伊拉克米桑油田定向鉆井水力參數(shù)優(yōu)化分析

張　帆，王勝翔，林　楓，王小文

(1.中國海洋石油伊拉克有限公司，北京100010；2.中國石油大學石油工程教育部重點實驗室，北京102249)

伊拉克米桑油田定向鉆井水力參數(shù)優(yōu)化分析

張帆*1，王勝翔1，林楓1，王小文2

(1.中國海洋石油伊拉克有限公司，北京100010；2.中國石油大學石油工程教育部重點實驗室，北京102249)

井眼凈化始終是斜井鉆井中的關鍵問題之一。為了使現(xiàn)場的工程技術人員較準確地確定井眼清洗水力參數(shù)和施工參數(shù)，達到指導實際施工的目的，利用WELLPLAN商用軟件對相同尺寸井眼下不同井斜設計時進行水力參數(shù)計算，闡明了井斜角對井底鉆井液循環(huán)當量密度（ECD）的影響規(guī)律。

井斜角；WELLPLAN；井底ECD

進行水力參數(shù)優(yōu)化，選擇合適的排量，可以保證井眼清潔，避免發(fā)生復雜事故。相同鉆具組合和鉆井液性能下，隨著井斜角的增加，保持井眼清潔的最小排量增加；因循環(huán)壓耗的增加，達到最大泵壓時的最大排量減小。井底當量泥漿密度（ECD）隨環(huán)空壓耗的增加而增大，當排量選擇不合理時有可能壓漏地層。在不同井斜設計下，選擇多大的排量，對井底ECD的具體影響如何是現(xiàn)場較為關心的問題。伊拉克某油田在進行定向井設計時，根據(jù)實際施工的可能情況，設計了不同造斜率（15°，20°，25°，30°，35°，40°）。本文利用LANDMARK商用軟件的WELLPLAN模塊對不同井斜角下排量進行優(yōu)化分析，并給出了相應排量下的井底ECD圖版，有利于指導現(xiàn)場施工。

1　理論基礎

水力參數(shù)優(yōu)化設計依賴于計算精度較高的水力參數(shù)設計分析軟件，哈里伯頓公司研發(fā)的LANDMARK鉆井工程軟件的WELLPLAN模塊在我國得到廣泛使用。其WELLPLAN模塊在進行水力參數(shù)設計時，一般步驟為：

（1）根據(jù)環(huán)空返速或者巖屑濃度要求確定最小排量。

（2）根據(jù)達到最大泵壓的條件確定最大排量。

（3）根據(jù)最大射流沖擊力、最大鉆頭水功率等優(yōu)選排量。

鉆井液的當量循環(huán)密度(Equivalent Circulating Density，簡寫為ECD)可以定義為鉆井液的當量靜態(tài)密度與鉆井液流動造成的環(huán)空壓耗當量密度之和：

式中：ρ——鉆井液密度；

ρa——巖屑密度；

Ca——環(huán)空巖屑濃度，%；

Δp——環(huán)空壓耗。

2　WELLPLAN在伊拉克米桑油田某一口井的水力參數(shù)設計計算

伊拉克某油田根據(jù)實際情況設計了穩(wěn)斜段井斜角為15°，20°，25°，30°，35°，40°六種雙增型井眼軌道。設計軌道的造斜點均取自1750m到1900m，穩(wěn)斜段大體為2000m到2976m。

井身結構見表1。

表1　井身結構設計

所用鉆進參數(shù)見表2。

本文以 12-1/4″(2072～28012m)為例，利用WELLPLAN進行水力參數(shù)優(yōu)化，計算模式均采取賓漢模式。

表2　鉆進參數(shù)設計

在相同噴嘴組合、鉆井液性能、鉆進參數(shù)（鉆速、轉速）和鉆具組合下，隨井斜角增加，攜巖變得越來越困難，最小排量逐漸增加。保持井眼清潔前提下，最小排量隨井斜角度增大依次為：1372,1413,1453,1494, 1534,1575L/min。

鉆井現(xiàn)場多采用F-1600泥漿泵，沖數(shù)為120沖/min時，額定泵壓25.5MPa，額定功率1176kW，缸套直徑170mm，額定排量41.51L/s。隨著排量的增加，循環(huán)總壓耗增加，當立管壓力達到額定泵壓時的排量為最大允許排量。在相同噴嘴組合、鉆井液性能、鉆進參數(shù)（鉆速、轉速）和鉆具組合下，隨著井斜角增大，最大排量依次減小，但彼此間相差不大。最大允許排量隨井斜角的變化如圖1所示。

圖1　最大允許排量隨井斜角的變化

其泵壓、環(huán)空壓耗和井底ECD變化如圖2、圖3所示。

圖2　泵壓隨井斜角的變化

相同噴嘴組合及排量下，隨著井斜角增大，泵壓和環(huán)空壓耗略有增加，井底環(huán)空ECD基本不變（因環(huán)空壓耗變化不大，相同鉆井液密度下，井底環(huán)空當量密度ECD變化極?。?。

圖3　環(huán)空壓耗和井底ECD隨井斜角的變化

依次對17-1/4″和8-1/2″井眼進行分析，發(fā)現(xiàn)相同規(guī)律（相同井眼尺寸下，不同的井斜角采用相同的排量）。不同井眼尺寸的井底ECD隨井斜角變化如圖4所示。

圖4　不同井眼尺寸的井底ECD隨井斜角變化

對不同井斜角下井底ECD進行匯總，可得出以下結論：

（1）同一井眼尺寸下，隨著井斜角增加，井底ECD緩慢增加。

（2）同一井斜角下，隨著井眼尺寸的減小，井底ECD增加幅度增大。

（3）在保持井眼清潔前提下，同一井眼尺寸、垂深，在泥漿性能相同、鉆具組合相同的條件下，影響井底ECD的主要因素為井眼長度：隨井斜角增大，井眼長度增加導致井底ECD緩慢增加。

（4）總的來說，井斜角對井底ECD的影響不顯著。

3　結束語

對伊拉克米桑油田某設計井而言，在井斜角0°～40°范圍內(nèi)，采用相同的鉆具組合、泥漿性能、鉆進參數(shù)及排量時，井斜角對井底ECD影響不大。

[1]華遠信，張桂強，朱偉鴻，等．COMPASS、WELLPLA軟件在鉆井設計和施工中的應用[J].西南石油學院學報2004，26(1).

[2] 韓志勇.定向井設計與計算［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1995.

[3]Luo,Yuejin,P.A.Bern,D.B.Chambers,BP Exploration.Simple Charts to Determine Hole Cleaning Requirements in Deviated Wells.IADC/SPE 27486.

TE243

A

1004-5716(2015)07-0081-03

2014-07-23

2014-07-23

張帆（1985-），男（漢族），山東聊城人，工程師，現(xiàn)從事油氣田鉆井技術工作。