延长气田PDC钻头的优选与应用

PDC 钻头达到提高机械钻速的目的。 1 延长气田井身结构
延长气田目前采用 2 开井身结构, 一开封第四
系的黄土层和地表疏松地层, 钻至井深 200m 左右,
下Ф339. 7mm 表层套管。二开钻至井深2700 左右完
钻, 下 Ф139. 7mm 套管 (见表 1)。
表 1
延长气田井身结构数据表
开钻次序
45～ 65
28～ 34
最高钻压
160
4 PDC 钻头的现场试验与分析 为了有效降低钻井成本, 提高钻井速度, 缩短钻
井周期, 2009 年～ 2010 年在延长气体的姚家坡和黑 家堡区块现场应用了 5 口井的 PDC 钻头提速试验。
姚家坡区块的试49 井钻井周期22d19h, 平均机 械钻速为 7. 19m h, 钻井周期创造了目前本区块钻 井周期最短的一口井, 也是延长气田第一口采用
6. 50 6. 50- 6. 90
6. 57
3 PDC 钻头的优选 3. 1 PDC 钻头选型
利用测井资料以及岩石可钻性的室内试验数
据, 建立各层的可钻性极值计算模型和可钻性剖面, 计算出各个层位的可钻性极值。 根据可钻性极值大
小选定级别高或同级别的 PDC 钻头[3- 4] (见表 6)。
表 6
色细砂岩; 下部为深灰色、灰黑色泥岩、砂质泥岩夹 薄层灰白色细砂岩、泥质砂岩及煤层, 太原组灰色泥 晶灰岩、灰黑色泥岩夹薄煤层, 本溪组上部为一厚煤
层, 中下部为灰黑色泥岩夹薄层浅灰色细砂岩。地层 中含有硅质、石英砂、菱铁矿等矿物成分, 还含有研
磨性极强的灰黑色泥岩和灰岩、多段砂砾岩互层, 软 硬交错, 对钻头磨损严重。
合的[1]。利用计算机编程, 绘制M B P 曲线, 求得与实 际相接近的最优钻压、转速、排量的工作参数[5- 6]
(见表 7)。
表 7
PDC 钻头的推荐参数表
钻头尺寸 (mm ) 工况 钻压 (kN ) 转速 (r m in) 排量 (L s)
5 215. 9
井底造型 正常钻进
10～ 20 80～ 140
钻头程序
套管程序
井深 (m )
一开 311. 1mm (121 4" ) 244. 5mm ( 95 8" ) 200±
二开 215. 9 mm ( 81 2" ) 139. 7mm ( 51 2" ) 2700±
2 延长气田岩石可钻性研究 岩石可钻性是指在钻进过程中, 岩石对钻头破
碎岩石的相对阻抗程度或岩石抵抗钻头钻进和钻凿
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内蒙古石油化工 2011 年第 12 期
延长气田 PDC 钻头的优选与应用Ξ
董晓军1, 胡建均2, 刘 刚1, 蒋立宏1, 杨晨涛2
(1. 陕西延长石油 (集团) 油气勘探公司, 陕西 延安 716000; 2. 中原石油勘探局钻井工程技术研究院, 河南 濮阳 457001)
17
灰岩 2646. 16 159. 244 6. 90 6. 71 2. 75
18
灰岩 2640. 80 153. 563 6. 58 6. 52 0. 91
2. 3 延长气田下部地层岩石可钻性剖面建立
根据式 (1) , 利用声波时差测井资料, 建立了延
气2 井等井的PDC 钻头岩石可钻性级值 (见表4) , 并
5. 26 4. 17- 6. 31
5. 15 3. 8- 6. 38
5. 20 4. 17- 6. 17
5. 23 3. 96- 6. 68
5. 19 3. 77- 6. 05
5. 16
5. 73 4. 39- 6. 78
5. 39 4. 15- 6. 50
5. 90 4. 91- 6. 93
5. 73 4. 74- 6. 71
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内蒙古石油化工 2011 年第 12 期
