研磨性地层高效破岩钻头优选技术-本科论文开题报告.doc

复合钻井下部钻具动力学特性研究 本科毕业设计（论文）开题报告题目：研磨性地层高效破岩钻头优选技术学生姓名李志强学 号1201011034教学院系石油与天然气工程学院专业年级石油工程2012级指导教师石晓兵职 称教授单 位西南石油大学一、 研究目的和意义地层岩石力学性质是优选钻头类型的重要依据。岩石研磨性是反映岩石力学性质的重要指标。岩石可钻性与岩性和岩石强度密切相关，岩石研磨性与其内摩擦角密切相关。测井资料能够较好地反映地层的岩性、岩石强度和内摩擦角，而且具有来源广、易获取的优点。利用测井资料，并结合岩屑录井资料，可以识别岩性，定量评价所钻地层的岩石可钻性和研磨性，为钻头选型提供依据。因此，针对一个地区如何选择好钻头是一项十分复杂的工作。合理地选择好钻头对于提高钻速、降低成本有着十分重要的意义。二、 国内外研究现状2.1 国内： （1）近年来随冀东油田的油区面积的逐步扩大，勘探开发程度不断深入，尤其在南堡油区的勘探开发，该区块已探明的 储层深度将近 6000m，因此就出现了为数众多的深井、大位移井、大斜度及水平井。随着埋深的增加，生产井已由中浅层逐步 转向至中深层和深层，在上覆地层压力的作用下，地层压实程度逐渐增强，可钻性差，抗压强度高，研磨性强，对钻头的选择 尤为重要，钻井提速提效工作也面临严重的挑战。所以在钻头选择上，地层的研磨性引起了很大程度的重视。在南堡油田高研磨性地层钻进作业，对钻头的选择是一项非常关键的决策。尤 其是在未探明地层研磨性情况的区域，更应该充分考虑到地层的研磨性，将地层研磨性列为钻头参考的重要一项，并在钻进中做好实施跟踪和监测，才能更好的应对高研磨性地层，顺利施工。 （2）研磨性级别在 4 级以内的软和较软 岩层，可选用聚晶金刚石钻头；软的、中硬和完整均质较硬岩层，可选用天然金刚石 表镶钻头；软硬不均、节理发育和裂隙岩 层，宜选用孕镶钻头。 随着地层的压实作用与埋藏深度，岩 石的可钻性差，研磨性越强，硬度越高，金 刚石粒度应越小，最好用孕镶钻头。岩石 硬度越低，研磨性越弱，则钻头的金刚石 颗粒应越大，如选用天然金刚石钻头，聚 晶金刚石钻头。按金刚石镶焊浓度来说， 岩石硬度越高或研磨越弱，则钻头金刚石 浓度应越低；反之，岩石硬度越低或研磨 性越强，则钻头金刚石浓度应越高。这样 才能保证钻头收到岩层的研磨时，能够有 效保护切削齿和刀翼布齿处。（3）低渗气藏典型高研磨性地层具有埋藏深、岩石致密、砂泥岩互换频繁、研磨性强、可钻性差、石英含量 高的特点，常规 PDC 钻头在此类地层破岩效果不佳，钻头进尺和钻头寿命得不到有效保障。为此，从钻头齿形设 计、布齿结构、复合片加工、钻头制造、检测等一系列关键技术出发，设计并制造了一种新型 PDC 钻头异形加长 齿 PDC 钻头，并开展了室内模拟实验和现场入井试验。通过现场应用表明，该新型钻头能突破高研磨、强非均质性 地层 PDC 钻头的应用禁区，在行程进尺和机械钻速方面，与国外优质钻头性能相当，实现了针对高研磨性地层 PDC 钻头的国产化研发，具有较高的推广应用前景。 （4）：针对元坝气田陆相深部自流井组和须家河组地层岩性致密、硬度高、研磨性强，牙轮钻头进尺少、寿命 短，以及综合效益低的问题，通过分析地层的可钻性、钻头的破岩原理，结合现场实钻情况优选高效钻头，并根据钻 头与钻井工具的合理匹配原则优选合适的动力钻具，进行了“进口孕镶金刚石钻头高速涡轮”复合钻井技术、“国 产孕镶金刚石钻头高效特殊螺杆”复合钻井技术和牙轮混合式钻头钻井技术现场试验。以钻头每单位进 尺消耗的比能作为选择钻头的依据，并应用盈亏平衡理论对种钻井技术进行了经济评价。现场试验结果表明： 高压致密强研磨性地层首选“国产孕镶金刚石钻头高效特殊螺杆”钻井技术；砾石含量高的珍珠冲组地层推荐采 用“进口孕镶金刚石钻头高速涡轮”复合钻井技术；砂泥岩互层较多的高压致密地层推荐采用牙轮混合式 钻头钻井技术。