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科 f 技 f 论 i 坛 金刚石钻头选型技术 魏 慧 明 ( 中油长城钻探工程有限公司钻井一公司, 辽宁 盘锦 124010) 科 摘要 : 以不同钻进条件 下金 刚石钻头的主要类型 为基础 , 针 对金 刚石钻头优选的 多 目标 、 多层 次性 , 利用层次分析 法建 立 了金 刚石钻 头选型 方案 的优化模 型, 并在 已知地质资料和测 井资料 的基础上得 出了金 刚石钻头选型的测 井解释 方法, 分析总结 了金刚石钻 头选 型的总体依 据和特定 情 况下的选型。 关键词 : 金刚石钻头; 钻头选型; 层 次分析法 ; 测 井解释 1 金刚石钻头技术的发展 1. 1金刚石钻头技术的发展概况嗍 。钻 二 ...
科 f 技 f 论 i 坛 金刚石钻头选型技术 魏 慧 明 ( 中油长城钻探工程有限公司钻井一公司, 辽宁 盘锦 124010) 科 摘要 : 以不同钻进条件 下金 刚石钻头的主要类型 为基础 , 针 对金 刚石钻头优选的 多 目标 、 多层 次性 , 利用层次分析 法建 立 了金 刚石钻 头选型 方案 的优化模 型, 并在 已知地质资料和测 井资料 的基础上得 出了金 刚石钻头选型的测 井解释 方法, 分析总结 了金刚石钻 头选 型的总体依 据和特定 情 况下的选型。 关键词 : 金刚石钻头; 钻头选型; 层 次分析法 ; 测 井解释 1 金刚石钻头技术的发展 1. 1金刚石钻头技术的发展概况嗍 。钻 二 重亟二二二二二二二二二二二二二 型亘二二井 在 油 田 开 发 中 作 用 非 常 重 要, 钻 头 作 为 二 嚣 霎 钻井作业中最重要的工具 ,其工作性能直 3Ⅺ ~ 瑚 级 撖 硬岩 层 接 影 响 到 钻 井 作 业 的 质 量 、 成 本 和 效 率 。 着钻井技术的发展和竞争 日趋激烈 ,钻井 工作的高质量、 高效率、 低成本的探讨和研 用 绳 表 l 不 同钻进条件的金刚石类型 , 表 镶 单 层 t 孕 镶 1扇 块 状 盖 墨 = 鬟 嚣 ⋯ ⋯ m. 。 。 F MPa; 一 卜 岩石抗研磨强度, MPa; ct , B. , r岩石抗压、 抗剪和抗研磨系数。 从而 ,根据钻头设计参数选择的钻头更加适 合该油区的钻井施工 , 有利于提高钻井速度 , 降低 钻井成本。 3 金刚石钻头总体选型依据和特定隋况下的 状 锯 齿 抛球 齿选 型 3. 1总体依据。 金刚石钻头选型主要依据以下 几 : ( 1)岩石物理力学性质。主要是岩石研学陛、 强度和压人硬度。(2)钻头技术参数, 包括胎体耐 磨性 、 硬度 、 金刚石 品级 、 浓度 、 水 口数量 和大小 、 端面形态等。( 3)钻头使用后观察胎体磨损和金刚 石出露情况。 钻头选择合理, 与所钻进岩层相适应 , 能更加 适合该油区的钻井施工。一方面延长了钻头有效 工作区; 另一方面更利于提高钻井速度, 降低钻井 成本。 3.2 特殊选择。( 1)钻进 中镬 岩层的金刚石钻 头。选择新型锯齿状钻头用于钻进 VI~ Ⅶ级岩石。 根据岩石 的研磨 陛和裂隙程度,锯齿状钻头的差 别在于齿刃的数量和所用金刚石的大小。(2)钻进 坚硬致密岩层的金刚石钻头。 钻进Ⅷ一 X 级坚硬致 密岩层 , 选择 出露不同质量(破碎 的和抛 光的) 的 金刚石钻头。( 3)钻进极坚硬岩层 的金刚石钻头 。 Ⅺ~ Ⅻ级极坚硬岩层 的牛 寺 是金刚石的可钻性低 。 目前 , 主要用孕镶钻头钻进这些岩层 , 钻进研磨性 岩石时孕镶钻头的效果不错(但钻头寿命低 。钻 进低研磨性岩石时, 由于金刚石抛光而效果不佳。 为了解决极坚硬岩石的钻进问题 ,选择表镶单层 和孕镶金刚石钻头 。(4)钻进裂 隙、 高研磨性和软 硬交替岩层 的金冈 『 J石钻头。对于第 1类型岩石可 使用单层岩心管 , 但是 , 金刚石钻头必须强化 , 以 防岩心的劈裂作用有可能损坏镶嵌有金刚石的胎 体。对于第Ⅱ 类型岩石要求使用特制的双层岩心 管 , 这种钻具在提高钻进效率( 由于增加回次进尺 量)的同时还能提高岩心质量。 单层岩心管钻进裂 隙研学 l生 岩石的经验表明 , 选用加厚胎体的 14A3 型金刚石钻头可有效地克取岩石。(5)钻进极其复 杂地质条件的金刚石钻头。对于这类型的双层 岩心管而言 ,在极其破碎的岩层内除了岩心采取 率外 , 应提高金刚石钻头的强度 、 回次进尺量和机 械钻速。 为了使用这种管子钻进 , 选取可进行孑 L底 冲洗的专用金刚石钻头。 