钻头选型方法与钻头钻头选型方法与钻头选型软件简介

钻头选型方法与钻头选型软件简介讲义寸国広山学China University of Petroleum钻头选型方法与钻头选型软件简介授课教师：张辉联系电话：01089733702, 13522990096办公地点：工程东楼317E-mail: zhanghui3702 中国北京主要内容研究意义及有关知识钻头选型方法研究及应用2. 1影响钻头使用效果的因素；2.2钻头类型优选原则；2.3牙轮钻头选型原则；2.4 PDC钻头选型原则；2.5钻头选型方法；地层抗钻特性评价与钻头选型软件简介1研究意义及有关知识钻头是破碎岩石的主要工具，是建立油气通道的重要工具，在油气钻井中扮 演着十分重要的角色。钻头领域具有两大核心技术，一是钻头的设计.加工和制造，二是钻头的合 理使用，这两大技术同等重要。尽管一口井中钻头成本占总成本的比例很 小，但是钻井实践表明，钻头的合理使用对提高钻进速度、降低钻井成本起 着重要作用。对于深井.超深井，由于所钻地层跨越的地质年代较多，地层可钻性变化 大，岩石强度变化大，进行起下钻作业时间长，所耗费用大，因而钻头的合 理使用对于提高深井、超深井钻井效率、降低钻井成本具有更为重要的意 义。海洋钻井中，由于钻机作业费用十分昂贵，钻头的合理使用对降低钻井成 本，提高经济效益同样具有十分重要的意义。钻头(1)钻头类型按结构及工作原理分类 刮刀钻头、牙轮钻头、 PDC钻头.金刚石钻头;按功用分类取芯钻头.全面钻进钻头.扩眼钻头钻头尺寸系列3-3/4” 一 36”常用尺寸：26”. 171/2”. 121/4”. 81/2”钻头类型从岩石切削机理的角度，石油钻井所用的钻头主要可以分为： 切削型钻头包括刮刀钻头、PDC （聚晶金刚石复合片）钻头、TSP （热稳定 聚晶金刚石）钻头等；冲压型钻头，即各种不同类型的牙轮钻头； 研磨型钻头，如天然金刚石钻头，孕镶金刚石钻头等。破岩机理(1)牙轮钻头主要以冲击.压碎作用破碎岩石的；(2 )天然金刚石钻头是通过刮削或磨削作用破碎岩石的；(3) PDC钻头以切削作用破碎岩石，充分利用了岩石抗剪强 度较低的特点。PDC偲头牙枪&头PDC偲头牙枪&头PDC偲头牙枪&头刮刀钻头切削型钻头工作原理：工作时其刀翼在 钻压作用下吃入岩石，并在 扭矩作用下剪切破碎岩石。破岩方式：以刮削.挤压和 剪切为主的方式 适用地层：松软-软地层图6-6刮刀钻头碰撞一压碎及小剪切一大剪切(3)大剪切：扭转力继续增大到某一极值,刃前岩石沿剪切面产生大的剪切破碎，完成了刮刀钻头破碎脆性岩石过程:(1) 碰撞：刃前岩石发生剪切破碎后，刀刃 在旋转扭矩下向前推进，碰撞刃前岩石。(2) 压碎及小剪切：扭转力增大，压碎刃前 岩石，产生小剪切破坏。_个破岩过程。两翼（鱼尾式）刮刀钻头分类刀翼数三翼刮刀钻头 四翼刮刀钻头最常用J刀冀底刃的形状J平底式刮刀钻头阶梯式刮刀钻头优点：机械钻速较高缺点： 扭矩较大，控制不当易造成井斜刮刀钻头的寿命取决于刀翼的寿命刮刀钻头的应用刮刀钻头制造工艺简单，成本低；刮刀钻头适用于松软-软地层，钻速快刮刀钻头容易磨损成锥形，造成缩径和井斜;刮刀钻头产生剧烈的扭转振动，破坏钻具和设备;刮刀钻头目前逐渐被PDC钻头取代。牙轮钻头牙轮钻头的结构牙轮钻头由钻头体、牙爪（巴掌） 牙轮及牙齿.轴承.储油润滑密封系 统、喷嘴等部分组成。*52D郴水眼牙轮钻头牙齿：铳齿、镶齿铳齿在牙轮锥面上直接铳出，楔形硬质合金镶齿一镶装在牙轮锥面上，有多种齿形适用不同地层。fl B00隹勺曲辻收忌铁齿牙轮钻头镇齿牙轮钻头牙轮钻头的工作原理牙轮钻头在井底的运动公转：牙轮随钻头一起旋转。