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摘 要：大牛地气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡北部，主要含气层位为石炭系太原组、二叠系山西组和下石盒子组，大牛地气田钻遇地层有第四系、白垩系、侏罗系、三叠系、二叠系、石炭系和奥陶系。该气田气藏类型多为低孔低渗砂岩气藏，虽然PDC钻头得到广泛应用，如果能充分发挥其切削破岩的特点和功能，将大大提高机械钻速。而由于鄂尔多斯大牛地气田存在地层老、研磨性高、可钻性差、含大段砾岩的复杂特性，在工区推广使用PDC钻头中机械钻速受到严重制约。如何优化钻头选型、选取合理参数成为成为优快钻井和加快开发进程成功的关键。
关键词：大牛地气田;地质层位;PDC钻头;上直井段;导眼段;主井眼斜井;水平段
1 地质特性
大牛地气田地理位置位于内蒙古自治区伊克昭盟伊金霍洛旗、乌审旗和陕西省榆林市交界处，构造位置位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡北部。钻遇地层有第四系、白垩系、侏罗系、三叠系、二叠系、石炭系和奥陶系，在该套地层中发育奥陶系上马家沟组、石炭系太原组、二叠系山西组和下石盒子组4套气层。在本区大牛地气田目的层主要指的是石炭系太原组、二叠系山西组和下石盒子组气层。
2 井身结构及套管程序
目前该工区钻井类型主要为水平井，设计井深一般在4000m左右，根据设计施工要求为三级井身结构，一开采用Φ311.2mm钻头钻至表层400m左右，下Φ244.5mm套管封固第四系黄土层和志丹群砂砾和泥岩互层易漏、易垮塌层，要求水泥浆返至地面，保证固井质量。二开先钻斜导眼采用Φ222.3mm钻头，一般井斜≤40°。导眼完钻后，打两个水泥塞，其中：下水泥塞段为相交点上下各100m（设计主井眼与导眼A靶点重合）;上水泥塞段为导眼造斜点上50m、下100m;现场也可根据实际情况对水泥塞长度进行调整，保证封固质量，满足侧钻要求。回填后，采用Φ222.3mm钻头钻至主井眼A点，下Φ177.8mm技术套管固井，为三开水平段安全施工提供有利条件，降低水平段施工风险，固井按生产套管固井实施，采用分级注水泥双凝水泥浆体系全井封固。三开水平段采用Φ152.4mm钻頭钻至B靶点完钻。
3 大牛地气田分井段PDC钻头选型与应用
3.1上直井段PDC钻头选型与应用
大牛地气田上部地层主要钻遇第四系、志丹群、安定组、直罗组、延安组、延长组、二马营组、和尚沟组、刘家沟组、石千峰组，一般采用清水大循环钻进，地层可钻性较强，机械钻速较高，施工多口井表明上直井段1-2只PDC钻头可钻完进尺，钻至导眼定向点井深。
大牛地气田上直井段施工采用“四合一”钻具组合，即使用“PDC钻头+螺杆”复合转钻进模式，利用PDC钻头适合高转数、同时针对大牛地气田地层古老、钻压敏感特性，采取大钻压的钻进参数设计，可以取得较高的机械钻速及进尺。
普遍第1只钻头能够钻至直罗组以上，地层可钻性强的话刚体钻头使用效果要好于胎体钻头，机械钻速高于胎体钻头，在钻进参数比较中，钻压和转速越大机械钻速就越高，以在钻头复合片尺寸大小选择上以16mm为主，钻头外形上刀翼较深导角较小且带副齿的钻头进尺较多。
3.2导眼段PDC钻头选型与应用
导眼段施工过程中，由于该井段稳斜段较长，一般采用“螺杆+扶正器”双扶稳斜钻具结构，钻遇地层有石盒子组、山西组、太原组、马家沟组。施工要求注意优化井身轨迹，在井斜45度之前尽量让井斜略微提前，让实钻轨迹略高于设计轨迹，通过提高滑动井段造斜率增加复合井段长度，实现少滑动多复合，提高机械钻速和PDC钻头的使用效率。实践表明效果好的话2只钻头可钻完导眼进尺。
从以上数据可以分析出，在导眼段施工中宜采用螺杆复合钻钻进，常规钻具钻进机械钻速要偏低，钻头选型上胎体钻头机械钻速高于刚体钻头，但所钻进尺明显少于刚体钻头，斜井段由于地层较硬，研磨性强，滑动钻进时对钻头磨损较为严重，一般都选择复合片较小的16mm尺寸，钻头外形上选取导翼较宽、具有一定导角等特点提高钻头抗磨性和使用效果。
