淺析石油鉆井的鉆頭選擇及鉆井液確定

新吉樂(lè)夫

【摘要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們?cè)谏a(chǎn)及日常生活的過(guò)程中，對(duì)石油能源的需求量呈現(xiàn)出了日益增長(zhǎng)的趨勢(shì)，雖然隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，世界各國(guó)對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)與利用也得到了不斷的發(fā)展，但由于受到各種條件的限制，現(xiàn)階段新能源仍無(wú)法完全取代石油能源的作用。石油鉆井作為石油開(kāi)發(fā)、石油勘探工作的重要環(huán)節(jié)，在獲得油田的開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)、地質(zhì)資料勘察以及證明油氣構(gòu)造的工作過(guò)程中具有基礎(chǔ)性作用。本文主要闡述了石油鉆井鉆頭的類(lèi)型、鉆井液的類(lèi)型，并在此基礎(chǔ)上對(duì)石油鉆井工作中的鉆頭選擇及鉆井液確定環(huán)節(jié)作了淺要的分析。

【關(guān)鍵詞】石油；鉆井；鉆頭選擇；鉆井液確定；淺析

石油鉆井工作在石油開(kāi)發(fā)、石油勘探工作中發(fā)揮著基礎(chǔ)性的作用，在收集地質(zhì)資料、收集開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)、證明石油構(gòu)造等方面，石油鉆井作業(yè)必不可少。石油鉆井工作的速度對(duì)石油開(kāi)發(fā)成本、產(chǎn)出效益起著決定性的作用。當(dāng)前，石油資源短缺已成為一個(gè)世界性問(wèn)題，在這樣的背景下，不斷提高石油鉆井技術(shù)的研究力度，從而保證石油鉆井的質(zhì)量顯得尤為重要。

1.鉆頭、鉆井液

鉆頭是進(jìn)行石油鉆井工作的重要工具之一，鉆頭是否適應(yīng)巖石性質(zhì)及其質(zhì)量的好壞，在選用鉆井工藝方面起著非常重要的作用，特別是對(duì)鉆井質(zhì)量、鉆探速度、鉆井成本方面產(chǎn)生著巨大的影響，而鉆井液的確定會(huì)對(duì)石油鉆井的效益產(chǎn)生一定的影響。應(yīng)當(dāng)將石油鉆井工作的具體情況作為立足點(diǎn)，對(duì)鉆頭、鉆井液有一個(gè)全面的了解，在具體的鉆井工作中科學(xué)選擇鉆頭、合理確定鉆井液，從而提高石油鉆井的工作效率、工作質(zhì)量，才能使石油鉆井更好地發(fā)揮自身的價(jià)值，為促進(jìn)石油事業(yè)的發(fā)展作出一定的貢獻(xiàn)。

1.1鉆頭

鉆頭是鉆井設(shè)備的主要組成部分，其主要作用是破粹巖石、形成井眼。旋轉(zhuǎn)鉆頭是目前石油行業(yè)普遍使用的鉆頭，在機(jī)械的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)鉆頭會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)整個(gè)鉆頭產(chǎn)生向心運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)侵削、研磨使巖石發(fā)生裂痕并破碎，起到向下鉆探的作用。鉆頭是主要的鉆井設(shè)備之一，根據(jù)工作環(huán)境、地域環(huán)境的不同，鉆頭的規(guī)格、形狀也應(yīng)當(dāng)有所不同，在進(jìn)行石油鉆井工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)以具體需要、具體設(shè)計(jì)方案為根據(jù)，合理地、科學(xué)地選擇鉆頭。

1.2鉆井液

在進(jìn)行石油鉆井工作的過(guò)程中，鉆井液是必不可少的介質(zhì)，其主要作用是在鉆井過(guò)程中清理、沖洗井底，將在巖石破粹過(guò)程中所產(chǎn)生的鉆探巖屑、塵屑帶到地面，并對(duì)鉆頭進(jìn)行冷卻、潤(rùn)滑，平衡地層壓力、井壁壓力，從而保證鉆井工作的順利進(jìn)行，也被稱(chēng)為鉆孔沖洗液、鉆井泥漿、洗井液。按照成分的不同對(duì)鉆井液進(jìn)行劃分，主要有空氣霧化鉆井液、泥漿鉆井液、清水鉆井液（無(wú)固相聚合物鉆井液）與天然高分子鉆井液等種類(lèi)。清水鉆井液、泥漿鉆井液是石油鉆井工作中較為常見(jiàn)的鉆井液。

2.鉆頭分類(lèi)及選擇

目前石油行業(yè)使用的鉆頭有很多種類(lèi)，以不同的鉆進(jìn)方式為根據(jù)對(duì)鉆頭進(jìn)行分類(lèi)，可以將其分為金剛石鉆頭、牙輪鉆頭與刮刀鉆頭，這三種鉆頭是最基本的鉆頭形式。在這三種鉆頭中，在石油鉆探工作中應(yīng)用最為普遍、最為廣泛的一種是牙輪鉆頭，其應(yīng)用程度也比較深。將這三種鉆頭進(jìn)行對(duì)比，使用范圍最小的一種鉆頭是刮刀鉆頭。本文主要介紹的是金剛石鉆頭與牙輪鉆頭。