自转：牙齿绕牙轮轴线作逆时针方向旋转称为自转。滑动：牙齿相对于井底的滑动，包括径向（轴向）和切向（周向）滑动。牙轮滑动对破岩的作用：切向滑动剪切掉牙齿之间的岩石。轴向滑动剪切掉齿圈之间的岩石。纵向振动：牙轮在滚动过程中，其中心上下波动，使钻头做上下往复运动。 引起纵向振动的原因：单.双齿交替接触井底，使牙轮中心上下波动；井底凹凸不平牙轮产生滑动原因:(1)复锥：指牙轮由两个 或更多锥面的锥体组成。超顶：牙轮的锥顶超 过钻头的中心。(复锥产生 超顶效果)a-W; h c-X； I主锥胃2副锥；3背锥(3)移轴：牙轮的中心线 与钻头的轴线不相交。牙轮布置 方案单锥.不超顶，不移轴，用于硬地层 副锥、超顶，不移轴，用于中硬地层 副锥.超顶，移轴，用于软地层趨顶引起切的瀚动ll副锥产生超顶效果辜，双齿交瞽接触井底引起纵向振动移轴引起径向滑动牙轮钻头的破岩作用(1) 冲击、压碎作用纵向振动产生的冲击力和静压力(钻压)一起使牙齿对 地层产生冲击、压碎作用，形成体积破碎坑。(2) 滑动剪切作用牙轮牙齿的径向滑动和切向滑动对井底地层产生剪切作 用，破碎齿间岩石。(3 )射流的冲蚀作用喷嘴喷出的高速射流对井底岩石产生冲蚀作用，辅助破碎岩石。分类厂单牙轮钻头牙轮数目双牙轮钻头三牙轮钻头多牙轮钻头适用地层：软到坚硬的各种地层。PDC钻头破岩机理聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline DiamondCompact Bit)简称PDC钻头，是将人造聚晶金刚石复合片镶焊于钻头体上而成的一种新型 切削型钻头。刮刀片切削齿保径块钻头柄 PDC主要以切削方式破碎岩石。切削刃在钻压作用下吃入地层，刃前岩石在 旋转力作用下发生剪切破碎。切削塑性岩石和脆性岩石的过程类似于刮刀钻头，由于多个切削齿同时工作，井底岩石自由面多，因此破碎效率高。金刚石切削刃耐磨性高，钻头寿命长, 钻头进尺高。PDC钻头的正确使用A PDC钻头适应于软到中硬的大段均质地层，不适合钻软 硬交错的地层和砾石层。A与牙轮钻头相比，PDC钻头宜采用低钻压.高转速钻进。A钻头下井前，井底要清洁，无金属落物，新钻头钻进时,先用小钻压和低转速磨合井底。A PDC钻头属于整体式钻头，无任何活动部件，适合高转速的涡轮钻井。PDC钻头结构设计的基本参数钻头结构设计参数J切削结构水力结构丿切削结构设计的基本参数水力结构设计的基本参数水力结构 114mm)MS1 稀 30)1241 .夕. W宀.、 2 : * */9 *. 备 4214-24324214-24340-50)124214-24324 214 24314注，：1表中的当SttS黴”用以衡世PDC钻头的布齿密度。当St齿数”的计算lil 215.9mm S.5in）宜胫的钻 头、】3Mmni（0.529in）宜径的切炯齿为基准。当钻头宜径、切削垃直径与该茲准相序时应迸行折算. 貝体计界方法如下： % ：16 乂 站；W： Z Q .式宇：Z头的当金齿如D头宜径：钻头上切射齿的种类数招同宜径的切削齿E入一类）；Z：比一分别代表第科齿的数S和直径（不包括规径面上的PDCtt）02当向一只钻头上出现几种宜设的切削侑时.姑头PDC齿直轻代号的确定应以狡就最多的齿（不包抿规登 面上的圾.为依桥.： ：=八. e 7 表2夭然金刚石钻头和TSP铁头的分类 玄 牯头体 材料 （胎体）密度代号 （齿的粒度 - .、切削钳分类代号怙头冠部轮驟鬲度找号分类 代号类别扁平氏；. f /:题-;C 114mm)61天侏全班石 * 稀2丁9丄3粒巾2学1克拉3視合齿71吴蚕金剛石中2TSP233-7验心2g (1克竝)3幄合齿14s1天撚金雨石857MX).2g1 克拉)2TS?3捉合垃4孕壇厂家PDC钻头型号的表示方法刁钻头型号由钻头直径代号、厂家命名型 号和IADC制定的钻头分类号三部分组 成。