PDC 钻 头 从 纸 坊 组 到 完 钻 的 井, 1 # PDC 钻 头 M D 9541H G, 钻 进 井 段 933～ 1916m 和 2586～ 2744m , 地层为纸坊组、和尚沟组、刘家沟组以及下 部地层的太原组、本溪组和马家沟组, 第一次下井进 尺为983m , 纯钻时间为129. 25h, 平均机械钻速为7. 61m h, 起初钻头基本无磨损, 保径完好, 复合片有 轻微磨损痕迹。 第二次下井进尺为 158m , 纯钻时间 为 71. 75h, 平均机械钻速为 2. 2m h, 起初钻头复合 片磨损严重, 钻头几乎报废。 本只钻头累计进尺为 1141m , 累计纯钻时间为 201h, 平均机械钻速为 5. 68m h。2# PDC 钻头M D 9541H G, 钻进井段1916～ 2586m , 地 层 为 石 千 峰、石 盒 子 和 山 西 组, 进 尺 为 670m , 纯钻时间为76. 67h, 平均机械钻速为8. 74 m h。起初钻头基本无磨损, 保径从下井时的215. 9mm 磨小至 213mm , 复合片有轻微磨损痕迹。
5. 59 4. 47- 6. 73
6. 60 5. 82- 6. 90
5. 62 4. 80- 6. 68
5. 76
6. 69 6. 20- 6. 89
6. 43 5. 57- 6. 86
6. 47 5. 95- 6. 81
6. 48 5. 00- 7. 14
6. 39 5. 36- 6. 76
6. 35 6. 07- 6. 90
2011 年第 12 期 董晓军等 延长气田PDC 钻头的优选与应用
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Kd= 11. 169e (- 0. 0032∃t)
(1)
表 5
PDC 钻头可钻性级值
其中: Kd: 岩石可选性极值, 无量纲;
地层
可钻性级值
岩性评价
∃ t: 声波速度, km s。
三叠系
4. 24～ 6. 75
摘 要: 针对延长气田目的层深、地层老、可钻性差, 常规钻井钻速慢、牙轮钻头很难提高钻速等实 际问题, 对延长气田的岩石可钻性和钻头选型进行了研究, 建立了岩石可钻性剖面图; 并优选了适合延 长气田钻井的 PDC 钻头。 通过现场试验, 大幅度提高了延长气田的钻井速度, 取得了显著的效果。
关键词: 延长气田; PDC 钻头; 可钻性; 钻井提速 中图分类号: T E921+ . 1 文献标识码: A 文章编号: 1006—7981 (2011) 12—0020—03
中硬
二叠系
3. 61～ 6. 68
软到中硬
石炭系
4. 15～ 6. 927
中硬
奥陶系
4. 998～ 6. 9
中硬
图 1 声波时差与 PDC 钻头可钻性关系回归曲线
由表 3 可以看出, 预测的可钻性级值和实验得
到的可钻性级值的误差在 10% 以内, 满足工程计算
的需要。
表 3 PDC 钻头可钻性级值误差统计表
10
砂岩 2801. 97 238. 943 5. 50 5. 48 0. 36
14 粗砂岩 2086. 95 217. 885 5. 15 5. 46 6. 02
15 细砂岩 2242. 97 236. 733 4. 61 4. 97 7. 81
16 细砂岩 2548. 80 244. 040 4. 93 5. 39 9. 33
表 2
岩石性能实验表
井号 岩心编号 深度m
地层
岩性描述
PDC 钻头 可钻性级值
延177 1
2267. 9 石千峰组 砂岩
2. 37
延 177 2 2656. 05 山西组 泥岩
3. 61
延 177 3 2740. 85 本溪组 砂岩
6. 76
延 177 4 2790. 59 马家沟组 泥岩
4. 64
岩心编号
岩性描述
埋藏深度
声波时差 (us m )
可钻性级值 实验值 预测值
误差%
6
砂岩 2323. 99 220. 662 6. 04 5. 65 6. 46
7
砂岩 2322. 64 242. 640 5. 19 4. 94 4. 82
9
泥岩 2734. 30 224. 691 6. 34 5. 72 9. 78
5. 55 4. 36- 6. 00
5. 77 5. 00- 6. 27
5. 85 5. 27- 6. 1
5. 51 4. 31- 5. 94
5. 56 4. 84- 6. 19
5. 71 4. 94- 6. 19
5. 51
5. 39 5. 09- 5. 82
5. 32 4. 34- 6. 31
5. 20 3. 61- 6. 12
优选钻头型号表
井段(m ) 地层
特点
PDC 可钻性 极值
地层性质
适用钻头型号
1000 ～ 2000
2000 ～ 2700
2700 ～ 2750
纸坊组 和尚沟组 刘家沟组
砂岩 粉砂岩 泥岩
4. 24～ 6. 75 中硬
