第4章1：地层评价及钻头选型课件

地层抗钻特性评价

与钻头选型技术地层抗钻特性评价

与钻头选型技术11软件环境、安装和运行2软件功能和特点3软件各模块简介钻头性能评估模块钻头资料录入标准井钻头建立测井资料处理模块（标准测井数据文件的建立）地层岩石力学特性参数模块地层岩石力学特性参数评估地层岩石力学特性参数统计标准井岩石力学特性参数建立钻头优选模块区块选型邻井选型效益指数法选型引言：计算软件简介1软件环境、安装和运行引言：计算软件简介21软件环境、安装和运行1.1软件环境

主机：CPU586/300以上CPU，16M以上内存，20MB硬盘空间。显示器：分辨率1024×768最佳。操作系统：Win98／2000／XP／Me。1.2安装双击setup文件，单击缺省按纽即可完成安装。

1.3运行点击“开始－程序－地层抗钻特性评价与钻头选型”，或者在软件安装目录中直接运行Bitselection.exe。1软件环境、安装和运行1.1软件环境32软件功能和特点

开发工具采用了VB6编程语言，软件界面友好，操作简单，运行可靠。软件主要功能：利用钻井、录井资料，根据钻头效益指数法，进行钻头性能评估；利用测井资料对地层岩石力学特性参数（包括：抗剪强度，无围压抗压强度，内摩擦角，硬度，塑性系数，泥质含量，牙轮钻头岩石可钻性，PDC钻头岩石可钻性）进行评估、统计；根据钻头使用效果和地层岩石力学特性参数，进行钻头选型（区块选型、邻井选型和效益指数法选型）。2软件功能和特点开发工具采用了VB6编程语言，软件界面4钻头选型方法标准井：由研究区块效益指数最大的钻头所对应的地质层位从上到下人为组合而成的一口假想井，该井各个层位所对应的钻头效益指数最大。钻头选型方法标准井：由研究区块效益指数最大的钻头所对应的地质5地层可钻性综合值求取方法地层可钻性综合值求取方法63.1钻头性能评估模块钻头资料的录入现场使用钻头数据的录入牙轮钻头：井号，钻头型号，钻头价格(元)，IADC编码，生产厂家，钻头直径(in)，地层代码，钻压(kN)，转速(rpm)，排量(l/s)，泵压(MPa)，钻速(m/h)，进尺(m)，外径磨损，轴承磨损，牙齿磨损；PDC钻头：井号，钻头型号，钻头价格(元)，IADC编码，生产厂家，钻头直径(in)，地层代码，钻压(kN)，转速(rpm)，排量(l/s)，泵压(MPa)，钻速(m/h)，进尺(m)，钻头磨损；生产厂家钻头数据的录入牙轮钻头：IADC编码，适用地层，钻头型号，比钻压（kN/mm），转速（rpm）；PDC钻头：IADC编码，适用地层，钻头型号，钻压（kN），转速（rpm），排量（l/s）；3.1钻头性能评估模块钻头资料的录入73.1钻头性能评估模块标准井钻头根据效益指数法，建立标准井各层位的使用钻头，即为该区块各口井中相应层位效益指数最大的钻头，使用效果最好的钻头。形成标准井钻头数据文件(*.STB)：地质层位，钻头型号，效益指数，所在井号；标准井：由研究区块效益指数最大的钻头所对应的地质层位从上到下人为组合而成的一口假想井，该井各个层位所对应的钻头效益指数最大。－钻头效益指数，－钻头机械钻速，－钻头总进尺，－钻头费用，3.1钻头性能评估模块标准井钻头标准井：由研究区块效益指数83.2测井数据处理模块测井数据处理处理数字化测井得到的测井数据，并构造程序所需的标准测井数据文件（*.LOG）。文件格式为：井深(米)，自然伽玛(API)，声波时差，密度。数据之间用空格分开。3.2测井数据处理模块测井数据处理93.3岩石力学参数模块岩石力学参数计算利用测井资料对地层岩石力学特性参数（包括：抗剪强度，无围压抗压强度，内摩擦角，硬度，塑性系数，泥质含量，牙轮钻头岩石可钻性，PDC钻头岩石可钻性）进行计算；岩石力学参数统计读入地质层位数据：井号，地质层位(代码),起始井深(米),底界井深(米)；对地层各种岩石力学特性参数进行统计，统计内容为：最大值、最小值、平均值、差值最大值、峰值个数；保存岩石力学参数统计数据(*.RST)。

3.3岩石力学参数模块岩石力学参数计算岩石力学参数统计103.3岩石力学参数模块建立标准井读入标准井钻头数据文件；读入该区块各井的岩石力学参数统计文件(*.RST)；建立标准井，保存标准井的岩石力学参数。(*.STR)

标准井：由研究区块效益指数最大的钻头所对应的地质层位从上到下人为组合而成的一口假想井，该井各个层位所对应的钻头效益指数最大。3.3岩石力学参数模块建立标准井标准井：由研究区块效113.4钻头选型模块区块选型读入标准井岩石力学参数文件；读入该区块各井的岩石力学参数统计文件(*.RST)，建立区块井。区块井为一口假想井，其各层位的岩石力学参数是该区块各口井相应层位的岩石力学参数的平均值；

