影響鉆井鉆速主要因素分析及提速提效方法研究

肖春福

摘 要：提高鉆井速度是我國東部老油田穩(wěn)產(chǎn)提效及加快西部深層復(fù)雜油氣藏勘探開發(fā)速度、安全鉆井、提高單井油氣產(chǎn)量、降低“噸油”成本、提高鉆探效益的迫切需要，也是提升鉆井工程技術(shù)服務(wù)核心競爭力的迫切需要。面對“深、低、海、非”勘探開發(fā)新形勢，在打成井的基礎(chǔ)上，如何用最高效經(jīng)濟的方式打快井、打好井是鉆井工程面臨的關(guān)鍵難題。

關(guān)鍵詞：鉆井提速提效 影響因素 提速方法

鉆井提速是鉆井技術(shù)水平的一個重要指標(biāo)，面臨“鉆速慢、周期長、成本高”的瓶頸，亟需明確影響鉆速的主要因素并采取針對性的提速提效技術(shù)。[1]

一、影響鉆速因素分析

影響鉆井鉆速的因素眾多，統(tǒng)計分析共有50多個因素，如同“齒輪系統(tǒng)”，每個因素都會影響鉆速，且復(fù)雜多變，總起來說可分為可控因素（技術(shù)水平+人為因素）和不可控因素（地層條件）兩大方面。

（一）人為因素

影響鉆速的人為因素主要包括：鉆井施工時的組織管理、現(xiàn)場操作和人員技能水平。

（二）地層條件

影響鉆速的地質(zhì)因素主要包括：地層壓實程度（埋深、抬升）、巖性（UCS、可鉆性、研磨性等）、地層傾角（造斜率）、地層非均質(zhì)性、復(fù)雜特殊地層（鹽、煤、斷層等）、地應(yīng)力（壓力系統(tǒng)）等。

（三）技術(shù)水平

鉆井技術(shù)也是影響鉆速的因素，主要與鉆機裝備與配套工具、破巖方式與破巖工具、鉆井（水力）參數(shù)優(yōu)選、鉆井方式（不同循環(huán)介質(zhì)）、鉆井液體系及性能、井身結(jié)構(gòu)與鉆具組合等密切相關(guān)。

二、提速提效技術(shù)措施

（一）鉆頭優(yōu)選與個性化設(shè)計

“鉆頭不到，油氣不冒”，鉆頭直接接觸地層，是影響鉆井破巖效率最直接、最關(guān)鍵的因素。近年來，設(shè)計更具針對性和個性化、切削齒材質(zhì)要求高、功能更全、增強鉆頭耐磨性、可導(dǎo)向性地層適應(yīng)性更強、PDC等新型鉆頭層出不窮，對于提升鉆井破巖能力起著至關(guān)重要的作用。

（二）最優(yōu)化鉆井（鉆井參數(shù)優(yōu)選）

鉆井參數(shù)表征鉆進(jìn)過程中可控因素（設(shè)備、工具、鉆井液以及操作條件）的重要性質(zhì)的量，如鉆頭類型、鉆井液性能參數(shù)、鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵壓、排量、鉆頭噴嘴直徑、鉆頭水功率等。鉆井參數(shù)優(yōu)選是指在一定的客觀條件下，根據(jù)不同參數(shù)配合時各因素對鉆進(jìn)速度和鉆頭壽命的影響規(guī)律，采用最優(yōu)化方法，選擇合理的鉆進(jìn)參數(shù)配合，使鉆進(jìn)過程達(dá)到最優(yōu)的技術(shù)和經(jīng)濟指標(biāo)。

