 b. 正阶梯 c. 反阶梯 d. 反锥形 2、工作原理：工作时其刀翼在钻压作用下吃入岩石，并在扭矩作用下剪切破碎岩石。 破岩方式：以刮削、挤压和剪切为主要破岩方式 适用地层：松软地层
3、刮刀钻头的应用： 刮刀钻头制造工艺简单、成本低； 刮刀钻头适用于软地层，钻速快，每米钻进成本低； 刮刀钻头容易磨损成锥形，造成缩径和井斜； 刮刀钻头产生剧烈的扭转振动，破坏钻具和设备； 刮刀钻头目前逐渐被PDC钻头取代。 三、三牙轮钻头 1、三牙轮钻头的分类：钢齿（铣齿）三牙轮钻头，镶齿三牙轮钻头 2、三牙轮钻头的工作原理： 牙轮钻头在钻压和钻柱旋转的作用下，牙齿压碎并吃入岩石，同时产生一定的滑动而剪切岩石。当牙轮在井底滚动时，牙轮上的牙齿依次冲击、压入地层，这个作用可以将井底岩石压碎一部分，同时靠牙轮滑动带来的剪切作用削掉牙齿间残留的另一部分岩石，使井底岩石全面破碎，井眼得以延伸。 3、三牙轮钻头在井底的运动 钻头公转：牙轮随钻头一起旋转 钻头自转：牙轮绕牙轮轴线逆时针方向旋转（1.5倍） 钻头的纵振：牙轮在滚动过程，其中心上下波动，使钻头做上下往复运动。原因：单双齿交替接触井底；井底凹凸不平。 牙轮的滑动：牙轮齿相对于井底的滑移，包括径向滑动和切向滑动。原因：超顶和复锥引起切向滑动，移轴引起径向滑动。 4、钻头工作时的受力（受力情况非常复杂）： 纵向静载荷，纵向动载荷，扭矩，侧向力 5、三牙轮钻头对岩石的破碎作用 主要方式——冲击、压碎作用： 纵向振动产生的冲击力和静压力（钻压）一起使牙齿对地层产生冲击、压碎作用，形成体积破碎坑。 辅助方式——滑动、剪切作用： 牙轮牙齿的径向和切向滑动对井底产生剪切作用，破碎齿间岩石。 射流的冲蚀作用： 由喷嘴喷出高速射流对井底岩石产生冲蚀作用，辅助破碎岩石。 6、三牙轮钻头的超顶、复锥和移轴 超顶：牙轮锥顶超过钻头轴线 复锥：包括主锥和副锥，副锥超顶。 移轴：牙轮轴线相对于钻头轴线平移一段距离。偏移值 7、各类型钻头的度要破岩方式： 极软地层—主要靠牙齿压入剪切作用破碎地层—移轴超顶复锥