对假想的区块井进行钻头选型。

区块井：区块井为一口假想井，其各层位的岩石力学参数是该区块各口井相应层位的岩石力学参数的平均值。3.4钻头选型模块区块选型区块井：区块井为一口假想井123.4钻头选型模块邻井选型读入标准井岩石力学参数文件；读入邻井岩石力学参数统计文件(*.RST)；对邻井进行钻头选型。

效益指数法选型读入钻头数据文件；根据效益指数大小，按层位给出该区块所有井钻头使用效果较好的三种型号钻头。3.4钻头选型模块邻井选型效益指数法选型13钻头选型总流程

收集研究区块所有井钻头使用记录及测井资料；输入该区块所有井钻头使用记录并以文件形式保存；处理各口井测井资料，计算、统计岩石力学参数并保存结果；根据钻头使用记录建立标准井钻头，并保存结果；根据标准井钻头结果和各口井岩石力学参数统计值建立标准井岩石力学参数剖面，并保存结果；根据标准井岩石力学参数剖面和区块岩石力学参数统计值进行区块钻头选型，并保存结果；根据标准井岩石力学参数剖面和单井岩石力学参数统计值进行邻井钻头选型，并保存结果；根据钻头使用记录用效益指数法进行钻头选型，并保存结果。钻头选型总流程收集研究区块所有井钻头使用记录及测井资14文件扩展名说明

文件名扩展名文件名扩展名牙轮钻头现场使用数据BFRBitFieldRoller生产厂家牙轮钻头数据RBFPDC钻头现场使用数据BFPBitFieldPDC生产厂家PDC钻头数据PBF测井数据log地质层位FMDFormationD标准井岩石力学参数统计值，区块井岩石力学参数统计值前者含有钻头型号，后者无STRStaticRock标准井钻头STBStandardBit岩石力学参数(计算的每米八大参数)txt岩石力学参数统计值RSTRockStatic岩石可钻性数据文件ROBRockBit钻头选型结果文件BRSBitResult文件扩展名说明文件名扩展名文件名扩展名牙轮钻头现场使用15富县探区地层抗钻特性评价及钻头选型研究

高德利中国石油大学（北京）2004年3月富县探区地层抗钻特性评价及钻头选型研究高德利16岩石硬度本实验中，千斤顶活塞直径为3.4cm，压头直径为1.18mm。则岩石硬度换算关系为：一、地层岩石力学参数实验测定原理和方法岩石硬度本实验中，千斤顶活塞直径为3.4cm，压头直17岩石可钻性微钻头直径：31.75mm钻压：牙轮钻头：890N±20NPDC钻头：500N±20N转速：55r/min±1r/min钻孔深度：牙轮钻头：2.6mm（预钻深度：0.2mm；计时钻孔深度：2.4mm）PDC钻头：4mm（预钻深度：1.0mm；计时钻孔深度：3.0mm）试验时的各项技术指标如下：一、地层岩石力学参数实验测定岩石可钻性微钻头直径：31.75mm试验时的各项技术指标如下181.2岩石硬度实验结果抽取2、4、6、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27、29、30号等16块岩心进行硬度试验。实验结果如表1-1。岩心编号井深(m)压力表平均读数（kgf/cm2)岩石硬度(MPa)岩石硬度级别岩心编号井深(m)压力表平均读数（kgf/cm2)岩石硬度(MPa)岩石硬度级别21430.9216.3111327.105172215.7651.3004173.85941432.2715.7911284.775192216.9050.2454088.05961436.4412.6331027.875212217.9234.4062799.3277977.3317.1001391.285232485.7816.6231352.4859979.2922.7711852.726252487.0119.3921577.796111439.1211.100903.114272487.8232.2562624.377132210.8642.5333460.588292490.0213.0331060.415152214.4145.1553673.858302840.8113.7001114.655表1-1岩石硬度实验结果一、地层岩石力学参数实验测定1.2岩石硬度实验结果抽取2、4、6、19抽取2、4、6、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27、29、30号等16块岩心进行抗压强度试验。试验结果如表1-2所示。岩心编号井深(m)岩样破坏时的载荷(kN)岩样截面积(mm2)单轴抗压强度(MPa)岩心编号井深(m)岩样破坏时的载荷(kN)岩样截面积(mm2)单轴抗压强度(MPa)21430.9270.511438.7249.01172215.76186.151438.72129.3941432.2730.551438.7221.24192216.90138.441438.7296.2261436.4416.70471.4435.42212217.9283.331438.7257.927977.33109.701438.7276.25232485.7819.95475.2941.989979.29135.541438.7294.21252487.01110.211438.7276.60111439.1214.94471.4431.69272487.82206.061438.72143.22132210.86145.421438.72101.07292490.026.88483.0514.23152214.41220.171438.72153.03302840.8158.051438.7240.35表1-2岩石抗压强度实验结果一、地层岩石力学参数实验测定抽取2、4、6、7、9、11、13、15、120抽取编号为：1、3、5、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28号等14块岩心进行可钻性实验。实验结果如表1-3。岩心编号井深（m）牙轮钻头可钻性级值PDC钻头可钻性级值岩心编号井深（m）牙轮钻头可钻性级值PDC钻头可钻性级值11430.074.132.33162215.1455.242.6131431.3254.832.10182216.1455.872.9051435.2455.293.17202217.326.474.018977.795.364.91222218.867.4810.0010981.9055.422.82242486.3655.644.89122210.335.333.05262487.536.9610.00142212.376.003.88282489.266.252.75表1-3牙轮岩石可钻性实验结果一、地层岩石力学参数实验测定抽取编号为：1、3、5、8、10、12、1421综合上述结果，可得到表1-4所示的实验结果。层位抗压强度（MPa）硬度（MPa）牙轮岩石可钻性PDC岩石可钻性延长组85.231622.005.393.87纸坊组35.121305.944.752.53刘家沟组107.533639.136.073.29石千峰组109.912101.086.283.82下石盒子组40.351114.65一、地层岩石力学参数实验测定综合上述结果，可得到表1-4所示的实验结果。层位抗压强度硬度22二、富县探区地层力学参数评估研究根据根据弹性波理论，无限介质中纵波和横波的传播速度为：－纵波速度，m/s－横波速度，m/s－动态泊松比－介质密度，－动态弹性模量，MPa

