合理的钻头选型可以明显提高机械钻速和获取更多的钻井进尺,是实现优化钻井的关键技术之一。如何找出一种适合中原油田地层特性、行之有效的钻头选型方法,并推荐适合本地区地层特点的新型钻头模式成为钻头选型的技术关键和难点。本文运用理论分析、室内实验、计算机编程和现场试验相结合的方法。通过理论分析确定应用地层评价和钻头选型的主要参数,并确立了地层评价、钻头选型的相关模型,开发了“中原油田地层特性评价及钻头选型”软件,经过中原油田多口井应用,取得了一定的社会效益和经济效益。主要研究内容如下:在分析地层特性参数测井评价的基础上,研究了利用聚类分析分层评价地层特性的方法,对分层依据、分层方法和分层过程中出现的问题进行了讨论。该方法的建立便于工程应用,为中原油田钻头选型奠定了基础。提出了钻头综合“定量”选型方法,即用已钻井的实际使用效果,结合钻头本身性能指标来加以衡量,以钻头进尺、每米钻井成本为最终评判结果,构造一个钻头“综合指数R”,使钻头选型在定性基础上实现了定量化。通过岩石力学参数测试、声波测试和岩屑声波和微硬度测试,建立了中原油田岩石可钻性级值与声波时差的拟合关系式,该关系式回归效果显著,可用来计算中原油田岩石可钻行级值。提出了岩屑适时测试方法,能够实现对缺乏取心数据或取心困难地区的地层特性评价,丰富了地层评价手段。在岩石破碎理论分析的基础上,提出将三轴抗压强度作为地层抗钻特性评价的重要参数,给出了PDC钻头切削结构参数与三轴抗压强度的经验关系式,建立了利用三轴抗压强度优选PDC钻头的方法。使用Visual Basic和Delphi语言开发了“中原油田地层特性评价及钻头选型”软件。该软件容错性强,且计算准确,操作简便,人机交互性强,可移植性能较好,具有较高的可操作性。通过现场试验研究,对中原油田濮城、卫城地区4口井进行了地层特性评价和钻头选型。与同类完钻井相对比,平均单只钻头进尺提高18.6%,平均机械钻速提高13.8%,平均钻井周期缩短7.1%,取得了明显的应用效果。