最優(yōu)化鉆井技術(shù)在陜北石油鉆井中的應(yīng)用與推廣

張憲

摘 要：本文結(jié)合陜北石油鉆井實(shí)際情況，深刻討論了最優(yōu)化鉆井的基本理論，從鉆井的井身結(jié)構(gòu)、水力參數(shù)、泥漿性能、鉆壓、以及鉆頭類(lèi)型等方面分析了陜北石油鉆井施工中最優(yōu)化鉆井的設(shè)計(jì)程序，提出了今后陜北石油鉆井中發(fā)展的方向。

關(guān)鍵詞：陜北地區(qū)；最優(yōu)化鉆井；鉆井參數(shù)

一、最優(yōu)化鉆井設(shè)計(jì)程序

首先在充分掌握陜北地區(qū)所有地質(zhì)鉆井資料的基礎(chǔ)上，按照平衡鉆井技術(shù)要求，確定該井的地質(zhì)分層深度、井段的泥漿密度、測(cè)定和繪制破裂壓力以及地層孔隙壓力的梯度曲線，優(yōu)選井身結(jié)構(gòu)參數(shù)并設(shè)計(jì)各層套管柱的強(qiáng)度。其次，分析參考井的水力參數(shù)，設(shè)計(jì)井的泥漿泵效率和井身結(jié)構(gòu)，優(yōu)選水力參數(shù)。再次，根據(jù)以前鉆井中收集整理的資料，通過(guò)成本分析，選定鉆井成本最低的鄰近井作為設(shè)計(jì)的主要參考井，參照參考井的相應(yīng)措施和鉆井承包商的投標(biāo)資料，具體分析最大泵壓排量對(duì)鉆井成本的影響和各類(lèi)鉆頭的起下鉆時(shí)間，優(yōu)選鉆機(jī)類(lèi)型。次之，綜合分析設(shè)計(jì)井的水力參數(shù)和泥漿性能對(duì)鉆井工作的影響，調(diào)整最優(yōu)泥漿性能和水力參數(shù)。最后，根據(jù)參考井的鉆頭使用情況，優(yōu)選鉆頭類(lèi)型和相應(yīng)的鉆壓。

二、優(yōu)選井身結(jié)構(gòu)

根據(jù)抽汲壓力允差和地層孔隙壓力梯度，確定各井段的最小泥漿密度；根據(jù)壓力激動(dòng)允差、井眼穩(wěn)定等工程附加量和井內(nèi)最大泥漿密度，確定施工泥漿密度，并繪制井內(nèi)壓力梯度曲線，其中技術(shù)套管應(yīng)下的適易深度為地層破裂壓力梯度與井內(nèi)壓力梯度曲線的交點(diǎn)。從陜北地區(qū)鉆孔的深度分析，一般鉆孔深度在2000m以?xún)?nèi)，為低滲透油層，因此，從油井的鉆井費(fèi)用、出油率、安全性等方面綜合考慮，優(yōu)選全套管井的典型井身結(jié)構(gòu)。

三、優(yōu)選泥漿性能

泥漿性能是影響鉆井速度、確保鉆井作業(yè)安全的重要因素。從理論上分析，泥漿的性能與鉆速之間有著密不可分的影響，其中泥漿密度對(duì)鉆速的影響最大，密度越高則鉆速越慢。在實(shí)際作業(yè)中，泥漿粘度主要通過(guò)攜帶巖屑、清洗井底和改變循環(huán)壓等作用間接影響鉆速，但在增加泥漿粘度的同時(shí)也提高了泥漿攜帶巖屑的能力。在泥漿性能選擇中，務(wù)必選用剪切稀釋特性較強(qiáng)，且粘度隨著剪切速率的增加而相應(yīng)下降的泥漿。在鉆頭水眼噴向井底時(shí)，這種泥漿的粘度很低，有利于提高鉆速，清洗井底，一旦進(jìn)入環(huán)形空間以后，泥漿的粘度隨著剪切速率的下降而大幅度升高，泥漿攜巖能力隨之提高。