二、富县探区地层力学参数评估研究根据根据弹性波理论，无限介质23由前面两式可以导出岩石动弹性参数二、富县探区地层力学参数评估研究由前面两式可以导出岩石动弹性参数二、富县探区地层力学参数评估24－校正前地层泥质含量，%； －校正后地层泥质含量，%；－自然伽玛值； －自然伽玛最大值；－自然伽玛最小值；－Hilchie指数，3.7为第三纪地层，2为老地层。

地层泥质含量二、富县探区地层力学参数评估研究－校正前地层泥质含量，%； －校正后地层泥质含量，25－岩石抗压强度，MPa －岩石动弹性模量，MPa其余符号意义同前。

无围压抗压强度二、富县探区地层力学参数评估研究－岩石抗压强度，MPa 无围压抗压强度二、富县探区地层26地层岩石硬度

－

地层硬度，MPa－

回归系数，可由岩心实验数据回归得到。本研究中，a=20,b=-0.002其余符号意义同前。二、富县探区地层力学参数评估研究地层岩石硬度－地层硬度，MPa本研究中，a=20,27－岩石抗剪强度，MPa抗剪强度－岩石密度，－地层泥质含量，%－动泊松比二、富县探区地层力学参数评估研究－岩石抗剪强度，MPa抗剪强度－岩石密度，－地层泥质含量，28－地层岩石内摩擦角，度；

其余符号意义同前。

岩石内摩擦角二、富县探区地层力学参数评估研究－地层岩石内摩擦角，度；岩石内摩擦角二、富县探区地层力29地层岩石可钻性二、富县探区地层力学参数评估研究对牙轮钻头：

－

牙轮钻头岩石可钻性；

－

回归系数，可由岩心实验数据回归得到。

本研究中：－无围压抗压强度，地层岩石可钻性二、富县探区地层力学参数评估研究对牙轮钻头：30地层岩石可钻性二、富县探区地层力学参数评估研究对PDC钻头：

－

牙轮钻头岩石可钻性；

－

方程系数；

－

泥质含量影响系数；

－

岩石抗张、抗剪、抗压系数；

对于本研究：地层岩石可钻性二、富县探区地层力学参数评估研究对PDC钻头：31三、钻头性能评估方法一口井乃至一个地区的钻头使用效果如何，需要对钻头使用效果进行事后评价。可以用钻头效益指数对钻头的使用效果进行评价，

－钻头效益指数，－钻头机械钻速，－钻头总进尺，－钻头费用，应用该模型，可以建立某一地区钻头的优选系列，为该区新井钻头优选提供指导。用该方法评估钻头时，效益指数越大说明该只钻头表现越好。因此，应优先选用效益指数高的钻头。

三、钻头性能评估方法一口井乃至一个地区的钻头使用效果32四、钻头选型方法研究地层可钻性综合值求取方法标准井：由研究区块效益指数最大的钻头所对应的地质层位从上到下人为组合而成的井，该井各个层位所对应的钻头效益指数最大。四、钻头选型方法研究地层可钻性综合值求取方法标准井：由研究区33四、钻头选型方法研究钻头选型方法四、钻头选型方法研究钻头选型方法34五、计算软件系统设计思路主要包括以下模块：钻头数据库：编辑和处理现场使用过的钻头数据库，为钻头选型提供基础数据；测井数据处理：处理数字化测井得到的测井数据，并构造测井基础数据库。直接从有相同文件格式的测井数据盘中读取数据，并处理之；分析选型：计算地层岩石力学特性参数、分段或全井段钻头选型、打印计算结果曲线等；参数输出：用表格形式输出中间计算结果及选型结果；生成报表：根据同一区块各口井的岩石可钻性数据和钻头选型数据生成该区块的岩石可钻性及钻头选型报告；帮助：本系统的主帮助文件；五、计算软件系统设计思路主要包括以下模块：35六、现场应用计算实钻地层力学参数评价计算成果图富古1井岩石力学参数计算结果

