川东北海相地层抗钻特性及钻井提速研究

摘要

川东北海相地区是中石化石油后备资源的主战场,油气储层埋藏深、地层坚硬、岩石可钻性较差,给高效快速钻井施工造成了严重困难。为加快该地区油气资源勘探开发的进程,解决海相地层钻井速度慢、钻井周期长等问题,本文采用室内试验、统计分析与理论研究相结合的方法对碳酸盐岩地层抗钻特性预测、钻井方式优选和高效破岩工具优化设计等方面进行了深入研究。(1)通过室内岩心试验测定了岩石可钻性级值、抗压强度、内摩擦角、硬度与塑性系数等岩石力学参数和声波特性参数,研究分析了测井资料与地层抗钻特性参数的相关关系,建立了利用测井资料预测碳酸盐岩地层抗钻特性参数的方法。(2)收集川东北地区重点区块的地质资料和测井资料,总结分析了海相碳酸盐岩地层的岩性特征和地层抗钻特征。(3)通过对比分析不同钻井方式的破岩机理和使用特点,总结分析了不同钻井方式的地层适用特点;在总结分析不同钻井方式成本组成的基础上,建立了适合评价不同钻井方式使用效果的成本模型。(4)通过收集钻完井资料,统计分析了不同地层使用效果较好的钻井方式,利用模糊聚类分析方法,以地层抗钻特性为分类依据,对石油钻井地层进行了合理的分类,确定了根据地层抗钻特性进行优选钻井方式优选的原则,建立了根据地层抗钻特性选择钻井方式的方法。根据川东北海相地层抗钻特性,优选出适合该地层高效钻进的钻井方式。(5)通过收集川东北海相地区钻完井资料,对海相地层的PDC钻头的使用情况进行了分析;针对钻头使用过程中存在的问题,通过室内微钻头试验优选出适合海相地层PDC钻头的切削齿尺寸和后倾角,从剖面形状设计、布齿设计、力平衡设计和水力设计等方面对PDC钻头进行了优化设计,研制出适合川东北海相地层高效钻进的个性化PDC钻头。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究现状分析

1.2.1 地层抗钻特性参数预测方法研究现状

1.2.2 钻井方式优选方法研究现状

1.2.3 碳酸盐岩地层高效破岩钻头研究现状

1.3 论文主要研究内容

1.4 技术路线

第二章 碳酸盐岩地层抗钻特性预测方法研究

2.1 岩心试验

2.2.1 试验目的

2.2.2 岩心试验

2.2.3 试验结果

2.2 碳酸盐岩地层抗钻特性参数预测模型的建立

2.2.1 模型建立的方法

2.2.2 碳酸盐岩地层抗钻特性参数模型的建立

2.2.3 模型验证及结果分析

2.3 碳酸盐岩地层抗钻特性预测方法研究

2.3.1 室内声波时差与测井声波时差关系研究

2.3.2 碳酸盐岩岩性成分测井解释方法

2.4 本章小结

第三章 川东北海相地层抗钻特性分析

3.1 海相地层地质分层及岩性描述

3.2 海相地层抗钻特性分析

3.3 本章小结

第四章 钻井方式优选方法研究

4.1 不同钻井方式破岩机理分析

4.1.1 冲击破岩

4.1.2 切削破岩

4.1.3 滚压破岩

4.1.4 研磨破岩

4.2 常用钻井方式及使用特点分析

4.2.1 转盘钻井

4.2.1 井下动力钻井

4.2.1 复合钻井

4.2.1 欠平衡钻井

4.3 综合钻井成本模型的建立及应用

4.3.1 不同钻井方式钻井成本组成分析

4.3.2 钻井成本影响因素分析

4.3.3 综合钻井成本模型的建立及应用

4.4 基于模糊聚类分析的钻井方式优选方法研究

4.4.1 模糊聚类分析的理论基础

4.4.2 模糊聚类分析的基本思想

4.4.3 模糊聚类分析的主要步骤

4.4.4 模糊聚类分析在钻井方式优选中的应用

4.5 川东北海相碳酸盐岩地层钻井方式优选

4.6 本章小结

第五章 川东北海相地层PDC钻头设计

5.1 川东北地区海相地层PDC钻头使用情况分析

5.1.1 现场调研

5.1.2 钻头使用情况分析

5.2 海相地层PDC钻头切削齿尺寸及后倾角优选试验

5.2.1 试验装置及微钻头设计

5.2.2 岩样选取

5.2.3 试验方案

5.2.4 试验步骤

5.2.5 试验结果及分析

5.3 高效钻进海相碳酸盐岩地层的10-1/2"PDC钻头设计

5.3.1 剖面形状设计

5.3.2 刀翼结构设计

5.3.3 布齿设计

5.3.4 力平衡设计

5.3.5 水力设计

5.3.6 保径设计

5.4 本章小结

结论与建议

参考文献

附录

附录A

附录B

致谢