（三）井下動力鉆具提速

目前復(fù)合鉆井成為鉆井提速的最常用方法之一，PDC+PDM復(fù)合鉆井方式已經(jīng)成為深層提速的主體技術(shù)之一。

（四）改變單一旋轉(zhuǎn)破巖方式

改變單一的鉆頭破巖方式，借助流體脈沖、高壓、粒子等，實現(xiàn)多種破巖方式集成。

（五）井底降壓提速

除地層巖石客觀因素和機械破巖以及射流輔助破巖以外，提高鉆井高效破巖的一個方法是降低井底壓差。欠平衡鉆井是指井筒環(huán)空中循環(huán)介質(zhì)的井底壓力低于地層孔隙壓力，允許地層流體有控制地進(jìn)入井筒并將其循環(huán)到地面進(jìn)行有效處理的鉆井技術(shù)。目前已經(jīng)形成了適用不同油氣藏類型和儲層特征的欠平衡鉆井技術(shù)系列。

（六）優(yōu)化減振降耗工具（減阻降扭）

地層不均質(zhì)性、鉆頭結(jié)構(gòu)形狀等因素引起B(yǎng)HA運動不均勻性及鉆頭載荷不定常性，導(dǎo)致鉆柱的動載和振動。鉆具振動三種類型，軸向、橫向及扭擺振動，其表現(xiàn)特征為跳鉆、渦動及粘滑。鉆柱的振動被確定為限制機械鉆速和進(jìn)尺提高最為顯著的因素之一（深井占比40%），將有效振動能量轉(zhuǎn)化為破巖能量，減振降耗，提高鉆頭破巖比能，是破巖工具的發(fā)展方向之一。代表性提速工具有扭力沖擊器、鉆柱減振增壓提速工具、衡扭矩工具、APS智能減振工具（AVD）、AVDT深井鉆井減振工具等

（七）提升鉆機裝備能力

通過應(yīng)用系列深井鉆機（70D–120D）及配套頂驅(qū)、大功率鉆井泵、注水泥泵和耐高壓防噴器等配套設(shè)備，滿足深井超深井鉆井需求。

（八）提高鉆速的鉆井液

現(xiàn)場試驗結(jié)果表明，優(yōu)化鉆井液提高機械鉆速效果顯著，并有效減少起下鉆過程中的阻卡情況，井徑規(guī)則。因此，通過研究鉆井液提高鉆速的作用機理，提出提高鉆速的處理劑分子結(jié)構(gòu)和鉆井液性能要求，研制能提高不同地層鉆速的處理劑新材料，形成針對不同地層能提高鉆速的水基鉆井液配套技術(shù)，并建立評價方法。

（九）優(yōu)化作業(yè)模式

工廠化作業(yè)是鉆完井作業(yè)模式的一次重大突破，已被推廣到頁巖氣等非常規(guī)油氣資源的開發(fā)中。一體化設(shè)計、井場布置;快速移動鉆機;同步作業(yè);遠(yuǎn)程決策;批量鉆/壓是助推未來非常規(guī)油氣高效開發(fā)的一大優(yōu)勢。

（十）基于大數(shù)據(jù)的鉆井綜合提速技術(shù)

基于大數(shù)據(jù)的鉆井綜合提速技術(shù)根據(jù)實際開發(fā)經(jīng)驗總結(jié)而成的高效分析工具，所需要的鉆井?dāng)?shù)據(jù)都是客戶已有數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)模式分析，基于客觀的鉆井?dāng)?shù)據(jù)和事實，無需客戶花費額外的成本去收集新數(shù)據(jù)，所提出的解決方案通常是成本低廉并且提速效果突出。

三、結(jié)語

提速提效不是簡單的提高鉆速，其最終目的是縮短鉆井周期、降低噸油成本。上文提出的直接提速常規(guī)技術(shù)包括但不限于以上十類直接提速方法，并且在鉆井過程中除了技術(shù)應(yīng)用外最關(guān)鍵直接提速措施是抓好生產(chǎn)組織與管理提速。

參考文獻(xiàn)

[1]張建闊.硬地層同軌道錐形齒PDC鉆頭研究與應(yīng)用[J].中外能源.201，10（2）：52—56.