SS－

抗剪强度；UCS－

无围压抗压强度；IFA－

内摩擦角；RH－

岩石硬度；coep－

塑性系数；Vsh－

泥质含量；RockDR－

牙轮岩石可钻性；PdcDR－PDC钻头岩石可钻性

六、现场应用计算实钻地层力学参数评价计算成果图富古1井岩石力36六、现场应用计算实钻地层力学参数评价计算成果图富古2井岩石力学参数计算结果

SS－

抗剪强度；UCS－

无围压抗压强度；IFA－

内摩擦角；RH－

岩石硬度；coep－

塑性系数；Vsh－

泥质含量；RockDR－

牙轮岩石可钻性；PdcDR－PDC钻头岩石可钻性

六、现场应用计算实钻地层力学参数评价计算成果图富古2井岩石力37七、现场试验钻头选型设计原则试验所用钻头根据试验井所在位置，即按距离富古1、2、3、4、5的远近，按前述选型推荐结果选择试验钻头。推荐根据邻井钻头选型结果表选用试验钻头。七、现场试验钻头选型设计原则试验所用钻头根据试验井所在位置，38七、现场试验现场试验结果井号：富古6井井别：预探井设计井深：2950米地理位置：陕西省洛川县旧县镇厢寺川霍家塘构造位置：鄂尔多斯盆地陕北斜坡东南部目的层：马家沟组、山西组、下石盒子组、延长组等完钻层位：马家沟组1、试验井基本情况七、现场试验现场试验结果井号：富古6井1、试验井基本情况39七、现场试验现场试验结果2、试验井井身结构示意图七、现场试验现场试验结果2、试验井井身结构示意图40七、现场试验现场试验结果3、试验井工程设计的钻头地层井段(m)钻头直径(mm)牙轮钻头型号PDC钻头型号延安组、富县组0～300444.5P2－延长组～1125215.9HJ517H517纸坊组～1615PDCG536XLG547和尚沟组～1735刘家沟组～2080HJ517HA537石千峰组～2340上石盒子组～2530－下石盒子组～2630山西组～2740太原组～2770本溪组～2790马家沟组～2950七、现场试验现场试验结果3、试验井工程设计的钻头地层井41七、现场试验现场试验结果4、试验井段本次试验井段为：286.00m~2500m七、现场试验现场试验结果4、试验井段本次试验井段为：28642七、现场试验现场试验结果序号钻头直径(mm)型号厂家钻进井段所钻地层进尺(m)纯钻时间(h)机械钻速(m/h)钻头磨损情况从(m)到(m)1215.9XHPBC江西286.00590.83延长组304.8325.9311.76掉齿3颗，断1颗。轴承尚好。596.95759.27延长组162.3213.0012.49764.90776.18延长组11.281.0011.28782.09865.01延长组82.928.509.762215.9G436XL川克865.01941.72延长组76.7117.654.35完好1409.451933.31纸坊组刘家沟组523.86145.003.613215.9XHP2C江西941.721172.18延长组纸坊组230.4646.204.99三个牙轮内圈齿断完4215.9HJ517G江汉1172.181409.45纸坊组237.2771.803.30无断掉齿，轴承尚好5215.9HJ537L江汉1933.312126.10刘家沟组石千峰组192.7998.251.96无断掉齿，轴承尚好6215.9HA537江汉2126.102357.32石千峰组231.22103.402.24牙齿断5颗，轴承尚好7215.9HA537LG江汉2357.322507.00石千峰组上石盒子149.6886.101.74钻头仍在钻进中5、试验井钻头使用情况七、现场试验现场试验结果序号钻头直径型号厂家钻进井段所钻进尺43七、现场试验现场试验结果井号钻头直径(mm)钻头用量(只)钻进井段（m）进尺(m)纯钻时间(h)机械钻速(m/h)备注牙轮钻头PDC钻头合计从到富古1井241.313114234.002505.212245.05652.503.44表中进尺数据为钻进井段总长减去该井段的取芯进尺而得富古2井214.3718295.902609.002313.10627.253.69富古3井241.312113393.802497.302103.50565.663.72富古4井241.311213300.002548.152203.59641.753.43富古5井215.96410346.502485.132086.48531.013.93富古6井215.9617286.002507.002203.34616.833.576、试验井钻头使用与本区块其它井比较情况七、现场试验现场试验结果井号钻头直径钻头用量(只)钻进井段进44七、现场试验现场试验结果7、钻头试验结果分析试验井（富古6井）钻头用量比本区块所有井都少，节约的钻头用量在14.29%～100%之间。试验井平均机械钻速比富古2、富古3、富古5稍低，而比富古1、富古4都高。试验证明，所推荐的PDC钻头类型（川克G＊36XL系列）适合所钻遇的地层，所使用的牙轮钻头也适用于对应的地层，这可以从钻头使用结果看出来。试验井平均机械钻速比本区块有的井低，主要是由于所使用的PDC钻头未能得到较高的机械钻速所致。同时也反映了各口井岩石力学性质的差异。七、现场试验现场试验结果7、钻头试验结果分析试验井（富古6井45现场所使用的PDC钻头型号为G436XL，而经过对该区块地层岩石力学特性进行细致分析后，我们推荐的PDC钻头型号是G536XL。这两种型号的钻头差别在PDC切屑块直径上，G436XL型号钻头PDC切屑块直径为1/2″，而G536XL型号钻头PDC切屑块直径为3/4″，两种钻头型号有相同的布齿密度（均为中密布齿），这样G536XL型号钻头的齿数比G436XL要少一些，相同钻压下单齿受力要比G436XL型号钻头大，钻头齿吃入地层要深，从而单位时间切屑量比G436XL型号钻头要大。因此，可以预计，如果选用推荐型号为G536XL的PDC钻头的话，机械钻速会比型号为G436XL的PDC钻头要高。