3.3主井眼斜井段PDC钻头选型与应用
主井眼要求导眼回填后侧钻成功后重新进行定向钻进，钻头机械钻速要求高外，钻井液性能要求到达先前导眼施工时状态，此时钻井液各项性能成型如果密度和粘切均未进行大调整，将会严重制约机械钻速和影响钻头使用效果。主井眼施工要求钻具结构柔性较大便于定向，且主要钻遇石盒子组及山西组、太原组。石炭系太原组岩性主要为深灰色、黑色泥岩、炭质泥岩、煤层与灰白色细-粗砂岩互层，局部夹灰岩透镜体。二叠系山西组岩性主要为灰色中-粗粒砂岩、砂砾岩、砾岩与黑色、深灰色泥岩、黑色炭质泥岩互层，下部含煤层、煤线。可钻性较差，对钻头选型要求较高，一般需要至少2只钻头钻完进尺。
从主井眼钻头定向施工数据可以看出，定向段机械钻速普遍偏低，旋转钻进时，可根据现场施工情况，调整钻进参数，改变增斜率，以增加旋转钻进的井段，提高施工速度。由于定向段滑动钻进较多，对钻头的抗磨性要求较高，同样选择复合片较小的以16mm为主、13mm为辅的尺寸结构，钻头外形上选取导翼较宽、具有一定导角等特点提高钻头抗磨性和使用效果，且刚体钻头使用效果要强于胎体钻头，虽机速略低但进尺要多于胎体钻头。
3.4水平段PDC钻头选型与应用
水平段施工中由于该井段稳斜段较长，井身轨迹调整幅度较小一般采用“螺杆+扶正器”双扶稳斜钻具结构，尽量保持轨迹平滑以利于后期完井作业。目的层一般为石盒子组、山西组、太原组为主，石盒子组地层相对可钻性强，对钻头磨损较小，山西组单只钻头进尺能力较差，太原组地层地层坚硬、研磨性强，可钻性差，对钻头磨损较强，水平段一般1000米左右，至少需要2只钻头钻完进尺。
水平段由于在目的层施工，主要以砂岩为主，孔隙性较好胶结性弱，可钻性较好，但砂体对钻头磨损较强，从表中可分析出应选择复合片较小的以16mm或13mm尺寸结构，但刚体钻头抗磨性不如胎体钻头，复合钻进时应尽量提高转盘转速，以利于破岩速度，钻头外形选取上应采用双排齿或带副齿布齿特性，刀翼较宽具有一定导角、水眼分布较均匀的钻头结构，充分发挥其抗磨损特性，从而能达到进尺较多的效果。
4 结论及建议
1、 大牛地气田发育二叠系山西组、下石盒子组和石炭系太原组三套储集体，储集体岩性有碎屑岩、灰岩，主要储集体为碎屑岩。碎屑岩储集体为特低孔隙度、特低等渗透率、致密性储层。
2、 大牛地气田上直井段施工采用“四合一”钻具组合，针对地层古老、钻压敏感特性，宜采取大钻压、高转速钻进参数，优选以16mm复合片为主，刀翼较深、导角较小且带副齿的刚体钻头，可获得较高进尺及机械钻速。
3、 导眼段施工中宜采用螺杆复合钻钻进，常规钻具钻进机械钻速要偏低，钻头选型上胎体钻头机械钻速高于刚体钻头，针对斜井段地层较硬，研磨性强，滑动钻进对钻头磨损较为严重，一般都选择复合片较小的16mm尺寸，钻头外形上选取导翼较宽、具有一定导角提高钻头抗磨性和使用效果。
4、 定向段由于滑动钻进较多，对钻头的抗磨性要求较高，同样选择复合片尺寸以16mm为主、13mm为辅的双排齿结构，钻头外形上选取导翼较宽、具有一定导角等特点提高钻头抗磨性和使用效果，且刚体钻头使用效果要强于胎体钻头，建议可以使用复合片13mm的钻头进行试验。
5、 水平段主要以砂岩为主，孔隙性较好胶结性弱，可钻性强，但砂体对钻头磨损较强，应选择复合片较小的以16mm或13mm尺寸结构的胎体钻头，复合钻进时应尽量提高转盘转速，以利于破岩速度，钻头外形选取上应采用双排齿或带副齿布齿特性，刀翼较宽具有一定导角、水眼分布较均匀的钻头结构，充分发挥其抗磨损特性，从而能达到进尺较多的效果。
参考文献
[1]长庆油田石油地质志编写组.中国石油地质志（卷十二）[M].北京：石油工业出版社.1992：67-68.
[2]郝蜀民.鄂尔多斯盆地油气勘探的回顾与思考[J].天然气工业.2001，21（增刊）：1-4.
