川东北地区属南方海相地层油气勘探区,该探区长期面临井身结构复杂、大尺寸井眼深度较深、岩性复杂、岩石坚硬、地层倾角大、破碎困难、地层可钻性差以及研磨性高等问题。这些也是造成探区钻头选型和设计困难、钻井提速难、钻井周期长、勘探成本高的主要原因。因此,很有必要对川东北地区进行地层岩石可钻性分析和钻头选型研究工作。本文以川东北地区海相碳酸盐岩地层为研究对象,以岩石力学为理论基础,重点开展了5个方面的研究工作:①复杂地层岩性和岩石力学参数的测井计算;②地层可钻性研磨性实验与测井计算及剖面建立;③钻头选型的抗钻敏感参数提取及选型模式的建立;④井区分层段的钻头选型推荐及个性化钻头设计;⑤软件研制及多井测井资料的处理。通过上述工作,取得了以下认识:(1)基于NCRA法计算了地层岩性和物性等参数,通过开展岩心密度-声波时差测定实验以及横波时差曲线的构建,准确计算泊松比、三强度和三模量等岩石力学参数,建立了地层岩性体积分析剖面和岩石力学参数剖面。(2)在岩心密度-声波时差、岩石单轴和三轴可钻性、研磨性测定实验基础上,将岩石可钻性、研磨性实验值和测井计算值进行对比标定,发现可钻性级值和研磨性随声波时差的减小而增大,由此建立了利用测井曲线连续计算岩石可钻性级值、研磨性和硬度等抗钻参数剖面的模型和方法,通过计算发现碳酸盐岩地层硬度大,岩石可钻性差,研磨性强;通过岩石可钻性各向异性评价,建立了利用垂直可钻性级值计算岩石可钻性各向异性指数的数学模型。(3)在常用的抗钻参数(岩石力学参数、水力参数和机械参数,以及经验参数)基础上引入有效应力和可钻性各向异性系数,建立了基于测井多参数灰色关联分析的钻头选型模式,分层段优选出与井区地层相匹配的钻头类型。(4)针对钻头使用过程中存在的问题,根据抗钻特性评价并结合现场经验,从钻头的剖面形状、刀翼结构、切削齿尺寸和切削齿工作角及布齿密度、水力结构等方面进行优化,设计了适合碳酸盐岩地层高效钻进的PDC钻头,为工区PDC钻头的选择提供了依据。(5)利用Fortran语言和VB语言编程,形成了一套挂接在Forward平台上适用于川东北地区复杂岩性地层的钻头优选软件。该软件运行稳定,所选的钻头类型与实际钻速高、时效高的层段相吻合,为钻井提速提供了重要决策。本文的研究结果为工区的地层可钻性分析提供了理论依据,同时为现场的钻头选型工作提供了一定的指导作用。