馬曉勇，樓一珊，黃萬龍 （長江大學油氣鉆采工程湖北省重點實驗室 長江大學石油工程學院，湖北 武漢430100）

朱亮，李忠慧

張藝馨 （長江大學地球環(huán)境與水資源學院，湖北 武漢430100）

塔河油田是塔里木盆地迄今發(fā)現(xiàn)的最大整裝油氣田，其主要鉆探目的層位為三疊系、石炭系與奧陶系。從資料分析看，其鉆井施工具有如下特點：儲層埋藏深度大，井眼長；二疊系以下地層機械鉆速低。這嚴重影響了井下安全鉆進，并制約了鉆井效率和勘探開發(fā)質量。因此，對該區(qū)域進行鉆頭優(yōu)選對于有針對性地制定鉆井技術措施、形成優(yōu)快鉆井技術具有重要意義。

1 鉆頭分段優(yōu)選研究

對塔河油田托甫臺區(qū)塊98口井的鉆頭按照不同層段進行型號、尺寸、鉆速、鉆時、進尺、鉆進地層、生產廠家等相關信息的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：上部地層井眼較淺，地層容易鉆進，鉆頭普遍進尺大，機械鉆速快，表層第四系Q段內平均機械鉆速達到60.16m/h，庫車組段內平均機械鉆速為30.24m/h；而對于二疊系以下深部地層，鉆井深度較大，目的層奧陶系地層埋深平均在6000m以上，平均機械鉆速低，在1.0～2.0m/h之間。

在鉆井現(xiàn)場進行鉆頭優(yōu)選時，對于上部淺層和下部深層所考慮的因素是不同的，表層主要考慮機械鉆速，而下部地層在考慮機械鉆速的同時還要考慮鉆頭進尺、磨損情況等因素。因此，不適合采用單一方法完成鉆頭選型，而應根據實際情況采取分段優(yōu)選法：在表層采用機械鉆速法[1]進行鉆頭優(yōu)選，而在下部地層則運用主成分分析法[2，3]優(yōu)選鉆頭。

1.1 機械鉆速法

機械鉆速是指鉆井中鉆頭在單位時間內的鉆進進尺[4]，計算公式如下：

式中：v為機械鉆速，m/h；L為收集整理的該層位所有使用的鉆頭進尺之和，m；t為收集整理的該層位所有使用鉆頭純鉆時間之和，h。

機械鉆速法就是用某一鉆頭的機械鉆速與段內所用全部鉆頭的平均機械鉆速相比，顯然大于該層位平均機械鉆速的鉆頭使用效果較好，其他的鉆頭使用效果相對較差。對于淺部地層，適合應用機械鉆速法選擇鉆頭。

1.2 主成分分析法

主成分分析是把分析問題所需的變量綜合在一起，把給定的一組變量線性變換成一組新變量，盡量多地考慮可能會對分析結果造成影響的因素，達到綜合評價的目的。主成分分析法優(yōu)選鉆頭就是同時選取多個鉆頭使用參數(shù)作為評價的指標，綜合評價鉆頭的使用效果。為了提高結果的可比性，比較所用的數(shù)據應相同，即地層層位相同、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F，它可以全面反映鉆頭在鉆進期間的使用效果：鉆頭的F值越大，則說明該鉆頭的使用效果越好，反之則說明鉆進效果越差。如果一種鉆頭重復出現(xiàn)，則應對其綜合指標求平均值，這樣就可以評價出這種鉆頭在該地區(qū)的使用效果。該指標計算公式如下：

式中：ei為方差貢獻率；Fi為第i個主成分。

2 實例應用

依據上述原理，結合現(xiàn)場實際情況，主要針對二疊系及以下地層鉆進難度大、機械鉆速低等問題，進行鉆頭優(yōu)選分析。應用Matlab軟件對該構造鉆頭進行了主成分分析，所采用的主要參數(shù)是進尺、平均機械鉆速、純鉆時間、使用個數(shù)等，結果如表1所示。

表1 使用鉆頭的主成分分析結果

按層位對托甫臺區(qū)塊可鉆性級值進行統(tǒng)計，表2列出了二疊系及二疊系以下地層牙輪鉆頭和PDC鉆頭的可鉆性級值，并對地層的軟硬程度進行了劃分。根據巖石可鉆性級值以及巖石力學參數(shù)，依據IADC編碼[4，5]的要求，歸納總結出了與地層特性相對應鉆頭的IADC編碼，結果如表2所示。

表2 托甫臺地區(qū)地層可鉆性級值及推薦使用鉆頭

把托甫臺地區(qū)各層位優(yōu)選出來的鉆頭與表2所推薦的鉆頭進行對比，發(fā)現(xiàn)推薦的鉆頭中包含本方法優(yōu)選的鉆頭。據此，選擇出適用于二疊系及二疊系以下地層使用的鉆頭：MS1952SS、HA517G、FS2563BG、MS1952SS、HJ517G、HJ517L、FM3643Z。

使用上述方法優(yōu)選的鉆頭，2012上半年完鉆的5口井與2012年以前所鉆井的鉆井周期對比發(fā)現(xiàn)，二疊系以下地層鉆井周期比以往減少了7.22%，使用效果較好，節(jié)省了鉆井成本，提高了鉆井效率。

3 結 論

1）針對不同深度的地層，采用不同的鉆頭選型方法，分段優(yōu)選法適用于該地區(qū)地層特性。

2）優(yōu)選出的鉆頭在托甫臺地區(qū)取得了較好的鉆進效果?，F(xiàn)場使用效果表明，所選鉆頭提高了機械鉆速，有效縮短了鉆井周期。

[1]張輝，高德利 .鉆頭選型通用方法研究 [J].石油大學學報 （自然科學版），2005，29（6）：45～49.

[2]張輝，高德利 .用主成分投影法評價和優(yōu)選鉆頭 [J].石油鉆探技術，2006，34（1）：39～41.

[3]夏宏南，孫繼明，王小建，等 .主成分鉆頭評價方法的研究 [J].西部探礦工程，2005，17（11）：161～162.

[4]陳庭根，管志川 .鉆井工程理論與技術 [M].東營：中國石油大學出版社，2000.

[5]《鉆井手冊 （甲方）》編寫組 .鉆井手冊 （甲方）[M].北京：石油工業(yè)出版社，1990.