2.1金剛石鉆頭及選擇

切削刃使用的是金剛石材料的鉆進(jìn)刀具就是金剛石鉆頭，金剛石鉆頭的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠適應(yīng)研磨性較高、地質(zhì)較硬的地層，切割性能也比較優(yōu)良。在高速鉆探方面具有非常顯著的優(yōu)勢(shì)。以所適應(yīng)地層的差異為根據(jù)，可以將金剛石鉆頭分為普通金剛石鉆頭、聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭兩大類(lèi)。在這兩大類(lèi)之中，普通金剛石鉆頭適用于研磨性較高、地質(zhì)較硬、地質(zhì)復(fù)雜的地層；聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭能夠被廣泛的應(yīng)用于硬質(zhì)地層、軟質(zhì)地層、軟硬適中的地層，其應(yīng)用范圍十分廣泛。刀片的不同是這兩種金剛石鉆頭的主要差別所在。聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭主要有四個(gè)組成部分，即金剛石復(fù)合片、噴嘴、胎體以及鉆頭體；普通金剛石鉆頭主要有四個(gè)組成部分，即金剛石顆粒、噴嘴、胎體以及鉆頭體。

因?yàn)榻饎偸@頭的切割性能比較優(yōu)良，因此在選擇金剛石鉆頭當(dāng)做石油鉆井工具時(shí)，能夠高速鉆探，也能夠在一定程度上擴(kuò)大鉆深。在使用金剛石鉆頭進(jìn)行石油鉆井作業(yè)的過(guò)程中，需要高度注意的有以下幾個(gè)方面：第一，金剛石鉆頭的價(jià)格比較高，因此在使用時(shí)應(yīng)小心操作，降低損壞程度；第二，金剛石鉆頭在熱穩(wěn)定性方面具有一定的缺陷，因此在使用時(shí)要保證鉆頭的冷卻性能、清洗情況；第三，其質(zhì)地比較脆，因此金剛石鉆頭的抗沖擊性能會(huì)比較差，應(yīng)該嚴(yán)格按照金剛石鉆頭的相關(guān)規(guī)程來(lái)進(jìn)行嚴(yán)格的、規(guī)范的操作。

2.2牙輪鉆頭及選擇

以牙輪鉆頭的結(jié)構(gòu)為依據(jù)，可以將其分為水眼、軸承、巴掌、牙輪以及鉆頭體這五個(gè)部分。如果是密封噴射式的牙輪鉆頭，在一般情況下還包括儲(chǔ)油補(bǔ)償系統(tǒng)這一部分。螺紋一般會(huì)在牙輪鉆頭的上部，鉆柱與螺紋進(jìn)行相互連接，鉆頭下部會(huì)存在牙輪，其上帶有三個(gè)巴掌，牙輪軸上裝上牙輪，牙輪軸與各個(gè)牙輪之間裝有軸承，牙輪會(huì)通過(guò)其自身所帶的切削齒進(jìn)行破碎巖石工作。鉆井液的通道就是鉆頭的水眼。在進(jìn)行石油鉆井工作的過(guò)程中，通過(guò)鉆進(jìn)過(guò)程中的橫向剪切作用、縱向振動(dòng)作用，牙輪鉆頭會(huì)實(shí)現(xiàn)破碎巖石的目的，從而能夠提升鉆井速度。

在選擇牙輪鉆頭當(dāng)做石油鉆井工具時(shí)，需要按照鉆井設(shè)備的實(shí)際情況、地層的實(shí)際條件以及相鄰油井的地質(zhì)資料、地層資料來(lái)進(jìn)行牙輪鉆頭的選型。在進(jìn)行選擇時(shí)，需要考慮的問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn)：首先，應(yīng)考慮鉆井地層中的軟硬交錯(cuò)情況是否存在；其次，應(yīng)考慮在石油鉆井工作中是否需要防斜鉆進(jìn)、曲線作業(yè)；再次，應(yīng)考慮同一油井中的不同鉆進(jìn)井段的實(shí)際深淺情況；最后，應(yīng)考慮鉆井地質(zhì)、地層的可研磨性以及軟硬程度。

3.鉆井液分類(lèi)及鉆井液確定

3.1鉆井液的分類(lèi)