[3]杨俊杰，裴锡古.中国天然气地质学（卷四，鄂尔多斯盆地）[M].北京：石油工业出版社.1996.
[4]庞雄奇，付广，万龙贵，等.盖层封油气性综合定量评价—盆地模拟在盖层评价中的应用[M].北京：地质出版社，1993.
[5]陈庭根，管志川.钻井工程理论与技术.山东东营：中国石油大学出版社，2006.
关键词：大牛地气田;地质层位;PDC钻头;上直井段;导眼段;主井眼斜井;水平段
1 地质特性
大牛地气田地理位置位于内蒙古自治区伊克昭盟伊金霍洛旗、乌审旗和陕西省榆林市交界处，构造位置位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡北部。钻遇地层有第四系、白垩系、侏罗系、三叠系、二叠系、石炭系和奥陶系，在该套地层中发育奥陶系上马家沟组、石炭系太原组、二叠系山西组和下石盒子组4套气层。在本区大牛地气田目的层主要指的是石炭系太原组、二叠系山西组和下石盒子组气层。
2 井身结构及套管程序
目前该工区钻井类型主要为水平井，设计井深一般在4000m左右，根据设计施工要求为三级井身结构，一开采用Φ311.2mm钻头钻至表层400m左右，下Φ244.5mm套管封固第四系黄土层和志丹群砂砾和泥岩互层易漏、易垮塌层，要求水泥浆返至地面，保证固井质量。二开先钻斜导眼采用Φ222.3mm钻头，一般井斜≤40°。导眼完钻后，打两个水泥塞，其中：下水泥塞段为相交点上下各100m（设计主井眼与导眼A靶点重合）;上水泥塞段为导眼造斜点上50m、下100m;现场也可根据实际情况对水泥塞长度进行调整，保证封固质量，满足侧钻要求。回填后，采用Φ222.3mm钻头钻至主井眼A点，下Φ177.8mm技术套管固井，为三开水平段安全施工提供有利条件，降低水平段施工风险，固井按生产套管固井实施，采用分级注水泥双凝水泥浆体系全井封固。三开水平段采用Φ152.4mm钻頭钻至B靶点完钻。
3 大牛地气田分井段PDC钻头选型与应用
3.1上直井段PDC钻头选型与应用
大牛地气田上部地层主要钻遇第四系、志丹群、安定组、直罗组、延安组、延长组、二马营组、和尚沟组、刘家沟组、石千峰组，一般采用清水大循环钻进，地层可钻性较强，机械钻速较高，施工多口井表明上直井段1-2只PDC钻头可钻完进尺，钻至导眼定向点井深。
大牛地气田上直井段施工采用“四合一”钻具组合，即使用“PDC钻头+螺杆”复合转钻进模式，利用PDC钻头适合高转数、同时针对大牛地气田地层古老、钻压敏感特性，采取大钻压的钻进参数设计，可以取得较高的机械钻速及进尺。
普遍第1只钻头能够钻至直罗组以上，地层可钻性强的话刚体钻头使用效果要好于胎体钻头，机械钻速高于胎体钻头，在钻进参数比较中，钻压和转速越大机械钻速就越高，以在钻头复合片尺寸大小选择上以16mm为主，钻头外形上刀翼较深导角较小且带副齿的钻头进尺较多。
3.2导眼段PDC钻头选型与应用
导眼段施工过程中，由于该井段稳斜段较长，一般采用“螺杆+扶正器”双扶稳斜钻具结构，钻遇地层有石盒子组、山西组、太原组、马家沟组。施工要求注意优化井身轨迹，在井斜45度之前尽量让井斜略微提前，让实钻轨迹略高于设计轨迹，通过提高滑动井段造斜率增加复合井段长度，实现少滑动多复合，提高机械钻速和PDC钻头的使用效率。实践表明效果好的话2只钻头可钻完导眼进尺。
从以上数据可以分析出，在导眼段施工中宜采用螺杆复合钻钻进，常规钻具钻进机械钻速要偏低，钻头选型上胎体钻头机械钻速高于刚体钻头，但所钻进尺明显少于刚体钻头，斜井段由于地层较硬，研磨性强，滑动钻进时对钻头磨损较为严重，一般都选择复合片较小的16mm尺寸，钻头外形上选取导翼较宽、具有一定导角等特点提高钻头抗磨性和使用效果。
3.3主井眼斜井段PDC钻头选型与应用
