鉆井工程優(yōu)化設(shè)計對鉆井施工節(jié)能降耗提供科學(xué)依據(jù)

孫景濤 鄭淑杰 李梅 李秀麗

（大港油田公司石油工程研究院 天津 300280）

能源是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，關(guān)系到社會的可持續(xù)發(fā)展。節(jié)能降耗也是石油企業(yè)一項長期戰(zhàn)略任務(wù)，近幾年，鉆井科研科技單位認(rèn)真貫徹《節(jié)能法》，堅持“資源開發(fā)與節(jié)約并舉，把節(jié)約放在首位，提高資源利用效率”的工作方針，結(jié)合鉆井工程不同區(qū)塊、不同井型的特點，加強節(jié)能管理，大力推進節(jié)能技術(shù)進步，提高能源利用效率，節(jié)能管理水平不斷提高，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

鉆井開發(fā)過程中需要消耗大量能源，直接間接能源，直接能源包括原油、煤油、水電等，間接能源各種儀器設(shè)備、套管、鉆桿各種易耗材料等等。那么作為鉆井工程的第一道源頭工作——鉆井工程設(shè)計對能源的合理、科學(xué)的優(yōu)化無疑起著舉足輕重的作用，在2009年大港油田設(shè)計單位在鉆井工程節(jié)能方面的采取的措施，說明了節(jié)能降耗的途徑與對策。通過科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)了節(jié)能降耗，挖潛增效，降低成本，為節(jié)能降耗作出了貢獻(xiàn)。

1 通過對埕海油田井身結(jié)構(gòu)和鉆井液優(yōu)化設(shè)計避免卡鉆事故，節(jié)能效果顯著

埕海油田是大港油田未來幾年產(chǎn)能建設(shè)的主要油田之一。但是在2008年的開發(fā)實驗階段，鉆井施工并不順利，在實施鉆井的7口井中，有3口井出現(xiàn)卡鉆事故，不僅使鉆具和儀器落井，而且延長了鉆井周期，浪費了大量人力物力資源，同時也制約了開發(fā)進程。

因此，2009年開展了埕海油田井身結(jié)構(gòu)和鉆井液等方面優(yōu)化研究，認(rèn)為埕海油田特殊巖性地層（頁巖、泥質(zhì)灰?guī)r）井段的卡鉆復(fù)雜事故，是延長鉆井周期、增加成本、浪費資源的主要原因，因此開展解決卡鉆事故發(fā)生入手，通過優(yōu)化井深結(jié)構(gòu)和使用優(yōu)質(zhì)鉆井液等方法解決卡鉆事故。

經(jīng)過2009年對泥頁巖井段地層應(yīng)力分布、泥頁巖井段地層坍塌因素、泥頁巖井段鉆井液體系優(yōu)選及性能優(yōu)化、泥頁巖井段鉆井工藝措施等分析研究，掌握了泥頁巖井段井眼失穩(wěn)機理，形成了泥頁巖井段井壁穩(wěn)定技術(shù)。通過研究認(rèn)為：①該區(qū)塊卡鉆井段一般在東營組和沙一段，通過優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)延長技術(shù)套管下深，把危險井段封起來，為下步安全順利鉆進提供保障；②卡鉆井段東營組地層易水化膨脹造成卡鉆，為此優(yōu)化優(yōu)質(zhì)鉆井液，提出提高鉆井液的抑制性和嚴(yán)控鉆井液失水的建議。

在2009年張海29-22L、張海33-22L、張海13-26L、張海21-23L、張海12-22L五口井的鉆井中，沒有發(fā)生惡性卡鉆事故，鉆井施工基本順利，平均鉆井周期43.14d，同比鉆井周期縮短32.99%，合計縮短鉆井周期：（55.38-43.14）d×5=61.2d，每天按 5m3水計算，可節(jié)約水5×61.2d=306m3。每天發(fā)電按1t柴油計算可節(jié)約柴油62t。

表1 2008年鉆井經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)統(tǒng)計表

表2 2009年鉆井經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)統(tǒng)計表

2 準(zhǔn)確對濱海斜坡探區(qū)地層壓力進行預(yù)測，應(yīng)用到設(shè)計中，避免地層漏失，節(jié)能降耗成績突出

濱海斜坡探區(qū)存在目的層埋藏深，同一裸眼段壓力系統(tǒng)多、鉆井液密度窗口窄、漏層涌層同存。由于缺少地層壓力資料，使井身結(jié)構(gòu)、鉆井液密度設(shè)計缺乏可靠依據(jù)，在鉆井過程中可能發(fā)生復(fù)雜事故，造成鉆井周期的延長和鉆井成本的增加。為此，應(yīng)從地應(yīng)力和地層力學(xué)特性入手，提高孔隙壓力、坍塌壓力、破裂壓力的預(yù)測精度，確保安全、快速鉆井，為濱海地區(qū)勘探開發(fā)提供技術(shù)保障。