鉆井液的主要作用是在鉆井過(guò)程中清理、沖洗井底，將在巖石破粹過(guò)程中所產(chǎn)生的鉆探巖屑、塵屑帶到地面，并對(duì)鉆頭進(jìn)行冷卻、潤(rùn)滑，平衡地層壓力、井壁壓力，從而保證鉆井工作的順利進(jìn)行。隨著鉆井種類(lèi)的增多，鉆井技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，鉆井液的種類(lèi)也得到了不斷的增多。當(dāng)前對(duì)鉆井液進(jìn)行分類(lèi)時(shí)所采用的重要分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)是“相”。以“相”為標(biāo)準(zhǔn)可以將鉆井液分為惰性固相鉆井液、活性固相鉆井液以及液相鉆井液這三大類(lèi)。第一，惰性固相鉆井液主要包括加重材料、鉆屑等，惰性固相鉆井液對(duì)特殊地質(zhì)具有比較高的適應(yīng)性；第二，活性固相鉆井液主要包括油基鉆井液中所加入的有機(jī)膨潤(rùn)土或者是在進(jìn)行石油鉆井過(guò)程中所加入的膨潤(rùn)土、造漿粘土，活性固相鉆井液能夠被廣泛地應(yīng)用于碎裂性地質(zhì)的鉆井作業(yè)中；第三，液相鉆井液主要包括清水類(lèi)鉆井液與油質(zhì)類(lèi)鉆井液，液相鉆井液具有清洗、潤(rùn)滑、降溫的功能，在石油鉆井中是最為常見(jiàn)的一種鉆井液類(lèi)型。應(yīng)該按照實(shí)際使用需求進(jìn)行鉆井液的配置工作，從而獲得不同性能的、能夠適應(yīng)不同地層地質(zhì)的鉆井液，如在鉆井液中添加合適的添加劑，調(diào)整鉆井液中活性固相的分散狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)鉆井液性能的目的。

3.2鉆井液確定

在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，鉆井液的確定對(duì)于保證石油鉆井的可靠性、經(jīng)濟(jì)性具有重要的作用，鉆井液的確定存在著很多的影響因素，也具有很多層面，近年來(lái)，欠平衡鉆井技術(shù)得到了快速的發(fā)展，鉆井液確定中其密度的確定成為了關(guān)鍵所在。鉆井液密度確定過(guò)程主要包括地層孔隙壓力、環(huán)空消耗、最終密度的計(jì)算、確定。第一，地層孔隙壓力。采用不同的壓力檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)，所獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也有非常明顯的不同，誤差高達(dá)百分之十。特別是在進(jìn)行深井鉆井時(shí)，計(jì)算誤差在很大程度上超過(guò)負(fù)壓差值。在計(jì)算誤差這一方面來(lái)看，dc指數(shù)法、C指數(shù)法以及聲波時(shí)差法等無(wú)法保證鉆井液密度確定的準(zhǔn)確性。地層孔隙壓力，由油藏地質(zhì)工程于勘探過(guò)程中所提供的，主要包括MFT測(cè)試壓力、試油靜壓以及鉆桿測(cè)試壓力，在確定具體的井壓時(shí)應(yīng)該以油層的深度為根據(jù)予以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在探井過(guò)程中，應(yīng)以隨鉆時(shí)得到的試井?dāng)?shù)據(jù)為主要根據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算，從而獲得地層孔隙壓力。第二，環(huán)空消耗。鉆井液密度確定與環(huán)空壓耗具有直接相關(guān)的關(guān)系。在普通的近平衡、過(guò)平衡鉆井現(xiàn)場(chǎng)，在一般情況下，會(huì)根據(jù)噴射鉆井所使用的最大鉆頭的水功率來(lái)設(shè)計(jì)泵的排量，在這樣的前提條件下，鉆井液循環(huán)可以基本達(dá)到紊流狀態(tài)。對(duì)欠平衡鉆井來(lái)說(shuō)，為提高井控的可靠度，從而有效地避免紊流狀態(tài)對(duì)裸眼油氣層所產(chǎn)生的沖刷作用，欠平衡鉆井液不能有過(guò)大的排量，應(yīng)該要使欠平衡鉆井液的流動(dòng)狀態(tài)保持在層流狀態(tài)。第三，鉆井液最終密度的計(jì)算與確定。鉆井液密度的數(shù)值等于：地層孔隙壓力減去井底負(fù)壓設(shè)計(jì)值再減去環(huán)空壓耗所得出的差再乘以102得出的乘積除以鉆井的深度。

結(jié)語(yǔ)

石油鉆井工作的鉆頭選擇直接影響著鉆井質(zhì)量、鉆井效率以及油井建成后的管理難度，因此，在對(duì)鉆頭進(jìn)行選擇的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)以鉆井地質(zhì)、地層的實(shí)際情況以及工程的實(shí)際需要為主要根據(jù)來(lái)合理地進(jìn)行選擇。鉆井液的確定對(duì)于石油鉆井工作是否能夠順利進(jìn)行、鉆井的可靠性具有非常重要的意義，因此，應(yīng)以正確算例作為主要根據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上與鉆井地質(zhì)、地層的實(shí)際情況相結(jié)合進(jìn)行計(jì)算，從而保障鉆井液確定的準(zhǔn)確性、合理性。綜上所述，本文主要對(duì)石油鉆井的鉆頭選擇以及鉆井液確定作了淺要的分析，望對(duì)相關(guān)研究與石油鉆井實(shí)踐有所幫助。

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