復(fù)雜地層鉆井鉆速影響因素及防斜打直技術(shù)研究

呂海東

[摘 要]鉆井過(guò)程中，同一構(gòu)造不同井位的相同深度所需鉆時(shí)差異較大，這其中除了地層特性影響鉆速外，另外一個(gè)主要原因是鉆井工程師所實(shí)施的鉆井參數(shù)也對(duì)鉆時(shí)高低起著決定性作用。 當(dāng)前在對(duì)鉆速評(píng)價(jià)過(guò)程中，往往是把鄰井實(shí)鉆資料進(jìn)行對(duì)比分析，這方法對(duì)新勘探的區(qū)塊來(lái)說(shuō)缺乏足夠數(shù)據(jù)進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，對(duì)于老區(qū)塊來(lái)說(shuō)以往的鉆井作業(yè)不能代表較好的施工技術(shù)。 因此，文章對(duì)鉆井參數(shù)、鉆具組合以及井下安全等因素進(jìn)行研究，應(yīng)用了一個(gè)新的方法對(duì)鉆井性能進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，新評(píng)價(jià)方法建議在不影響安全鉆進(jìn)的前提下通過(guò)優(yōu)化鉆井參數(shù)來(lái)提高機(jī)械鉆速，從而更加有效的評(píng)價(jià)了鉆井性能，同時(shí)提高了鉆井效率、節(jié)約了鉆井成本，更與現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際要求相吻合，能達(dá)到提速增效的目標(biāo)。

[關(guān)鍵詞]鉆井；技術(shù)條件；參數(shù)；機(jī)械鉆速；提速增效

中圖分類(lèi)號(hào)：S394 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）04-0045-01

鉆井技術(shù)條件和參數(shù)影響著機(jī)械鉆速。在鉆進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)優(yōu)化鉆井液性能、鉆壓、轉(zhuǎn)速以及水功率等可控制因素提高機(jī)械鉆速。在施工過(guò)程中，通過(guò)優(yōu)選可控鉆井因素來(lái)提高機(jī)械鉆速、縮短作業(yè)時(shí)間及減少成本，在一定鉆井條件下，每個(gè)可控鉆井參數(shù)都存在著最大和最小的實(shí)際操作極限，在保證整個(gè)井段安全鉆進(jìn)前提下這些限制因素才能實(shí)施。為此，本文分析了鉆井液密度、鉆壓、轉(zhuǎn)速和排量對(duì)機(jī)械鉆速的影響，并確定了合理的實(shí)施參數(shù)，較好地指導(dǎo)了最佳機(jī)械鉆速的安全實(shí)施。

一、鉆井液性能

流體性質(zhì)是鉆井優(yōu)化中最重要的參數(shù)。鉆井液密度對(duì)機(jī)械鉆速產(chǎn)生重要的影響，它與鉆速成反比，即當(dāng)量循環(huán)密度越小機(jī)械鉆速越大，減小當(dāng)量循環(huán)密度的最有效的途徑是降低鉆井液密度，其次為減小黏度。因此，鉆井液密度降低的下限考慮因素：（1）地層流體流入井筒的速度與井底壓差有關(guān)，負(fù)壓差過(guò)大，易造成井噴。（2）鉆井液密度過(guò)小，易造成井壁失穩(wěn)，井壁巖石掉快甚至垮塌，掩埋鉆具；鉆井液密度過(guò)大會(huì)導(dǎo)致地層破裂，大量的鉆井液漏失。在滲透性地層鉆進(jìn)時(shí)，如果靜液柱壓力小于地層孔隙壓力時(shí)，地層流體將流入井筒。這時(shí)設(shè)計(jì)的最低液柱壓力應(yīng)略高于地層孔隙壓力，因此，防止溢流的最小鉆井液密度為：

二、鉆壓

鉆壓也是影響機(jī)械鉆速的一個(gè)重要因素，如果井底凈化完善，在通常情況下機(jī)械鉆速隨著鉆壓的增加而增大，然而鉆壓不能超過(guò)其上限，下面兩個(gè)臨界條件決定著鉆壓的上限值：

（1）減少鉆頭使用數(shù)量少，降低鉆進(jìn)成本最低；（2）鉆進(jìn)中避免鉆桿超過(guò)其縱向彎曲載荷。前一因素為鉆井操作費(fèi)用最低，這是滿(mǎn)足鉆井成本效益的最基本需求。由于鉆井過(guò)程中鉆壓取值有一定范圍，通常最小成本鉆壓不能確保鉆速趨于最大值。因此，如果要達(dá)到最大機(jī)械鉆速，將不會(huì)滿(mǎn)足每米鉆進(jìn)成本最低要求。在鉆前施工設(shè)計(jì)中，如果在擁有足夠數(shù)據(jù)的前提下建立鉆壓、轉(zhuǎn)速與鉆頭使用費(fèi)用關(guān)系圖標(biāo)，然后利用圖解方法可以確定最小成本的鉆壓與轉(zhuǎn)速。如果最低成本鉆壓超過(guò)了鉆桿臨界縱向彎曲載荷，這時(shí)鉆壓應(yīng)該減少至鉆桿的臨界縱向彎曲載荷模型如下：

四、鉆井液排量

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明在鉆頭水功率達(dá)到使井底凈化完善前，機(jī)械鉆速隨水功率的增加而增大，隨后再增大水功率，機(jī)械鉆速基本無(wú)增大的趨勢(shì)。因此，鉆井液排量需要達(dá)到鉆頭底部巖屑完全凈化值。然而，這值可能不會(huì)完全把巖屑攜出井口，需要提高排量來(lái)阻止斜井和水平井中巖屑床的形成，通過(guò)建立環(huán)空流速圖表，在圖標(biāo)中輸入已知井斜，然后做相交線(xiàn)即可得到滿(mǎn)足攜巖要求的流速（見(jiàn)圖1）。

五、結(jié)論

（1）降低鉆井液密度是提高機(jī)械鉆速的有效途徑之一，但選用最小鉆井液密度時(shí)要防止地層溢流和井壁發(fā)生垮塌，否則難以保證井段或?qū)游话踩@進(jìn)技術(shù)的成功實(shí)施。（2）優(yōu)選鉆壓和轉(zhuǎn)速時(shí)不但要到達(dá)提高機(jī)械鉆速的要求，同時(shí)要保證減少鉆頭使用數(shù)量，減少不必要的起下鉆次數(shù)，滿(mǎn)足鉆頭使用成本最低、鉆井成本最小的目標(biāo)，此外，在優(yōu)化鉆具組合時(shí)，要考慮在一定的鉆壓—轉(zhuǎn)速—鉆具組合結(jié)構(gòu)的條件下，保證鉆進(jìn)過(guò)程中鉆具不產(chǎn)生屈曲、穩(wěn)定性好的要求。（3）優(yōu)選合理的水力學(xué)參數(shù)，建立水力學(xué)參數(shù)與機(jī)械鉆速的關(guān)系，在一定的鉆頭水功率條件下分析井底是否凈化完善，在此前提下選擇最優(yōu)排量。（4）在鉆進(jìn)過(guò)程中，如果鉆井液性能—鉆壓—轉(zhuǎn)速—鉆具結(jié)構(gòu)—鉆頭水力學(xué)參數(shù)在滿(mǎn)足實(shí)際操作條件下的最優(yōu)值，則可以達(dá)到在技術(shù)限制條件下安全鉆進(jìn)的最佳機(jī)械鉆速。

參考文獻(xiàn)

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