七、现场试验现场试验结果现场所使用的PDC钻头型号为G436XL，而经过对该区块地层46七、现场试验现场试验结果在钻头型号和地层相匹配的情况下，PDC钻头应该配合螺杆或涡轮钻具使用才能取得好的效果。延长组可钻性很好，是快速钻井之基础。如果二开开始就使用PDC钻头配合螺杆钻具钻进的话，则可以得到较高的机械钻速。本井为了卡准取芯层位，设计规定延长组过后才能使用PDC钻头。七、现场试验现场试验结果在钻头型号和地层相匹配的情况下，PD47

研究结论1、通过室内岩心试验，结合测井资料建立了研究区块各口井的岩石力学参数剖面，以此为基础结合现场钻头使用实际情况优选出了适合研究区块各个层位的钻头型号，并在现场试验得到验证，取得了较好的效果。2、总体而言，富县区块2300米以前地层强度随井深增加逐渐增大。2300～2700米左右地层岩石强度逐渐减小。此后，岩石强度又恢复增大的趋势，到马家沟组达到本区块的最大值。3、现场试验证明，用效益指数法对现场使用过的钻头进行初选，然后结合研究井地层可钻性综合值（地层综合系数）和岩石力学参数计算结果确定钻头型号，符合地层实际情况。研究结论1、通过室内岩心试验，结合测井资料484、现场试验证明，优选出的PDC钻头型号，即川石克里斯坦森公司型号为G36XL的PDC钻头适合在该区块钻进，具体选择时应根据岩石力参数学评价结果来确定PDC钻头的切屑块直径。5、本研究区块的延长组可钻性较好，为快速钻进之基础，可以用517系列的牙轮钻头或切屑块直径较大的PDC钻头配合螺杆或涡轮钻具钻进，以获得高的机械钻速。

研究结论4、现场试验证明，优选出的PDC钻头型号，即川石克里斯坦49地层抗钻特性评价

与钻头选型技术地层抗钻特性评价

与钻头选型技术501软件环境、安装和运行2软件功能和特点3软件各模块简介钻头性能评估模块钻头资料录入标准井钻头建立测井资料处理模块（标准测井数据文件的建立）地层岩石力学特性参数模块地层岩石力学特性参数评估地层岩石力学特性参数统计标准井岩石力学特性参数建立钻头优选模块区块选型邻井选型效益指数法选型引言：计算软件简介1软件环境、安装和运行引言：计算软件简介511软件环境、安装和运行1.1软件环境

主机：CPU586/300以上CPU，16M以上内存，20MB硬盘空间。显示器：分辨率1024×768最佳。操作系统：Win98／2000／XP／Me。1.2安装双击setup文件，单击缺省按纽即可完成安装。

1.3运行点击“开始－程序－地层抗钻特性评价与钻头选型”，或者在软件安装目录中直接运行Bitselection.exe。1软件环境、安装和运行1.1软件环境522软件功能和特点

开发工具采用了VB6编程语言，软件界面友好，操作简单，运行可靠。软件主要功能：利用钻井、录井资料，根据钻头效益指数法，进行钻头性能评估；利用测井资料对地层岩石力学特性参数（包括：抗剪强度，无围压抗压强度，内摩擦角，硬度，塑性系数，泥质含量，牙轮钻头岩石可钻性，PDC钻头岩石可钻性）进行评估、统计；根据钻头使用效果和地层岩石力学特性参数，进行钻头选型（区块选型、邻井选型和效益指数法选型）。2软件功能和特点开发工具采用了VB6编程语言，软件界面53钻头选型方法标准井：由研究区块效益指数最大的钻头所对应的地质层位从上到下人为组合而成的一口假想井，该井各个层位所对应的钻头效益指数最大。钻头选型方法标准井：由研究区块效益指数最大的钻头所对应的地质54地层可钻性综合值求取方法地层可钻性综合值求取方法553.1钻头性能评估模块钻头资料的录入现场使用钻头数据的录入牙轮钻头：井号，钻头型号，钻头价格(元)，IADC编码，生产厂家，钻头直径(in)，地层代码，钻压(kN)，转速(rpm)，排量(l/s)，泵压(MPa)，钻速(m/h)，进尺(m)，外径磨损，轴承磨损，牙齿磨损；PDC钻头：井号，钻头型号，钻头价格(元)，IADC编码，生产厂家，钻头直径(in)，地层代码，钻压(kN)，转速(rpm)，排量(l/s)，泵压(MPa)，钻速(m/h)，进尺(m)，钻头磨损；生产厂家钻头数据的录入牙轮钻头：IADC编码，适用地层，钻头型号，比钻压（kN/mm），转速（rpm）；PDC钻头：IADC编码，适用地层，钻头型号，钻压（kN），转速（rpm），排量（l/s）；3.1钻头性能评估模块钻头资料的录入563.1钻头性能评估模块标准井钻头根据效益指数法，建立标准井各层位的使用钻头，即为该区块各口井中相应层位效益指数最大的钻头，使用效果最好的钻头。形成标准井钻头数据文件(*.STB)：地质层位，钻头型号，效益指数，所在井号；标准井：由研究区块效益指数最大的钻头所对应的地质层位从上到下人为组合而成的一口假想井，该井各个层位所对应的钻头效益指数最大。－钻头效益指数，－钻头机械钻速，－钻头总进尺，－钻头费用，3.1钻头性能评估模块标准井钻头标准井：由研究区块效益指数573.2测井数据处理模块测井数据处理处理数字化测井得到的测井数据，并构造程序所需的标准测井数据文件（*.LOG）。文件格式为：井深(米)，自然伽玛(API)，声波时差，密度。数据之间用空格分开。3.2测井数据处理模块测井数据处理583.3岩石力学参数模块岩石力学参数计算利用测井资料对地层岩石力学特性参数（包括：抗剪强度，无围压抗压强度，内摩擦角，硬度，塑性系数，泥质含量，牙轮钻头岩石可钻性，PDC钻头岩石可钻性）进行计算；岩石力学参数统计读入地质层位数据：井号，地质层位(代码),起始井深(米),底界井深(米)；对地层各种岩石力学特性参数进行统计，统计内容为：最大值、最小值、平均值、差值最大值、峰值个数；保存岩石力学参数统计数据(*.RST)。