各钻头厂家可以根据需要编制各自产品 的厂家命名型号，同时应制定厂家命名 型号与IADC钻头分类号的对照表。71示例：钻头型号8 1/2 R426/S231其中，钻头直径代号为8 1/2,表示全面钻进钻头直径为215.9(8 1/2in);刁厂家命名型号为R426;刁IADC的钻头分类号为S231 （钻头体材料代号S表示钻头体为 钢体式;布齿密度代号2表示为中等；PDC齿直径代号3表示 PDC齿直径为13.44mm;钻头冠部轮廓高度代号1表示为鱼 尾形）。川石克里斯坦森金刚石钻头系列及命名原则前缀代码数字代码后缀代 码说明字母第一位第二位第三位字母钻头系列切屑齿 尺寸钻头冠部 形状布齿密度供选择 的特征G复合片5 4 333、 428弋弋弋1 - 91：长抛物线 9：平顶1-3:低密度布齿4-6：中密度布齿7-9：高密度布齿D, G,K, M,S, U,C131. 钻头系 列中首字 母为A表示 其具抗回 旋特征2. 后缀为 XL为螺旋 刀翼，后 缀ST为侧 钻钻头AGAR/RBDSTRS巴拉斯2：三角聚晶7：圆柱聚晶N/A1-3:低密度布齿4-6:中密度布齿7-9：高密度布齿GCEPD天然 金刚石N/AN/AN/AGGESM固定齿钻头IADC磨损分级固定齿钻头包括一切非牙轮钻头，即切削件与钻头体 固接在一起，无相对运动的各类钻头。 1992年IADC新的钻头磨损分级法增加了钻头材料、 PDC切削齿的密度、切削齿的尺寸或类型和冠部形状 等内容。新的IADC分级法的表格可适用于牙轮钻头和PDC钻头，钻头磨损分级表见表2。固定齿钻头IADC磨损分级切削齿(结构)(T)轴承(B)规径(G)备注内排齿(I)外排齿(0)磨损 特征 (D)部位(L)规径 (mm) (G)其他 特征 (0)起钻 原因 (R)固足切削UriADCW损分级IADC Dull Grading System for Fixed Cutter Bits切削齿 Cutting Structure轴承B规径C3说明 Remarks内排齿InnerRows外排齿OuterRows熔损特征 Dull Characteristics部位L.ocation轴承/密封Bcaring/Scals规径Gauge 1/16其它特征OcherCharacteristics屈钻城因 Reason Pulled牛牛牛X牛牛牛O tWft! No Wear8 齿麻秃 No Useable周定齿钻头Fixed Cutter BitsBT 切削Mi肠裂 Broken C ullerBU站头泥包Bailee! UpCR心綁炳凹CoredCT 切炯齿旳裂 Chippeti CutterER 冲 ErosionHC 热裂纹 Heat Checking JD 碎块 Junk DamageLN 抻咬 PJi Lost NozzleLT 抻(AT CmterOCitt-L Oft Ccikci Wetu PN堵喷吠?/水ifi Plugged NozzleKG规径倒圜 Rounded GaugeRO出环形粧Ring OutWO估头全叭拗Wasted Out Bit WT切削伙f?拥 Worn CutterNO无找它炉?