劉賢玉 黃 靜 任冠龍 曹 峰 張 超

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司， 廣東 湛江 524057)

南海北部灣盆地存在大量膠結(jié)致密、軟硬夾層交錯(cuò)的難鉆地層，特別是自流沙港組下部至長(zhǎng)流組、前第三系地層可鉆性每況愈下，導(dǎo)致部分鉆頭磨損嚴(yán)重，不得不頻繁起下鉆更換鉆頭，鉆進(jìn)效率較低，作業(yè)成本急劇上升[1-3]。根據(jù)地層特性優(yōu)選鉆頭，合理控制鉆進(jìn)參數(shù)，才能確保鉆進(jìn)效率。隨著油田鉆井?dāng)?shù)量的增加，油田各構(gòu)造、各層位所使用的鉆頭類型和數(shù)量也大大增加，從大量已使用鉆頭數(shù)據(jù)中統(tǒng)計(jì)分析出合適的鉆頭類型，往往要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力[2-3]。中海油目前沒有建立系統(tǒng)的鉆頭數(shù)據(jù)庫，現(xiàn)場(chǎng)鉆井作業(yè)在鉆頭選型上存在盲目性。不是根據(jù)地層特征來優(yōu)選鉆頭，鉆頭與地層不匹配，鉆進(jìn)參數(shù)不合理，也會(huì)導(dǎo)致機(jī)械鉆速較慢的問題，從而增加作業(yè)成本[3-6]。為適應(yīng)北部灣盆地鉆井作業(yè)的需要，課題組研發(fā)了北部灣盆地鉆頭數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

1 油田鉆頭數(shù)據(jù)庫存在的問題

中海油沒有建立鉆頭數(shù)據(jù)庫，國內(nèi)部分油田建有鉆頭數(shù)據(jù)庫。部分油田建立的鉆頭數(shù)據(jù)庫的實(shí)用性較差，主要存在以下問題。

(1) 信息量較少。機(jī)械鉆速與地層特性、巖石強(qiáng)度、鉆頭性能、鉆進(jìn)參數(shù)及鉆具組合等密切相關(guān)。已有的鉆頭數(shù)據(jù)庫提供了鉆頭基本信息、平均鉆速、地層名等，但缺少鉆頭照片和詳細(xì)地層特征、巖石強(qiáng)度、鉆進(jìn)參數(shù)、鉆具組合等信息。鉆頭的選用，一般要參考鄰井或鄰近區(qū)塊的鉆頭使用情況，現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(如WellView)不提供詳細(xì)鉆進(jìn)參數(shù)，鉆頭選用者無法直接借鑒鄰井資料，對(duì)多口井的鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行比較分析。

(2) 功能有限。優(yōu)選鉆頭，需要綜合考慮多方面的信息。在現(xiàn)有鉆頭數(shù)據(jù)庫，一般僅可對(duì)鉆頭型號(hào)、鉆速進(jìn)行簡(jiǎn)單查詢，不能精確查詢鉆具組合與鉆速的關(guān)系、地層厚度與鉆速的關(guān)系，無法按鉆頭的出井狀態(tài)進(jìn)行查詢。在可鉆性較好的地層中，硬夾層會(huì)使鉆頭提前失效?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)庫均沒有巖石強(qiáng)度分析功能，鉆頭選用者難以針對(duì)硬夾層來選用合適的鉆頭。

(3) 顯示方式的局限。現(xiàn)有鉆頭數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)基本為列表顯示，可視化程度較低。

(4) 錄入方式的局限。現(xiàn)有鉆頭數(shù)據(jù)庫都采用逐項(xiàng)錄入數(shù)據(jù)的方式，數(shù)據(jù)更新的操作比較繁瑣，工作量大。

2 新數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能及特點(diǎn)

研發(fā)的北部灣盆地鉆頭數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，主要功能模塊有數(shù)據(jù)錄入模塊、鉆頭信息模塊、單井參數(shù)查看模塊、多井參數(shù)對(duì)比模塊、地層評(píng)價(jià)模塊；主要包含鉆頭信息、鉆進(jìn)參數(shù)、地層信息、井眼信息等數(shù)據(jù)(見圖1)。該數(shù)據(jù)庫具備常規(guī)鉆頭數(shù)據(jù)庫的查詢、排序、篩選等功能，同時(shí)還具有如下特點(diǎn)。

(1) 信息量較大。數(shù)據(jù)庫中包含鉆頭信息和詳細(xì)的地層特性、巖石強(qiáng)度、鉆進(jìn)參數(shù)、鉆具組合信息及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況等，鉆頭信息與地層信息是優(yōu)選鉆頭時(shí)需要考慮的關(guān)鍵因素。在該數(shù)據(jù)庫中，每只鉆頭都配有約10張照片，全方位描述了鉆頭出入井狀態(tài)，并附有各種型號(hào)鉆頭的性能特征，直觀準(zhǔn)確地表述鉆頭狀態(tài)；同時(shí)，有詳細(xì)的地質(zhì)特征描述，可以快速查看地層巖性照片與綜合錄井圖。