3.3岩石力学参数模块岩石力学参数计算岩石力学参数统计593.3岩石力学参数模块建立标准井读入标准井钻头数据文件；读入该区块各井的岩石力学参数统计文件(*.RST)；建立标准井，保存标准井的岩石力学参数。(*.STR)

标准井：由研究区块效益指数最大的钻头所对应的地质层位从上到下人为组合而成的一口假想井，该井各个层位所对应的钻头效益指数最大。3.3岩石力学参数模块建立标准井标准井：由研究区块效603.4钻头选型模块区块选型读入标准井岩石力学参数文件；读入该区块各井的岩石力学参数统计文件(*.RST)，建立区块井。区块井为一口假想井，其各层位的岩石力学参数是该区块各口井相应层位的岩石力学参数的平均值；

对假想的区块井进行钻头选型。

区块井：区块井为一口假想井，其各层位的岩石力学参数是该区块各口井相应层位的岩石力学参数的平均值。3.4钻头选型模块区块选型区块井：区块井为一口假想井613.4钻头选型模块邻井选型读入标准井岩石力学参数文件；读入邻井岩石力学参数统计文件(*.RST)；对邻井进行钻头选型。

效益指数法选型读入钻头数据文件；根据效益指数大小，按层位给出该区块所有井钻头使用效果较好的三种型号钻头。3.4钻头选型模块邻井选型效益指数法选型62钻头选型总流程

收集研究区块所有井钻头使用记录及测井资料；输入该区块所有井钻头使用记录并以文件形式保存；处理各口井测井资料，计算、统计岩石力学参数并保存结果；根据钻头使用记录建立标准井钻头，并保存结果；根据标准井钻头结果和各口井岩石力学参数统计值建立标准井岩石力学参数剖面，并保存结果；根据标准井岩石力学参数剖面和区块岩石力学参数统计值进行区块钻头选型，并保存结果；根据标准井岩石力学参数剖面和单井岩石力学参数统计值进行邻井钻头选型，并保存结果；根据钻头使用记录用效益指数法进行钻头选型，并保存结果。钻头选型总流程收集研究区块所有井钻头使用记录及测井资63文件扩展名说明

文件名扩展名文件名扩展名牙轮钻头现场使用数据BFRBitFieldRoller生产厂家牙轮钻头数据RBFPDC钻头现场使用数据BFPBitFieldPDC生产厂家PDC钻头数据PBF测井数据log地质层位FMDFormationD标准井岩石力学参数统计值，区块井岩石力学参数统计值前者含有钻头型号，后者无STRStaticRock标准井钻头STBStandardBit岩石力学参数(计算的每米八大参数)txt岩石力学参数统计值RSTRockStatic岩石可钻性数据文件ROBRockBit钻头选型结果文件BRSBitResult文件扩展名说明文件名扩展名文件名扩展名牙轮钻头现场使用64富县探区地层抗钻特性评价及钻头选型研究