揪特征No Major/Oher Characteristics NR 不備4年用 Not RerunnableRR可再使用RerunnableC内供ConeN鼻部NxeI外俅TaperS friW ShoulderG规径GaugeA 企部 all Areas无磨抑In Gauge1郸扌UndergMUge1/16Up to 1/162/161/16 to 2/163/162/16 to 3/164/163/16 to 4/HifiH AftChange Botolc AtnblyCM 处PI!泥豹 Condition MudCP 取心何 W C ore PointL)P估毘堵舉Drill PlugDMF 71 卜 T达失效 rXiwnholc Motor FailureDTF 井卜工只失效 DowhIhjIc Tool FailureDSF 钻红失效 DrillMrinK FailureDST中途测试 Drill Stem TestHP 井眼问越 f lole Pn)blcmNHR El到规沟时问HouisFMMkJxi改变 Fonnation Change LOG 测井 Run L.ogs PP集压变 化 Pump pressure PR 站連丿用因 Penetration Rate RIG钻机修理Rig Repair TO钻达设计井深Total Depth TQ扭矩变化Torque TW钻住扭断Twist Off WC 气候城P9 Weather Conditions WO 钻林冲蚀 Washout Drillstring内夕卜扌昨切削俯区域INNER & OUTER AREA金MldWi头施部 FIXED CUTTER BIT PROFILES阳GNE N 碑何：I MW栓弟切削情烧抄!特征STUD CUTTERlJ林釵合片磨损特征CYLINDER CUTTERZIhz-o_I i_n内外排切削齿区域A内区齿排（I）表示钻头半径2/3以内各齿排算术平均磨损情况;A外区齿排（0）表示钻头半径2/3以外各齿排的算术平均磨损情况。才艮据各个齿的相对磨损量的平均值计算磨损情况 实例：即（4+3+2+1+0） /5=2。因此磨损分级记录表中内排区（I）填写2级 磨损。钻头冠部区域划分C内锥ConeN鼻部NoseT外樹TaperS 肩部 ShoulderG规径GaugeA 全部 all Areas2钻头选型方法研究A钻头种类较多，各有特点：同一种钻头，结构参数不同，适 应性不同；同一种型号，厂家不同，钻头性能不同。A选择哪一种类型的钻头，同种钻头选择哪一种型号的钻头， 同一种型号选择哪一个厂家的钻头，直接关系到钻井成本。钻头选型的实质是在地层和钻头之间扌艮据钻头使用效果建立 起对应关系，做到钻头与地层的对号入座二 如何优选出既与所钻地层相适应又比较经济的钻头，以实现安全、高效.优质钻井，一直是人们长期致力研究的课题。2钻头选型方法研究 2. 1影响钻头使用效果的因素;2.2钻头类型优选原则；2. 3牙轮钻头选型原则；2.4 PDC钻头选型原则；2.5钻头选型方法地层综合系数法；地层划分方法；钻头通用选型方法；钻头性能评价新方法；2.1影响钻头使用效果的因素地层因素所钻地层岩石的机械力学特性；地层条件：地层的均质性、地层的完整 性，地层造斜特性、井深、地层温度 等。2.1影响钻头使用效果的因素钻井方式旋转钻井动力钻具复合钻井钻井方式决定了转速的大小。2.1影响钻头使用效果的因素(3)轨迹控制造斜、稳斜井眼尺寸(5)地质设计要求如岩屑录井、取芯等。22钻头类型的优选钻头类型钻头型号钻头厂家22钻头类型的优选钻头特性牙轮钻头PDC钻头TSP钻头单晶金刚石钻头切削齿材料 及性能硬质合金齿，强 度高、抗冲 击，耐磨性 较差。聚晶金刚石与硬质 合金复合而 成，耐磨、能 自锐，抗冲击 性能较差，热 稳定性较差。热稳定性聚晶金刚 石，耐磨，抗冲 击性能较差，热 稳定性较高，形 状多样但尺寸较 小。