主井眼要求导眼回填后侧钻成功后重新进行定向钻进，钻头机械钻速要求高外，钻井液性能要求到达先前导眼施工时状态，此时钻井液各项性能成型如果密度和粘切均未进行大调整，将会严重制约机械钻速和影响钻头使用效果。主井眼施工要求钻具结构柔性较大便于定向，且主要钻遇石盒子组及山西组、太原组。石炭系太原组岩性主要为深灰色、黑色泥岩、炭质泥岩、煤层与灰白色细-粗砂岩互层，局部夹灰岩透镜体。二叠系山西组岩性主要为灰色中-粗粒砂岩、砂砾岩、砾岩与黑色、深灰色泥岩、黑色炭质泥岩互层，下部含煤层、煤线。可钻性较差，对钻头选型要求较高，一般需要至少2只钻头钻完进尺。
从主井眼钻头定向施工数据可以看出，定向段机械钻速普遍偏低，旋转钻进时，可根据现场施工情况，调整钻进参数，改变增斜率，以增加旋转钻进的井段，提高施工速度。由于定向段滑动钻进较多，对钻头的抗磨性要求较高，同样选择复合片较小的以16mm为主、13mm为辅的尺寸结构，钻头外形上选取导翼较宽、具有一定导角等特点提高钻头抗磨性和使用效果，且刚体钻头使用效果要强于胎体钻头，虽机速略低但进尺要多于胎体钻头。
3.4水平段PDC钻头选型与应用
水平段施工中由于该井段稳斜段较长，井身轨迹调整幅度较小一般采用“螺杆+扶正器”双扶稳斜钻具结构，尽量保持轨迹平滑以利于后期完井作业。目的层一般为石盒子组、山西组、太原组为主，石盒子组地层相对可钻性强，对钻头磨损较小，山西组单只钻头进尺能力较差，太原组地层地层坚硬、研磨性强，可钻性差，对钻头磨损较强，水平段一般1000米左右，至少需要2只钻头钻完进尺。
水平段由于在目的层施工，主要以砂岩为主，孔隙性较好胶结性弱，可钻性较好，但砂体对钻头磨损较强，从表中可分析出应选择复合片较小的以16mm或13mm尺寸结构，但刚体钻头抗磨性不如胎体钻头，复合钻进时应尽量提高转盘转速，以利于破岩速度，钻头外形选取上应采用双排齿或带副齿布齿特性，刀翼较宽具有一定导角、水眼分布较均匀的钻头结构，充分发挥其抗磨损特性，从而能达到进尺较多的效果。
4 结论及建议
1、 大牛地气田发育二叠系山西组、下石盒子组和石炭系太原组三套储集体，储集体岩性有碎屑岩、灰岩，主要储集体为碎屑岩。碎屑岩储集体为特低孔隙度、特低等渗透率、致密性储层。
2、 大牛地气田上直井段施工采用“四合一”钻具组合，针对地层古老、钻压敏感特性，宜采取大钻压、高转速钻进参数，优选以16mm复合片为主，刀翼较深、导角较小且带副齿的刚体钻头，可获得较高进尺及机械钻速。
3、 导眼段施工中宜采用螺杆复合钻钻进，常规钻具钻进机械钻速要偏低，钻头选型上胎体钻头机械钻速高于刚体钻头，针对斜井段地层较硬，研磨性强，滑动钻进对钻头磨损较为严重，一般都选择复合片较小的16mm尺寸，钻头外形上选取导翼较宽、具有一定导角提高钻头抗磨性和使用效果。
4、 定向段由于滑动钻进较多，对钻头的抗磨性要求较高，同样选择复合片尺寸以16mm为主、13mm为辅的双排齿结构，钻头外形上选取导翼较宽、具有一定导角等特点提高钻头抗磨性和使用效果，且刚体钻头使用效果要强于胎体钻头，建议可以使用复合片13mm的钻头进行试验。
5、 水平段主要以砂岩为主，孔隙性较好胶结性弱，可钻性强，但砂体对钻头磨损较强，应选择复合片较小的以16mm或13mm尺寸结构的胎体钻头，复合钻进时应尽量提高转盘转速，以利于破岩速度，钻头外形选取上应采用双排齿或带副齿布齿特性，刀翼较宽具有一定导角、水眼分布较均匀的钻头结构，充分发挥其抗磨损特性，从而能达到进尺较多的效果。
参考文献
[1]长庆油田石油地质志编写组.中国石油地质志（卷十二）[M].北京：石油工业出版社.1992：67-68.
[2]郝蜀民.鄂尔多斯盆地油气勘探的回顾与思考[J].天然气工业.2001，21（增刊）：1-4.
[3]杨俊杰，裴锡古.中国天然气地质学（卷四，鄂尔多斯盆地）[M].北京：石油工业出版社.1996.
[4]庞雄奇，付广，万龙贵，等.盖层封油气性综合定量评价—盆地模拟在盖层评价中的应用[M].北京：地质出版社，1993.
[5]陈庭根，管志川.钻井工程理论与技术.山东东营：中国石油大学出版社，2006.