高德利中国石油大学（北京）2004年3月富县探区地层抗钻特性评价及钻头选型研究高德利65岩石硬度本实验中，千斤顶活塞直径为3.4cm，压头直径为1.18mm。则岩石硬度换算关系为：一、地层岩石力学参数实验测定原理和方法岩石硬度本实验中，千斤顶活塞直径为3.4cm，压头直66岩石可钻性微钻头直径：31.75mm钻压：牙轮钻头：890N±20NPDC钻头：500N±20N转速：55r/min±1r/min钻孔深度：牙轮钻头：2.6mm（预钻深度：0.2mm；计时钻孔深度：2.4mm）PDC钻头：4mm（预钻深度：1.0mm；计时钻孔深度：3.0mm）试验时的各项技术指标如下：一、地层岩石力学参数实验测定岩石可钻性微钻头直径：31.75mm试验时的各项技术指标如下671.2岩石硬度实验结果抽取2、4、6、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27、29、30号等16块岩心进行硬度试验。实验结果如表1-1。岩心编号井深(m)压力表平均读数（kgf/cm2)岩石硬度(MPa)岩石硬度级别岩心编号井深(m)压力表平均读数（kgf/cm2)岩石硬度(MPa)岩石硬度级别21430.9216.3111327.105172215.7651.3004173.85941432.2715.7911284.775192216.9050.2454088.05961436.4412.6331027.875212217.9234.4062799.3277977.3317.1001391.285232485.7816.6231352.4859979.2922.7711852.726252487.0119.3921577.796111439.1211.100903.114272487.8232.2562624.377132210.8642.5333460.588292490.0213.0331060.415152214.4145.1553673.858302840.8113.7001114.655表1-1岩石硬度实验结果一、地层岩石力学参数实验测定1.2岩石硬度实验结果抽取2、4、6、68抽取2、4、6、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27、29、30号等16块岩心进行抗压强度试验。试验结果如表1-2所示。岩心编号井深(m)岩样破坏时的载荷(kN)岩样截面积(mm2)单轴抗压强度(MPa)岩心编号井深(m)岩样破坏时的载荷(kN)岩样截面积(mm2)单轴抗压强度(MPa)21430.9270.511438.7249.01172215.76186.151438.72129.3941432.2730.551438.7221.24192216.90138.441438.7296.2261436.4416.70471.4435.42212217.9283.331438.7257.927977.33109.701438.7276.25232485.7819.95475.2941.989979.29135.541438.7294.21252487.01110.211438.7276.60111439.1214.94471.4431.69272487.82206.061438.72143.22132210.86145.421438.72101.07292490.026.88483.0514.23152214.41220.171438.72153.03302840.8158.051438.7240.35表1-2岩石抗压强度实验结果一、地层岩石力学参数实验测定抽取2、4、6、7、9、11、13、15、169抽取编号为：1、3、5、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28号等14块岩心进行可钻性实验。实验结果如表1-3。岩心编号井深（m）牙轮钻头可钻性级值PDC钻头可钻性级值岩心编号井深（m）牙轮钻头可钻性级值PDC钻头可钻性级值11430.074.132.33162215.1455.242.6131431.3254.832.10182216.1455.872.9051435.2455.293.17202217.326.474.018977.795.364.91222218.867.4810.0010981.9055.422.82242486.3655.644.89122210.335.333.05262487.536.9610.00142212.376.003.88282489.266.252.75表1-3牙轮岩石可钻性实验结果一、地层岩石力学参数实验测定抽取编号为：1、3、5、8、10、12、1470综合上述结果，可得到表1-4所示的实验结果。层位抗压强度（MPa）硬度（MPa）牙轮岩石可钻性PDC岩石可钻性延长组85.231622.005.393.87纸坊组35.121305.944.752.53刘家沟组107.533639.136.073.29石千峰组109.912101.086.283.82下石盒子组40.351114.65一、地层岩石力学参数实验测定综合上述结果，可得到表1-4所示的实验结果。层位抗压强度硬度71二、富县探区地层力学参数评估研究根据根据弹性波理论，无限介质中纵波和横波的传播速度为：－纵波速度，m/s－横波速度，m/s－动态泊松比－介质密度，－动态弹性模量，MPa

二、富县探区地层力学参数评估研究根据根据弹性波理论，无限介质72由前面两式可以导出岩石动弹性参数二、富县探区地层力学参数评估研究由前面两式可以导出岩石动弹性参数二、富县探区地层力学参数评估73－校正前地层泥质含量，%； －校正后地层泥质含量，%；－自然伽玛值； －自然伽玛最大值；－自然伽玛最小值；－Hilchie指数，3.7为第三纪地层，2为老地层。

地层泥质含量二、富县探区地层力学参数评估研究－校正前地层泥质含量，%； －校正后地层泥质含量，74－岩石抗压强度，MPa －岩石动弹性模量，MPa其余符号意义同前。

无围压抗压强度二、富县探区地层力学参数评估研究－岩石抗压强度，MPa 无围压抗压强度二、富县探区地层75地层岩石硬度

－

地层硬度，MPa－

回归系数，可由岩心实验数据回归得到。本研究中，a=20,b=-0.002其余符号意义同前。二、富县探区地层力学参数评估研究地层岩石硬度－地层硬度，MPa本研究中，a=20,76－岩石抗剪强度，MPa抗剪强度－岩石密度，－地层泥质含量，%－动泊松比二、富县探区地层力学参数评估研究－岩石抗剪强度，MPa抗剪强度－岩石密度，－地层泥质含量，77－地层岩石内摩擦角，度；