经济评价结果表明，元坝气田应用“国产孕镶金刚石钻头高效特殊螺杆”钻井技术的经济效益最 高，其次是牙轮混合式钻头钻井技术，“进口孕镶金刚石钻头高速涡轮”复合钻井技术最差。 2.2 国外现状值得指出的是，目前美国水平井钻井工作量已经 超过直井钻井量。随着页岩气的大规模开发，美国水 平井钻井数快速增长，年增至口，占当年美国钻井总数的。预计年美国水平井钻 井数将接近口。当前美国新钻的水平井大部 分用于开发页岩气、致密油、致密气等非常规资源。 年仅页岩气产区就钻水平井近 口。有些公司和部分地区新钻的页岩气井几乎全是水 平井。同样随着页岩气的大规模开发，美国水平井钻 井进尺数快速增长，年增至 ，占当 年美国钻井总进尺的。美国用于钻水平井的在 用旋转钻机数快速增加，从年的台增至 年的台，占比从年的增至年的 。随着技术的进步，水平井钻井效率还将持续提升，钻井周期、建井周期有望进一步缩短，单位进尺钻 井成本有望进一步降低，同时推动其他井钻井效率的提升。2.3 总结： 上述研究丰富了研磨性地层的研究，在生产中也取得了很好的效果。在高研磨性地层钻进作业，对钻头的选择是一项非常关键的决策。尤其是在未探明地层研磨性情况的区域，更 应该充分考虑到地层的研磨性，将地层研磨性列为钻头参考的重要一项，并在钻进 中做好实施跟踪和监测，才能更好的应对高研磨性地层，顺利施工三、研究目标及主要研究内容3.1研究目标 分析研磨性地层，结合现场钻井完井资料进行钻头优选技术分析，研究区块钻头使用资料，确定高效破岩的钻头优选技术3.2主要研究任务 （1）明确研磨性概念及工程含义； （2）研磨性地层影响钻速的主要因素分析；（3）钻头优选方法；（4）研究区块确定钻头方案；（5）钻头使用的技术保障措施四、主要研究路线查找国内文献资料，结合所学专业课资料，明确研磨性概念及工程含义，以及研磨性地层影响钻速的主要因素分析。查找相关文献资料，了解钻头优选方法，结合具体区块资料确定钻头方案，参照现场钻井完井资料，测井资料等针对研磨性地层可适当提出高效破岩的钻头优选技术，以及钻头使用的技术保障措施五、研究条件和可能存在的问题5.1研究条件（1） 毕业设计指导老师的指导； （2）调研总结国内外相关文献；（3）计算机辅助工具； （4） 现场钻井完井资料；研究区块钻头使用资料。5.2可能存在的问题（1）对于研磨性地层在平时的学习生活中了解较少，不熟悉它的在钻井过程中的影响因素，对钻头选型专业知识比较缺乏，对钻头研究的专业术语不太了解；（2）对现场钻井完井资料和研究区块钻头使用资料的剖析不全面，理解和解读存在一定难度； （3）对发现的问题还不能全部解决。六、设计（论文）的预期结果（成果） （1）明确研磨地层钻头合理选型的主要影响因素，通过研究得出研究区块钻头优选的方法和技术（2）撰写毕业设计论文七、设计（论文）的工作进度安排序号设计（论文）各阶段内容起止日期1查阅相关文献，准备开题答辩1.113.112外文资料查阅及翻译3.123.283国内外研磨性地层钻头优选资料分析3.294.154影响研磨性地层钻速的因素分析4.165.55研磨性地层钻头选型方法研究5.65.226研究区块钻头合理选型的方案研究5.236.17撰写毕业论文6.26.9（1）邹德永等. PDC 钻头钻进岩石可钻性试 验研究J .石油大学学报(自然科学版)， 1993 ，17 （2） 邢纪国.岩石研磨性实验研究J .江汉 石油学院，2003， 05：25-26.（3） 朱澄清，杨迎新，廖忠会，等 川西须家河深层岩石力学 性质及可钻性研究 J 钻采工艺，2010，33( 5) : 29 31，38 （4） 蒋祖军，肖国益，李群生 川西深井提高钻井速度配套 技术 J 钻采工艺，2010，38 ( 4) : 30 34 （5） 夏家祥 川西深井提速的实践与认识 J 钻采工艺， 2009，32 ( 6) :1 4 （6） 王希勇，朱礼平，李群生，等 川西新场气田深井钻井 配套技术及其应用 J 天然气工业，2009，2