圖1 鉆頭數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)架構(gòu)

(2) 可視化程度較高。自動(dòng)集成顯示鉆進(jìn)參數(shù)、地層特征、鉆頭使用情況，并將其與鉆具組合、鉆頭照片等動(dòng)態(tài)鏈接。

(3) 功能較齊全。增加了多井參數(shù)對(duì)比功能，可就鉆進(jìn)參數(shù)、巖石強(qiáng)度、地層信息進(jìn)行全方位對(duì)比，分析鉆頭與地層匹配性及鉆進(jìn)參數(shù)控制的合理性。可對(duì)地層進(jìn)行快速評(píng)價(jià)，計(jì)算巖石強(qiáng)度與地層可鉆性。拓展了常規(guī)數(shù)據(jù)庫的查詢排序功能，可進(jìn)行多重排序，可對(duì)鉆具組合明細(xì)、鉆遇不同地層厚度及機(jī)械鉆速、鉆頭出井狀況進(jìn)行精確查詢。

3 數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用情況

研發(fā)的鉆頭數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于北部灣盆地鉆井作業(yè)。實(shí)踐證明，利用該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)指導(dǎo)鉆頭選型及鉆進(jìn)參數(shù)控制工作，有助于提高機(jī)械鉆速。下面介紹該數(shù)據(jù)庫特色功能的應(yīng)用實(shí)例。

3.1 精確查詢

為某區(qū)塊流二段鉆頭選型。在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫能查到整體機(jī)械鉆速與總進(jìn)尺，結(jié)果顯示：S-1井的STS935RS鉆頭鉆遇了流一段、流二段、流三段，平均機(jī)械鉆速為14.8 mh，鉆頭出井磨損評(píng)級(jí)為2-2-WT-A-X-I-NO-TD；S-2井的MD519HBPX鉆頭鉆遇流一段、流二段，平均機(jī)械鉆速為16.7 mh，鉆頭出井磨損評(píng)級(jí)為1-1-WT-A-X-I-NO-TD。按此分析，MD519HBPX鉆頭比較適合該區(qū)塊流二段鉆進(jìn)。

在北部灣盆地鉆頭數(shù)據(jù)庫中，可以查詢鉆頭鉆遇不同地層的厚度，且自動(dòng)計(jì)算每套地層的鉆進(jìn)速度，實(shí)現(xiàn)精確查詢。通過精確查詢發(fā)現(xiàn)，MD519HBPX鉆頭整體平均鉆速相對(duì)較高，但鉆遇該區(qū)塊流二段僅15 m，代表性不強(qiáng)，且在流二段的機(jī)械鉆速僅 8.2 mh，出井照片顯示鉆頭出現(xiàn)部分泥包；STS935RS鉆頭鉆遇流二段達(dá)767 m，在流二段的平均機(jī)械鉆速為13.9 mh。由此可見，針對(duì)該區(qū)塊流二段，選用STS935RS鉆頭更具合理性。

3.2 快速查找較優(yōu)鉆頭

在北部灣盆地鉆頭數(shù)據(jù)庫中，通過平均鉆速進(jìn)尺圖直觀顯示鉆速與進(jìn)尺。每口井的鉆速與進(jìn)尺相對(duì)應(yīng)，浮動(dòng)顯示鉆頭基本信息，并且與鉆頭的出入井照片、鉆具組合形成動(dòng)態(tài)鏈接。經(jīng)過簡(jiǎn)單的篩選操作，按機(jī)械鉆速排序后，可快速找出某區(qū)塊綜合效果較好的鉆頭。如Y-1井使用的新速通STS916鉆頭，進(jìn)尺2 404 m，機(jī)械鉆速30.2 mh，進(jìn)尺較深，整體機(jī)械鉆速較高(見圖2)。

3.3 快速查看地層特征

某區(qū)塊流二段，X-1井和X-2井都采用TS1964RS鉆頭鉆進(jìn)。X-2井的平均鉆速為62.1 mh，X-1井的鉆速卻只有8.04 mh。調(diào)整了鉆進(jìn)參數(shù)，效果不明顯，最后X-1井因機(jī)械鉆速較慢而起鉆。到北部灣盆地鉆頭數(shù)據(jù)庫中查看地層特征，查詢結(jié)果如圖3所示。X-2井鉆進(jìn)的流二段是可鉆性較好的沙泥巖。X-1井鉆進(jìn)的流二段上部地層巖性與X-2井相似，但其鉆進(jìn)遇到的流二段下部地層夾有可鉆性極差的炭質(zhì)油頁巖。炭質(zhì)油頁巖硬度高，巖石表面光滑，PDC鉆頭切削齒無法有效吃入，鉆進(jìn)效果差，鉆速甚至低至1mh以下，而牙輪鉆頭相對(duì)更適合炭質(zhì)油頁巖的鉆進(jìn)。要提高X-1井的機(jī)械鉆速，根據(jù)數(shù)據(jù)庫提供的地層信息，就應(yīng)該優(yōu)選牙輪鉆頭。