2008 年該地區(qū)已完鉆濱21、濱海1、濱海4、濱海5、濱海28井。但是在鉆井工程中發(fā)生了一些復(fù)雜情況。08年完鉆的濱海4井，漏失嚴(yán)重，四開井段共漏失泥漿1351 m3。215.9mm井眼4450-5050m井段最大井徑為390.31mm，平均井徑261.59mm，平均擴大率21.16%。濱海5井四開漏失嚴(yán)重，總計漏失泥漿 649m3。

因此，2009年開展 《濱海斜坡探區(qū)地層壓力預(yù)測研究與應(yīng)用》科研攻關(guān)，通過對濱海斜坡探區(qū)的巖心取樣分析，根據(jù)凱塞爾效應(yīng)實驗和井壁崩落橢圓法 ，測定了濱海斜坡探區(qū)地應(yīng)力的大小、方向和地層力學(xué)特性，為三壓力預(yù)測奠定基礎(chǔ)，精確預(yù)測孔隙壓力、坍塌壓力、破裂壓力，并應(yīng)用到設(shè)計中。2009年實施的濱海9、濱海8井鉆井液密度設(shè)計的符合率達(dá)到91.8-92.7%。解決了嚴(yán)重塌漏等井下復(fù)雜事故，節(jié)約了鉆井周期。

表3 09年與08年濱海斜坡探區(qū)鉆井指標(biāo)對比表

《濱海斜坡探區(qū)地層壓力預(yù)測研究與應(yīng)用》課題在濱海8、濱海9井應(yīng)用2口深井，比去年鄰井濱海4、濱海5井平均提縮短鉆井周期9.5d，合計縮短鉆井周期：9.5d×2=19d，每天按 5m3水計算，可節(jié)約水5×19d=95m3。每天發(fā)電按1t柴油計算可節(jié)約柴油19t。同時避免了因鉆井液漏失而遭受的損失。

3 應(yīng)用優(yōu)快鉆井技術(shù)，鉆井機械鉆速連年攀升

濱海地區(qū)儲藏分布較深，而且地層壓力系數(shù)大小不一，存在多套壓力層系，深井地層存在高壓油氣水層，鉆井過程中頻繁發(fā)生油氣水侵現(xiàn)象，處理這些復(fù)雜情況時，往往要采取壓井、排氣等措施，嚴(yán)重制約了鉆井速度。

為了提高機械鉆速、縮短鉆井周期，減少鉆井工程事故和復(fù)雜，最大程度上保護油氣層，提高勘探、開發(fā)效益，對2009年的7口井進行了優(yōu)化設(shè)計，通過對井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、鉆頭的優(yōu)化及鉆井液優(yōu)選，采用PDC＋ECD＋LWD一體鉆井技術(shù)提高了機械轉(zhuǎn)速，縮短了鉆井周期。

從表中可以看出2009年濱海地區(qū)完鉆井在平均井深增加200m的情況下，機械鉆速提高了10.96%，建井周期縮短了5.07%，鉆井周期縮短了16.22%。濱海地區(qū)完成井事故復(fù)雜時效由2008年的3.44%降低到2.31%，降幅48.92%。每口井鉆井周期平均縮短7.5天，合計縮短鉆井周期：7.5d×7=52.5d，每天按 5m3水計算，可節(jié)約水 5×52.5d=262.5m3。每天發(fā)電按1t柴油計算可節(jié)約柴油52.5t。

表4 2008年與2009年完鉆深井指標(biāo)對比表

結(jié)論

1、石油工程院設(shè)計人員，在節(jié)能降耗方面通過一年的共同努力研究，在鉆井工程設(shè)計對井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、組合鉆具優(yōu)選，鉆井液體系、性能等方面的優(yōu)選，新技術(shù)的應(yīng)用，為鉆井施工大大降低成本，節(jié)約了能源從源頭上提供了科學(xué)、準(zhǔn)確的依據(jù)。

2、提高了設(shè)計人員節(jié)能意識,依靠技術(shù)進步，加強科學(xué)管理，建立和完善與市場經(jīng)濟體制相適應(yīng)的能源節(jié)約與資源綜合利用管理體系和運行機制，促進企業(yè)效益的提高。

3、提高節(jié)約能源與資源綜合利用技術(shù)水平

應(yīng)用先進適用的節(jié)能新技術(shù)，把節(jié)能與技術(shù)進步相結(jié)合，擯棄以大量消耗物質(zhì)資源為主要途徑的粗放型經(jīng)濟增長方式和企業(yè)發(fā)展道路。實現(xiàn)技術(shù)進步節(jié)能。