因?yàn)殂@井泥漿是具有符合冪律模式的假塑性液體，所以在優(yōu)選泥漿的流變性能時(shí)務(wù)必根據(jù)稠度系數(shù)和流性指數(shù)。增加稠度系數(shù)則可提高泥漿的攜巖能力，減小流性指數(shù)可提高泥漿的剪切稀釋性能，為了得到最優(yōu)的泥漿，務(wù)必選用具有最優(yōu)稠度系數(shù)和流性指數(shù)的泥漿。

四、優(yōu)選水力參數(shù)

水力參數(shù)的選擇對(duì)于鉆進(jìn)速度的影響較大，涉及泥漿流變學(xué)和環(huán)空水力學(xué)等知識(shí)。其中探討巖屑的滑落和攜帶以及巖屑濃度對(duì)鉆井的影響，對(duì)提高機(jī)泵的工作參數(shù)以及機(jī)泵進(jìn)行噴射鉆進(jìn)具有重要的意義。實(shí)踐證明，當(dāng)最大環(huán)隙的上返流速在0.5-1m/s之間時(shí)，沖洗液的流態(tài)為紊流，并且攜帶巖粉的效果最佳。所以，在實(shí)際作業(yè)中，務(wù)必要求沖洗液的上返速度大于0.5m/s。其中，最優(yōu)的上返流速為0.75m/s，泵量為1200L/min。

五、優(yōu)選鉆頭類(lèi)型

在具體作業(yè)中，鄰近井的鉆頭資料越多，各項(xiàng)記錄就越精確可靠，從而優(yōu)選鉆頭的準(zhǔn)確性也越高。鉆進(jìn)速度（機(jī)械鉆速或行程鉆速）、鉆頭進(jìn)尺以及鉆頭單位進(jìn)尺成本是分析鉆頭工作效益的主要對(duì)比指標(biāo)。由于成本指標(biāo)全面反映鉆頭工作的經(jīng)濟(jì)效益，所以在鉆頭類(lèi)型選擇中一般采用成本指標(biāo)作為鉆頭工作效益評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。其公式為C=〔B+R（T+t）〕/F（元/m）。其中C為鉆頭單位進(jìn)尺成本；B為鉆頭成本；T為鉆頭工作時(shí)間；t為起下鉆時(shí)間；R為鉆機(jī)作業(yè)費(fèi)；F為鉆頭進(jìn)尺。

由于地層不同，作業(yè)中所優(yōu)選的鉆頭類(lèi)型也不相同，并且在鉆頭類(lèi)型選擇時(shí)，務(wù)必考慮鉆頭的齒型，在陜北石油鉆井中，鉆頭主要采用鑲齒鉆頭，并且在硬地層選擇球形齒，在中硬地層選擇楔形齒，在軟地層選擇瓢形齒和楔形齒。

六、優(yōu)選鉆壓

在井底清洗良好的條件下，機(jī)械鉆速與與轉(zhuǎn)速的幕成正比，與鉆壓成正比。

在石油鉆井工程中，鉆壓主要來(lái)自于鉆挺加壓，鉆具組合中的點(diǎn)務(wù)必落在最上面的鉆挺上，使鉆桿處于受拉狀態(tài)，實(shí)踐證明當(dāng)鉆挺的總質(zhì)量為最大鉆壓的1.2-1.3倍之間時(shí)，才能達(dá)到鉆頭以體積方式破巖。

結(jié)論：最優(yōu)化鉆井技術(shù)是實(shí)現(xiàn)科學(xué)鉆井的重要手段，但由于各地區(qū)的地質(zhì)條件千差萬(wàn)別，所以務(wù)必根據(jù)本地區(qū)油田的基本情況全面收集資料，進(jìn)行準(zhǔn)確的理論計(jì)算，這樣才能適應(yīng)本地區(qū)的鉆井情況，同時(shí)大力加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，不斷提高鉆井技術(shù)人員和工人的技術(shù)素質(zhì)，為陜北地區(qū)普遍推廣最優(yōu)化鉆井技術(shù)創(chuàng)造必要的條件。

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