圖2 按鉆速排序所得較優(yōu)鉆頭的鉆速進(jìn)尺圖

圖3 數(shù)據(jù)庫顯示的X-1井鉆遇地層特征

3.4 單井參數(shù)分析

X-1井Φ406.4 mm井眼使用了3只鉆頭，一只為牙輪鉆頭GJT115GC，另外兩只為PDC鉆頭TS1963SS。其中，第一只TS1963SS鉆頭因鉆速較慢而起鉆，出井磨損評(píng)價(jià)為3-5-WT-A-X-I-CT-PR，磨損嚴(yán)重且出現(xiàn)崩齒。在北部灣盆地鉆頭數(shù)據(jù)庫中查詢單井參數(shù)，可獲得如圖4所示的查詢結(jié)果。為提高鉆速，TS1963SS鉆頭進(jìn)入下洋組下部后，將鉆壓由4 klbs(17.8 kN)左右提高到15 klbs(66.7 kN)左右，轉(zhuǎn)速由100 rmin提高到120 rmin。但是，由于下洋組下部含礫較多，高轉(zhuǎn)速、大鉆壓在提速的同時(shí)，也使鉆頭快速磨損(見圖5)。進(jìn)入潿一段后，大鉆壓、高轉(zhuǎn)速已經(jīng)無法再提高鉆速，后期的機(jī)械鉆速不到2 mh，只能起鉆更換鉆頭。更換鉆頭后，鉆進(jìn)效果得到明顯改善。如果能在下洋組鉆進(jìn)過程中，適當(dāng)控制鉆進(jìn)參數(shù)，以保護(hù)鉆頭，就可能會(huì)避免更換鉆頭。

圖4 X-1井的井眼鉆進(jìn)參數(shù)

圖5 X-1井TS1963SS鉆頭出入井照片

X-5井與X-7井為同一區(qū)塊的探井，使用同一泥漿體系，Φ311.15 mm井眼均鉆遇角尾組至流二段上部，地質(zhì)特征相似。X-5井使用TS1952RS鉆頭，X-7井使用TS1952SS鉆頭，鉆頭性能差別較小，但鉆進(jìn)效果差別較大。

運(yùn)用鉆頭數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的多井參數(shù)對(duì)比功能，可得X-5井與X-7井的鉆速、鉆壓對(duì)比圖(見圖6)。從圖上可以看出，X-5井的鉆進(jìn)參數(shù)較為保守，前期鉆壓6 klbs(26.7 kN)左右，轉(zhuǎn)速80 rmin，后期鉆壓12 klbs(53.3 kN)，轉(zhuǎn)速100 rmin，平均鉆速41.7 mh；而X-7井的鉆進(jìn)參數(shù)有適當(dāng)放寬，前期鉆壓8 klbs(35.6 kN)左右，轉(zhuǎn)速80 rmin，后期鉆壓控制在16 klbs(71.1 kN)左右，轉(zhuǎn)速120 rmin，平均機(jī)械鉆速為50.9 mh。X-7井的整體鉆速相對(duì)較高，即使放寬了鉆進(jìn)參數(shù)，鉆頭狀態(tài)依然良好?？梢?，該區(qū)塊角尾組至流二段上部，鉆頭保護(hù)壓力較小，可適當(dāng)放寬鉆進(jìn)參數(shù)，加快鉆進(jìn)。

圖6 X-5井與X-7井的鉆速、鉆壓對(duì)比

4 結(jié) 語

針對(duì)北部灣盆地的地質(zhì)特點(diǎn)和鉆井作業(yè)需要，參考部分油田已有的鉆頭數(shù)據(jù)庫，設(shè)計(jì)開發(fā)了北部灣盆地鉆頭數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這是中海油擁有的首個(gè)鉆頭數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)克服了油田已有的鉆頭數(shù)據(jù)庫的不足，包含的信息量大、數(shù)據(jù)可視化程度高、功能齊全、實(shí)用性強(qiáng)。它收錄有詳細(xì)的鉆頭信息及使用情況，包含鉆頭出入井照片，有詳細(xì)的地層特性、巖石強(qiáng)度、鉆進(jìn)參數(shù)、鉆具組合、作業(yè)情況等信息；將鉆進(jìn)參數(shù)、鉆頭信息、地層特征等關(guān)鍵信息集成可視化顯示，并在多種信息之間建立了動(dòng)態(tài)鏈接；能進(jìn)行多重排序、精確查詢、快速優(yōu)選鉆頭；能進(jìn)行地層快速評(píng)價(jià)，計(jì)算巖石強(qiáng)度及可鉆性剖面；可以對(duì)多井參數(shù)進(jìn)行全方位對(duì)比，便于深入分析鉆頭與地層的匹配性。該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)已經(jīng)在北部灣盆地推廣使用，在指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)科學(xué)優(yōu)選鉆頭、合理控制鉆進(jìn)參數(shù)，進(jìn)而有效提高機(jī)械鉆速、降低鉆井作業(yè)成本方面，發(fā)揮了積極的作用。