石千峰组 泥岩
石盒子组 山西组
细砂岩 石英砂岩
3. 61～ 6. 68 软～ 中硬
太原组
通过对近几年延长气田生产井统计, 平均井深 2770m , 平均机械钻速 4. 08m h, 平均钻井周期 52. 1d。对200 多只常规钻头的机械钻速统计分析可知, 井深 2033m 以下地层岩石可钻性较差, 机械钻速明 显降低, 是影响钻井周期的主要井段, 但也预示着下 部井段存在提高钻井速度的很大潜力。 为此采用
中硬
3. 2 PDC 钻头的钻井参数优化 全井钻井成本的优化方法基本上是利用了两个
阶段的优化过程, 即单只钻头行程钻速和全井多只 钻头行程钻速的优化方法。以函数形式—M B P 曲线 (M ax im um b it Perfo rm ance Cu rve) 对钻压、转速、 钻头寿命、动力钻具的压降、钻速等参数进行优化组
及破岩的能力, 它是衡量钻头破碎岩石难易程度的 标准。 因此, 可钻性不仅是地层岩石特性的主要指 标, 也是影响破岩效果、制约钻进速度的主要因素。 对钻井所钻地层的岩石可钻性的确定直接影响到钻
头选型和钻井速度。
2. 1 PDC 钻头岩石可钻性室内实验 对延长气田下部地层选取了不同地层的岩心,
进行了针对 PDC 钻头的岩石可钻性实验, 根据钻进 深度和钻进时间, 得到了牙轮钻头和 PDC 钻头的可 钻性极值的大小 (见表 2) , 并采用“中华人民共和国 石油天然气行业标准- 岩石可钻性测定及分类方法 SY T 5426- 2000”对 PDC 钻头的岩石可钻性进行 了分析。
6. 16
延 144 14 2086. 95 石千峰组 粗砂岩
5. 15
延 144 15 2242. 97 石盒子组 细砂岩
4. 61
延 144 16 2548. 8 山西组 细砂岩
4. 93
延 144 17 2646. 16 马家沟组 泥岩
6. 9
2. 2 PDC 钻头岩石可钻性计算模型的建立
根据声波时差测井资料和岩心可钻性实验结
根据 PDC 钻头可钻性级值进行了地层分级评价 (见 表 5)。
表 4 PDC 钻头岩石可钻性级值统计表
地层 井号
三叠系
二叠系
石炭系
奥陶系
延气 2 试 29 试 32 试 206 延 162 试 208 延 203 延 144 试7
5. 61 4. 70- 6. 33
5. 60 4. 24- 6. 75
煤
上部厚煤层、中下
本溪组
部为灰黑色泥岩夹 薄层浅灰色细
4.
15～
6.
927
中硬
砂岩
M D 9535ZC M D 9541H G
HT2565
M D 9535ZC M D 9541H G
HT2565
M D 9535ZC M D 9541H G
2750 ～ 井底
马家沟组
灰岩、白云岩夹凝 灰质灰岩、膏盐岩
4. 998～ 6. 9
延长气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡中南部, 主要目的层为古生界二叠系石千峰组、石盒子组、山
西组、太原组、本溪组气藏。地层从上而下是第四系、
三叠系、二叠系、石炭系和奥陶系。中层缺失第三系、
白垩系、侏罗系、泥盆系、志留系, 地层古老, 这是地 层发育的一个鲜明特点。 本区石千峰组以棕红色泥
岩与砂岩互层, 石盒子组中上部为巨厚层状泥岩、砂 质泥岩; 下部为中厚层状细砂岩、粗砂岩、含砾粗砂 岩夹泥岩、砂质泥岩, 底部砂岩较发育, 山西组上部 为厚层状深灰色、灰黑色泥岩、砂质泥岩夹薄层灰白
延 177 5 2792. 36 马家沟组 泥岩
4. 64
延 162 6 2323. 99 石千峰组 砂岩
6. 04
延162 9
2734. 3 山西组 泥岩
6. 34
延 162 10 2801. 97 本溪组 含砾砂岩
5. 5
延 167 12 2287. 72 石盒子组 泥岩
5. 83
延 167 13 2420. 64 山西组 泥岩
果, 建立了利用测井资料预测牙轮钻头和 PDC 钻头 岩石可钻性的计算模型。
根据表 1 数据, 结合对应深度的声波时差数据, 回归得到了利用声波时差测井资料预测岩石可钻性
极值的计算模型[2], (1) 式所示。
Ξ 收稿日期: 2011- 04- 16 作者简介: 董晓军 (1975- ) , 男, 陕西凤翔人, 2000 年 7 月毕业于西安石油学院石油工程专业, 现从事石油天然气勘探与 开发工作。