钻头选型方法综述

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1、第27卷第4期石油钻采工艺Vol.27No.42005年8月OILDRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGYAug.2005文章编号:1000一7393(2005)04一(0001一05钻头选型方法综述张辉高德利(中国石油大学石油天然气工程学院，北京102249)摘要钻头的合理选型对提高钻进速度、降低钻井综合成本起着重要作用。对近年来国内外钻头选型的主要方法进行了比较全面的总结与评述。目前，钻头选型方法大致可概括为3种:一是钻头使用效果评价法;二是岩石力学参数法;三是综合法。钻头使用效果评价法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;岩石力

2、学参数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;综合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。详细介绍了各种选型方法的基本原理，并分析其不足之处。最后指出PDC钻头合理选型方法研究是今后钻头选型领域研究的重点。关键词钻头选型岩石力学参数方法指标中图分类号:TE921.1文献标识码:A在钻井过程中，钻头是破碎岩石的主要工具，井。Cb+Cr(T+几)L=—(1)眼是由钻头破碎岩石而形成的。一个井眼形成得好户’坏，所用时间的长短，除与所钻地层岩石的特性和钻式中，C为每米钻井成本，元/m;Cb为钻头费用，元/头本身的性能有关外，更

3、与钻头和地层之间的相互只;C,为钻机运转作业费，元/h;T为钻头纯钻时间，匹配程度有关。如何优选出既与所钻地层相适应又h;T,.为起下钻、循环钻井液及接单根时间(钻井辅比较经济的钻头，以实现安全、高效、优质钻井，一直助时间),h;F为钻头总进尺，mo是人们长期致力研究的课题川。目前，钻头选型方由于影响钻井成本因素并不都与钻头选择有法大致可以分为3类:第1类是钻头使用效果评价关，因而成本分析法不能直接反映钻头方案的好坏。法，该方法从某地区已钻的钻头资料人手，分地层对1.2比能法钻头的使用情况进行统计，把反映钻头使用效果的比能这一概念最早是由Farrelly等人于1985

4、年一个或多个指标作为钻头选型的依据;第2类是岩提出来的。比能的定义为:钻头从井底地层上钻掉石力学参数法，该方法根据待钻地层的某一个或几单位体积岩石所需要做的功。其计算公式为个岩石力学参数，结合钻头厂家的使用说明进行钻头选型;第3类是综合法，该方法把钻头使用效果和S。二_g4rDW2·kDN2TRb(2)地层岩石力学性质结合起来进行选型。在对大量文献资料调研分析的基础上，通过介绍各种选型方法式中，S。为比能;几为钻头扭矩，kN·m;N为转速，的基本原理，分析各种方法存在的不足，指出钻头选r/min;R为机械钻速，m/h;W为钻压，kN;k为常数;型方法研究应立足于PDC

5、钻头。D为钻头直径，mmo1钻头使用效果评价法该方法将钻头比能作为衡量钻进效果好坏的主1.1每米钻井成本法要因素。钻头比能越低，表明钻头的破岩效率越高，以钻头的每米钻井成本作为钻头选型的依钻头使用效果越优〔3-61。该方法在原理上很简单，据〔’〕，其计算模型为但在现场应用时，钻头扭矩不易计算和直接测量。荟金项目:国家自然科学基金的重点项目(批准号50234030)和重大研究计划项目(批准号90410006).作者简介:张辉，1971年生。1994年毕业于石油大学(华东)钻井工程专业，现从事油气井信忠开发与应用、油气钻井经济评价等方面的研究。电话:010一8973370

6、2,E一mail:zhanghui3702@163.com.万方数据石油钻采工艺2005年8月(第27卷)第4期1.3经济效益指数法钻速和钻头成本作为钻头使用效果的评价指标，应根据钻头进尺、机械钻速、钻头成本3个因素的用灰类白化权函数法，根据聚类值的大小对钻头的综合指标来评价钻头的使用效果，其评价结果与每优劣进行评价〔5〕。米钻井成本法总体上是一致的。钻头经济效益指数1.5综合指数法(主分t分析法)计算模型为川于润桥(1993年)选择机械钻速、牙齿磨损量、轴承磨损量、钻头进尺、钻头工作时间、钻压、转速、(3)泵压、泵排量及井深10项指标，应用主成分分析法，式中，Eb为

7、钻头经济效益指数，m·m/(元·h);a综合钻头的使用效果和使用条件，提出了评选钻头为系数。Eb越大，钻头使用效果越优。的“综合指数法”[9]。应用华北油田132口井实钻1.4灰类白化权函数聚类法资料，给出了综合指数的表达式为王越之(1991年)将钻头进尺、纯钻时间、机械。。j。，，、j。。、。，a6a7a8+a,oH(4)乙=“，找+azl‘一月‘)+a3l‘一万‘)+a4r+“，‘+W+N+P.十万式中，从为牙齿磨损量;Br为轴承磨损量;T为钻头过流面积、起钻井深、进尺、机械钻速、最大和最小钻工作时间，h;Q为泵排量，Us;P。为立管压力，压、最