单晶金刚石，耐 磨，颗粒 小，热稳定 性较差。破岩方式冲击与剪切剪切犁切微剪切或磨削破岩效率较高高较高低钻头寿命短长较长长地层适应性各类地层软至中硬均质地层较硬至硬均质地层硬至极硬地层钻井参数大钻压，低转速小钻压，中转速小钻压，高转速中钻压，高转速钻井方式适 应性转盘，动力钻具转盘，动力钻具及 复合钻井复合钻井复合钻井定向性能较好最好好井眼尺寸较大井眼无限制无限制无限制事故率高低低低录井限制无有有有TSP钻头PDC钻头丨 丨牙轮钻头各种类型钻头的使用范围单晶金刚石钻头地层硕度级别1 2 3 456 7 8 9 10 11 12钻头类型定性选择原则根据地层条件、钻井方式、井眼轨迹控制要求、井 眼尺寸以及地质要求选择合适的钻头类型。(2)在多种类型钻头都适宜的情况下，要选择机械钻速 高、寿命长、安全性好的钻头。(3)在软至中硬地层，PDC钻头和牙轮钻头都可选用; 如果地层均质，应尽量选用PDC钻头。因为PDC钻头机械钻速高，安 全可靠。 但如果地层破碎，软硬变换频繁夹层多，应选用牙轮钻头。因为在这样的地层，PDC钻头易发生冲击破坏，影响钻头使用效果。2.3牙轮钻头选型原贝UA牙轮钻头的设计参数（包括齿高、齿距、齿宽、移轴距、牙轮布置等等），是根据不同地层的需要设计的，因此应根据不 同的地层选用不同的钻头。2.3牙轮钻头选型原贝U(1)地层的软硬程度和研磨性地层的岩性和软硬不同，对钻头的要求及破碎机理也不同。软地层应选 择兼有移轴、超顶、复锥三种结构，牙轮齿形较大、较尖，齿数较少的 铳齿或镶齿钻头，以充分发挥钻头的剪切破岩作用；随着岩石硬度增 大，选择钻头的上述三种结构值应相应减小，牙齿也要减短.加密。研磨性地层会使牙齿过快磨损，机械钻速迅速降低，钻头进尺少，特别 容易磨损钻头的保径齿、背锥以及牙掌的掌尖，使钻头直径磨小，更严 重的是会使轴承外露、轴承密封失效，加速钻头损坏。因此，钻研磨性 地层，应该选用有保径齿的镶齿钻头。2.3牙轮钻头选型原贝U(2)井深浅井段岩石一般较软，同时起下钻所需时间较短，应选用 能获得较高机械钻速的钻头；深井段地层一般较硬，起下钻时间较长，应选用有较高总 进尺(钻头寿命长)的钻头。2.3牙轮钻头选型原贝U地层的自然造斜性能在易斜地层钻进时，地层因素是造成井斜的客观因素，而 下部钻柱的弯曲以及钻头的选型不当则是造成井斜的技术 因素。在易斜地层钻进，应选用不移轴或移轴量小的钻 头；同时，在保证移轴小的前提下，所选的钻头适应的地 层应比所钻地层稍软一些，这样可以在较低的钻压下提高机械钻速。2.3牙轮钻头选型原贝U地层的均质性在软硬交错地层钻进时，一般应按其中较硬的岩石选择钻 头，这样既在软地层中有较高的机械钻速，也能顺利地钻 穿硬地层。在钻进过程中钻井参数要及时调整，在软地层 钻进时，可适当降低钻压并提高转速；在硬地层钻进时可 适当提高钻压并降低转速。2.4 PDC钻头选型原贝U 根据地层强度确定PDC切削块直径（1/2或3/4 ）。一般而言， 对于软到中硬地层，选用直径较大的PDC复合片，采用低密度或中 等密度布齿的钻头。对于中硬到坚硬地层，选用直径小的PDC复合 片，采用中等密度或高密度布齿的钻头。 对地层研磨性不太强的地层，可以选用一般的PDC钻头钻进。对研 磨性较强的地层，宜选用耐磨性好的特殊加工的PDC钻头或天然金 刚石钻头。 PDC钻头钻进井段较长，穿越的层位比较多，应按预期钻遇强度最 高的地层进行选型。 PDC钻头适合软到中硬地层.均匀地层，不适合含砾石.黄铁矿. 燧石、花岗岩、硬夹层地层，对硬地层应采用低钻压、高转速钻 进。TSP钻头适合中等至硬地层钻井。天然金刚石钻头适合研磨性 强.中到坚硬地层。 