4 结论 现场钻井施工中,有针对性的对金刚石钻头 进行选型, 使钻头的技术参数与所钻岩层性质相 适应, 可充分发挥金冈 0 石钻头的特性。 从而在实际 钻井工程中, 提高钻速, 降低钻井综合成本, 加快 新区的开发速度 , 创造社会和经济效益。 究也越来越受重视,这也使得钻探设备日 臻完善, 多工艺的钻进方法应用广泛 。 目前高技术水平金刚石钻进工艺 , 主要包括 : 长行程钻机 、 绳索取JI 钻具 、 定向钻井及孔内测试 仪器和其他配套技术的使用,尤其是含金刚石的 超硬材料 的出现和金刚石钻头制造工艺的进步 等。高效、 耐用、 适用地层广泛的金刚石钻头的研 制和使用, 成为高技术金刚石钻进的关键问题。 实际生产中,除了在适于表镶钻头地层中继 续研究高质量的天然表镶金刚石钻头外 ,各类人 造金刚石制品的钻头制造工艺所 占的比重 日益加 大。品种众多的孕镶单晶钻头、 聚晶钻头、 复合片 钻头、 烧结块钻头等应用越来越广。 l2 金刚石钻头的类型。 根据国外经验的相关 资料B, 对用于不同钻进条件下的金刚石钻头主要 有以下几种类型, 见表 l 。 2 常用的金刚石钻头选型方法 2. 1层次分析法 。金刚石钻头选型是一多 目 标决策问题, 假设有m个目 标 G 、 G2、 ⋯ 、 Gm , 其相 应的权重分别为 W W: 、⋯ 、 w 且 wJ=l , o i W. l(j=J, 2, ⋯ , m)并设已拟定 n个决策方案A 、 A 、 ⋯ 、 A , 方案 A, ( - 1, 2, ⋯ , n) 在 目标 Gj(i=1, 2, ⋯,m)下的取值为a. . , 则方案 A 、 A 、 ⋯ 、 A 关于目 标G 、 G 、 ⋯ 、 G 的指标矩阵为: IGl G2 G3 ⋯Gm I 【 a ll a 12 a13⋯a Im f A; I a2- a2 2 a2 3 ⋯ a2 m I (1) ... ... ... .. . ... 1 l I a 由层次分析法对 r1个方案进行排序,找出最 优方案。显然 , 上述多 目标决策问题是个层次结 构问题 , 可用图 1表示 。 ad a呷J 目 标层 准则层 方案层 图 l 金刚石钻头选型决策层次分析结构图 通过比较方案的有利性 ,用三标度法得到方 案层的 n 个方案 , 相对于准则层中某一元素(G )的 比较矩阵 : ( 。 : C I: ( . n l ( = = , 【 】 _ . m (2) ( ( lI 其中, l 2,在目标G. 下,方案A c ={1 , 在目 标G 下, 方 案 A 与 间 样有 利; (3) l0, 在目 标 G. 下, 方案 A 没有 有利。 且有 C F1, 即在 目标 G. 下, 方案 A。 自身 比较 有利性相同。 方案的有利性程度排序指数 。 可由下式计 算: 有利; FCj (j=l2, ⋯, n; j: 12, ⋯, n0 (4) 由 . 可构成判断矩阵 : ] B J= 屺 ll l吐 J l , 2 , . . j= 1 . .. (5) I 【 hh i1 , 其中 : f - IJK, l r bj. 1 F{1, K (j=l , 2, ⋯ , I TI) (6) , K 在判断矩阵 B】 的基础上利用 AHY 法C 次分 析法), 便可对方案进行综合排序和选优, 从而选出 最佳钻头。 2. 2 测井解释法日 。根据新 区初期少量的探井 资料和岩心资料以及地质工作者的初期工作 , 基 本可以确定出某新油区的地层岩石性质, 作为钻 井施工中准确选择钻头的初步根据 ,再参考邻井 所使用的钻头情况 ,利用已获得的地质资料和测 井资料 , 对 比已经钻出的岩屑和取得的岩心, 经过 分析、 处理得出准确预测岩石性质的数学模型 : (7] 其中, , 。 式中: P 岩石的各种性质, i一 1, 2, 3,⋯ ; A 修 正系数 ; E一 岩石 的弹性模量, MPa; Re - 岩石中的泥 质含量, %; p一 岩石的密度, k ; 一 泊松比;△ 、 △ 黄 波时差 、 纵波时差 , u抽 ; c 泥质含量影响系 数; or. , p. , 岩 -抗压、 抗剪和抗拉系数。 然后, 利用式(8)进行金刚石钻头的选型 : K A 盯 韪 式中: K, 钻头的设计参数, I _ 1, 2, 3,⋯ ; A, 修 正 系数 ; 一 岩石 硬度 , MPa; T一 岩石抗剪切强度 , (8) 参考文献 [1 ]李志宏等. 中国人造 金刚石工业 (下转 184 页) 一11