其余符号意义同前。

岩石内摩擦角二、富县探区地层力学参数评估研究－地层岩石内摩擦角，度；岩石内摩擦角二、富县探区地层力78地层岩石可钻性二、富县探区地层力学参数评估研究对牙轮钻头：

－

牙轮钻头岩石可钻性；

－

回归系数，可由岩心实验数据回归得到。

本研究中：－无围压抗压强度，地层岩石可钻性二、富县探区地层力学参数评估研究对牙轮钻头：79地层岩石可钻性二、富县探区地层力学参数评估研究对PDC钻头：

－

牙轮钻头岩石可钻性；

－

方程系数；

－

泥质含量影响系数；

－

岩石抗张、抗剪、抗压系数；

对于本研究：地层岩石可钻性二、富县探区地层力学参数评估研究对PDC钻头：80三、钻头性能评估方法一口井乃至一个地区的钻头使用效果如何，需要对钻头使用效果进行事后评价。可以用钻头效益指数对钻头的使用效果进行评价，

－钻头效益指数，－钻头机械钻速，－钻头总进尺，－钻头费用，应用该模型，可以建立某一地区钻头的优选系列，为该区新井钻头优选提供指导。用该方法评估钻头时，效益指数越大说明该只钻头表现越好。因此，应优先选用效益指数高的钻头。

三、钻头性能评估方法一口井乃至一个地区的钻头使用效果81四、钻头选型方法研究地层可钻性综合值求取方法标准井：由研究区块效益指数最大的钻头所对应的地质层位从上到下人为组合而成的井，该井各个层位所对应的钻头效益指数最大。四、钻头选型方法研究地层可钻性综合值求取方法标准井：由研究区82四、钻头选型方法研究钻头选型方法四、钻头选型方法研究钻头选型方法83五、计算软件系统设计思路主要包括以下模块：钻头数据库：编辑和处理现场使用过的钻头数据库，为钻头选型提供基础数据；测井数据处理：处理数字化测井得到的测井数据，并构造测井基础数据库。直接从有相同文件格式的测井数据盘中读取数据，并处理之；分析选型：计算地层岩石力学特性参数、分段或全井段钻头选型、打印计算结果曲线等；参数输出：用表格形式输出中间计算结果及选型结果；生成报表：根据同一区块各口井的岩石可钻性数据和钻头选型数据生成该区块的岩石可钻性及钻头选型报告；帮助：本系统的主帮助文件；五、计算软件系统设计思路主要包括以下模块：84六、现场应用计算实钻地层力学参数评价计算成果图富古1井岩石力学参数计算结果

SS－

抗剪强度；UCS－

无围压抗压强度；IFA－

内摩擦角；RH－

岩石硬度；coep－

塑性系数；Vsh－

泥质含量；RockDR－

牙轮岩石可钻性；PdcDR－PDC钻头岩石可钻性

六、现场应用计算实钻地层力学参数评价计算成果图富古1井岩石力85六、现场应用计算实钻地层力学参数评价计算成果图富古2井岩石力学参数计算结果

SS－

抗剪强度；UCS－

无围压抗压强度；IFA－

内摩擦角；RH－

岩石硬度；coep－

塑性系数；Vsh－

泥质含量；RockDR－

牙轮岩石可钻性；PdcDR－PDC钻头岩石可钻性

六、现场应用计算实钻地层力学参数评价计算成果图富古2井岩石力86七、现场试验钻头选型设计原则试验所用钻头根据试验井所在位置，即按距离富古1、2、3、4、5的远近，按前述选型推荐结果选择试验钻头。推荐根据邻井钻头选型结果表选用试验钻头。七、现场试验钻头选型设计原则试验所用钻头根据试验井所在位置，87七、现场试验现场试验结果井号：富古6井井别：预探井设计井深：2950米地理位置：陕西省洛川县旧县镇厢寺川霍家塘构造位置：鄂尔多斯盆地陕北斜坡东南部目的层：马家沟组、山西组、下石盒子组、延长组等完钻层位：马家沟组1、试验井基本情况七、现场试验现场试验结果井号：富古6井1、试验井基本情况88七、现场试验现场试验结果2、试验井井身结构示意图七、现场试验现场试验结果2、试验井井身结构示意图89七、现场试验现场试验结果3、试验井工程设计的钻头地层井段(m)钻头直径(mm)牙轮钻头型号PDC钻头型号延安组、富县组0～300444.5P2－延长组～1125215.9HJ517H517纸坊组～1615PDCG536XLG547和尚沟组～1735刘家沟组～2080HJ517HA537石千峰组～2340上石盒子组～2530－下石盒子组～2630山西组～2740太原组～2770本溪组～2790马家沟组～2950七、现场试验现场试验结果3、试验井工程设计的钻头地层井90七、现场试验现场试验结果4、试验井段本次试验井段为：286.00m~2500m七、现场试验现场试验结果4、试验井段本次试验井段为：28691七、现场试验现场试验结果序号钻头直径(mm)型号厂家钻进井段所钻地层进尺(m)纯钻时间(h)机械钻速(m/h)钻头磨损情况从(m)到(m)1215.9XHPBC江西286.00590.83延长组304.8325.9311.76掉齿3颗，断1颗。轴承尚好。596.95759.27延长组162.3213.0012.49764.90776.18延长组11.281.0011.28782.09865.01延长组82.928.509.762215.9G436XL川克865.01941.72延长组76.7117.654.35完好1409.451933.31纸坊组刘家沟组523.86145.003.6132