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更为满意的机械钻速和进 尺。 对于定向井而言，在研磨性较高的稳斜井段钻进时除了 要保证所选的PDC钻头切削齿具有高的耐磨性以外，还 要保证所选的钻头具有较好的保径效果（一般选用相对 较短的保径长度），以期得到较高的机械钻速和进尺。2.4 PDC钻头选型原贝U2.4 PDC钻头选型原贝U在PDC钻头选型方面，应注意钻头的轮廓和布齿方 式，下表是常用的PDC钻头 轮廓及适用范围。其中，浅锥形适合于软-中均质、可钻性变化幅度小的 地层，有硬夹层的地层适 合采用短抛物线形钻头，长抛物线形适用于软地层。轮廓形状适用范围弹道形PDC钻头、软地层、井下动力钻 具及转盘钻井、耐磨浅内锥PDC钻头、软-中、均质及过渡 带地层，适用范围广深内锥PDC钻头，中软地层、井斜控制长锥PDC钻头、中-中硬、夹层及过 渡带地层中锥TSP钻头、中-中硬地层短锥TSP钻头、中-中硬地层抛物线形中-中硬地层，耐磨圆形硬地层、耐磨准平顶形PDC、TSP钻头，软-硬地层， 侧钻造斜25钻头选型方法目前，钻头选型方法大致可以分为3种：钻头使用效果评价 法、岩石力学参数法、综合法。2.5.1钻头使用效果评价法该方法从某地区已钻的钻头资料入手，分地层对钻头的使用情况进行统计，把反 映钻头使用效果的一个或多个指标作为钻头选型的依据。2.5.2岩石力学参数法该方法根据待钻地层的某一个或几个岩石力学参数，结合钻头厂家的使用说明进 行钻头选型。2. 5. 3综合法该方法把钻头使用效果和地层岩石力学性质结合起来进行选型。2.5.4存在问题及研究不足2.5.1钻头使用效果评价法每米钻井成本法：每米钻井成本越少，钻头越优。c/ym比能法：钻头比能越低，钻头的破岩效率越高，钻头越优。S/券+篇经济效益指数法：指数越大，钻头越优一牙(4)综合指数法：综合指数越大，钻头越优。不同地区需重新确定各项系数。E = alR + a1(-Bf)+a4F + aT + #+才+(5)模糊综合评判法：樊顺利、郭学增等人以所研究的所有钻头作为评判对象集，选择钻速.纯钻时间.深度.钻头成本以及钻头新度组成因素集，根据隶属函数对每个 对象作单因素评判，形成单因素评判矩阵，然后再结合各因素权重对各评判对象进行 优劣排序。灰类白化权函数聚类法：王越之将钻头进尺、纯钻时间、机械钻速和钻头成本 作为钻头使用效果的评价指标，应用灰类白化权函数法，根据聚类值的大小对钻头的 优劣进行评价。2. 5. 1钻头使用效果评价法(续)(7)灰关联分析法：王俊良.刘明等人将钻头进尺.纯钻时间、机械钻速和钻头成 本作为钻头使用效果的评价指标，应用灰关联分析法，根据关联度的大小对钻头进 行优劣排序。属性层次分析法：毕雪亮、阎铁等人将属性识别理论和层次分析方法相结合， 在属性测度的基础上，通过分析判断准则和属性判断矩阵，建立了钻头优选属性层 次模型。该方法考虑钻头进尺.钻头寿命.平均机械钻速和单位进尺钻头成本等四 个指标，根据钻头记录，按层位为新井选择钻头类型。2.5.2岩石力学参数法模糊聚类法：该方法以地层岩石力学性质中影响钻头钻速及磨损的主要指标（岩石可钻性.研磨性.硬度.塑性系数和抗压强度）为研究对象，按各地层间对 应岩性的相似程度进行模糊动态聚类，建立好动态聚类图后，根据所钻地层与已知 地层的亲疏关系，参照最接近的已知地层的钻头使用情况选用钻头。灰关联聚类法：杨进、高德利等人利用灰关联聚类分析方法，将岩石硬度、可 钻性、塑性系数、抗压强度和抗剪强度所归属的岩石类别聚类为一个综合岩石特性 参数，来综合定量描述岩石力学特性的差异，为钻头选型提供科学的依据。灰类白化权函数聚类法：陈德光.唐念登等人利用灰类白化权函数聚类法， 将岩石按硬度.可钻性.抗压强度等参数进行聚类，为钻头选型提供可靠的依据。岩石内摩擦角法：J.R. Spaar, LWLedgerwood研究表明，岩石研磨性和内摩 擦角有很好的相关性。岩石内摩擦角低于36。，则认为地层研磨性不太强，可以选 用一般的PDC钻头钻进。如果岩石内摩擦角高于36。,则宜选用耐磨性好的特殊加工 的PDC钻头或天然金刚石钻头。2. 5. 3综合法岩石声波时差法：原理为统计某区块所有已钻井的钻头资料，按层段挑选出使 用效果最好的钻头，借助声波时差曲线得到最优钻头所对应的的横波时差的界限， 进一步得出整个地区以横波时差优选钻头的选型摸板，以指导新井的钻头选型。(2)有围压抗压强度法：该方法将获得最佳使用效果的PDC钻头的有围压抗压强度 范围作为钻头选型的依据。剪切强度法：该方法以PDC钻头使用资料数据库为基础，根据所钻井段的平均 剪切强度，以每米钻井成本最低为标准进行钻头选型。人工神经网络法：该方法将影响钻头使用效果的主要因素作为输入神经元，将 钻头型号作为输出神经元，根据神经网络预测结果进行钻头选型。地层综合系数法：本课题组提出了一种综合考虑所有岩石力学特性参数并把它 们综合成一个系数并以此为依据进行钻头选型的方法。该方法将研究井的岩石力学 参数与标准井进行比较，根据地层可钻性综合系数的大小进行定性.定量钻头选 型。2.5.4存在问题及研究不足钻头使用效果评价法：该方法以邻井钻头使用资料为基础，当邻井钻头本身选用不 当，或设计井与邻井地质条件相差较大时，该方法不能给出理想的选型结果；对新探 区钻头使用资料比较少时，钻头选型有较大盲目性；钻头评价指标的选取主观性强。岩石力学参数法：该方法从岩石的力学性质入手，寻求与岩石的力学性质相匹配的 钻头。当与某地层相适应的钻头有若干类时，选择哪一种型号钻头就无所适从；当地 层岩石的力学性质未知时，钻头选型无法进行。如何把地层进行合理细致地分类是问题的关键。综合法：该方法将钻头使用效果和地层的岩石力学性质结合起来进行选型。钻头在井 下受多种力学因素的影响，单凭一个或几个力学参数彳艮难选出真正适合本地区的钻 头。地层综合系数法是针对某一区块进行的，受区域限制。研究不足：PDC钻头抗冲击性差，对软硬交错地层、夹层.过渡层等非均质地层十分 敏感，然而地层又大都是非均质的，因此，前人在进行PDC钻头选型时对地层的非均质 性考虑不够。另外，诸多选型方法具有区域性，缺少一种综合考虑地层非均质性、可 钻性和研磨性的通用的钻头选型方法。常规钻头选型方法或者通过钻头的实际使用效果（如钻头进尺 每米成 本、机械钻速等参数），或者通过地层岩石力学的一个或几个参数来进行，但 由于钻头在井下受多种地层力学特性参数的影响，常规方法难以选出最适合 本地区的钻头型号。提出了一种综合考虑所有岩石力学特性参数并把它们综 合成一个系数（地层综合系数）并以此为依据进行钻头选型的方法。具体步 骤：对研究区块的地层岩石力学特性进行评价；根据钻头使用资料选出各地质层位表现最优的钻头，并依此为依据，建立 该区块的“标准井；比较待钻井与“标准井的地层可钻性，给出待钻井的钻头选型结果。地层岩石力学性质评价；钻头性能评估；（根据钻头使用效果）地层可钻性综合值求取；给出钻头选型结果。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，EbEb 钻头效益指数，（加2/力）/元V 钻头机械钻速，mlhF 一钻头总进尺，m5 钻头费用，元/只 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。用该方法评估钻头吋，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。钻头选型方法：地层综合系数法标准井：是一 口假想井，该 井的各地质层 位从上到下都 是由各层位表 现最优（效益 指数最大）的 钻头钻成的.ARM研究井：按地质层位对地层各种岩石力 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；max = max(max_5), A7?A/(max+5), A7?M(min_5), A/?M(min+5)h 叫一 RMARM (max 一5)二 RMy RMmaxRW* AMminRw十 RM小耐十十 HFrw十 PRW1F 心 1 AM max ST AMminST RM 曲丁 AMmaxST HF$丁 NP$t r r kRd/=!=%-5avSTRW研究井参数，ST标准井参数；最大值、最小值、平均值、 差值最大值、地层厚度和峰值个数；K为参与评价的岩石力学 参数个数；n为不为零的参数个数。SS(MPa)UCS(MPa) IFA(degrees)RH(MPa)0 65 130 195260 325 0 65 130 195 260 24 28 32 36 40 44 48 0 800 160024003200(E)da)d5000004EMdeocoepVsh(沟RockDRPdcDR1.21.41.61.80 20 40 60 80 100 2468 2468 10050000011富古6井岩石力学参数计算结果SS 抗剪强度；UCS 一无围压抗压强度；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QL E刁*门|地质 层位钻头 型号效益指数效益指数 最大钻头 所在的井延长组HJ5170.2855富古2井HA4370.1877纸坊组H5170.0767富古1井HA5170.0487和尚H5170.0313富古1井沟组HA5370.0273刘家HA5370.0281富古3井沟组H5170.0209石千HA5370.0192富古2井峰组H5170.0158地质层位钻头 型号效益指数效益指数 最大钻头 所在的井上石盒HA5370.0182富古3井子组HJ5370.0157下石盒HJ537GL0.0171富古2井子组HA5370.0170山西组HJ537GL0.0195富古2井HA5370.0153太原组HA5370.00634富古1井本溪组HJ537GL0.0177富古2井马家HA5370.0109富古3井沟组HJ537GL0.0013序号地口可钻性综合值钻头直径牙轮钻头型号PDC钻头型号1444.5P22延长组1.47215.9HJ527、HJ517YG536XL、G5473纸坊组1.42215.9HJ527、 H5174和尚沟组3.21215.9HJ537G、HA5375刘家沟组1.11215.9HJ537、HA5376石千峰组1.40215.9HA537、HJ527G7上石盒子组1.21215.9HJ527G、HA537G535、AG4358F石盒子组1.10215.9HJ527G、HA5379山西组1.06215.9HJ537GL、HA53710太原组1.25215.9G536XL、G54711本溪组1.14215.9有黄铁矿12马家沟组0.90215.9HJ547G、HJ537GBD449、S278试验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邻井高20%o