導(dǎo)向鉆井工具綜合優(yōu)選模型及其應(yīng)用

楊玉貴 劉兆年

(中海油研究總院有限責(zé)任公司， 北京 100027)

常用的定向井鉆井導(dǎo)向方式主要有滑動(dòng)導(dǎo)向和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向?；瑒?dòng)導(dǎo)向鉆井比較成熟，在油田開發(fā)中應(yīng)用廣泛，而旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)需租賃國外服務(wù)公司的工具及服務(wù)[1-4]。相較而言，滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井日費(fèi)較低，但其機(jī)械鉆速較低，鉆井效率不高；旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)租賃成本較高，但其機(jī)械鉆速高，鉆井效率也相對(duì)較高。在定向井開發(fā)中，選用滑動(dòng)導(dǎo)向還是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向，需要根據(jù)實(shí)際鉆井情況進(jìn)行優(yōu)選[5-6]。

本次研究以渤海油田160口開發(fā)井的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和滑動(dòng)導(dǎo)向的實(shí)際應(yīng)用情況及其機(jī)械鉆速分布特征進(jìn)行分析，篩除區(qū)域相似因素及次要影響因素，建立了以綜合機(jī)械鉆速和鉆井綜合日費(fèi)為函數(shù)的定向井鉆具組合經(jīng)濟(jì)優(yōu)選模型。以中海油渤海地區(qū)定向井鉆井為例，確定經(jīng)濟(jì)高效的定向鉆井鉆具組合應(yīng)用條件。

1 渤海地區(qū)定向井段機(jī)械鉆速分析

當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件、井眼軌跡、鉆井參數(shù)和泥漿性能等因素相近時(shí)，所用井下鉆具組合就成為影響定向井機(jī)械鉆速的重要因素。我們利用鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫，對(duì)渤海地區(qū)2009年以來6個(gè)油田的部分定向井段基本數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(見表1)。 共統(tǒng)計(jì)160口開發(fā)井，其中65%為水平井，其余35%為大斜度井和定向井，完鉆井深度為1 500～ 4 500 m。 定向鉆具組合有350個(gè)，其中旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向(RSS)造斜鉆具組合有111個(gè)，滑動(dòng)導(dǎo)向(PDM)造斜鉆具組合有239個(gè)。

統(tǒng)計(jì)并對(duì)比不同定向井段的RSS和PDM平均機(jī)械鉆速(ROP)(見圖1)，以及不同造斜井段平均機(jī)械鉆速隨深度的變化(見圖2)。 根據(jù)這2種定向鉆具組合在不同深度的機(jī)械鉆速分布，總結(jié)以下規(guī)律。

(1) 應(yīng)用深度分布特征。PDM多應(yīng)用于測(cè)深小于1 500 m的定向井段，而RSS更多地用于測(cè)深大于1 500 m的定向井段。測(cè)深小于1 500 m的PDM占全部PDM的82%，占同深度造斜鉆具組合的85%；而測(cè)深大于1 500 m的RSS占全部RSS的72%，占同深度定向井段鉆具組合的68%。

(2) 同深度范圍機(jī)械鉆速對(duì)比，以及機(jī)械鉆速深度敏感性特征。在同深度條件下，RSS的平均機(jī)械鉆速相比PDM普遍較高，且二者的差距隨深度加深而加大。同時(shí)，PDM對(duì)深度變化更敏感，其機(jī)械鉆速降幅遠(yuǎn)大于RSS。在不同深度條件下，RSS平均機(jī)械鉆速相比PDM有不同程度的提高：在深度小于1 000 m的井段，提高了17%；在深度為1 000～1 500 m 的井段，提高了33%；在深度為1 500～2 000 m 的井段，提高了23%；在深度為2 000～2 500 m 的井段提高了97%。

表1 渤海地區(qū)6個(gè)油田的定向井段基本數(shù)據(jù)

圖1 渤海6個(gè)油田不同造斜井段平均ROP隨深度變化

圖2 PDM與RSS的平均ROP對(duì)比

2 定向鉆井鉆具組合經(jīng)濟(jì)優(yōu)選模型

按照與鉆井工期的關(guān)系，可以將鉆井費(fèi)用分為與鉆井工期相關(guān)的費(fèi)用部分和與鉆井工期無關(guān)的鉆井費(fèi)用部分[7]。此處針對(duì)2種定向鉆具組合進(jìn)行優(yōu)選，并考慮渤海地區(qū)鉆井作業(yè)的相似性，對(duì)模型予以簡(jiǎn)化處理。模型只考慮與鉆進(jìn)時(shí)間相關(guān)的鉆井費(fèi)用部分，即定向井服務(wù)費(fèi)和除去定向井服務(wù)費(fèi)的鉆井綜合日費(fèi)。與鉆進(jìn)時(shí)間相關(guān)的鉆井綜合費(fèi)用的計(jì)算公式如下：

單井鉆井綜合費(fèi)用 = 鉆進(jìn)時(shí)間×(鉆井綜合日費(fèi)+定向井服務(wù)日費(fèi))

基于渤海一般鉆井服務(wù)費(fèi)水平和平均機(jī)械鉆速統(tǒng)計(jì)結(jié)果，建立以綜合機(jī)械鉆速和鉆井綜合日費(fèi)為函數(shù)的定向井鉆具組合經(jīng)濟(jì)優(yōu)選模型，見式(1)和式(2)：

(1)

(2)

式中：CPDM—— 與PDM鉆進(jìn)時(shí)間相關(guān)的鉆井綜合費(fèi)用，萬元；

CRSS—— 與RSS鉆進(jìn)時(shí)間相關(guān)的鉆井綜合費(fèi)用，萬元；

L—— 定向鉆井段長(zhǎng)度，m；

vPDM——L井段PDM鉆進(jìn)的平均機(jī)械鉆速，mh；

vRSS——L井段RSS鉆進(jìn)的平均機(jī)械鉆速，mh；

C—— 不含定向井服務(wù)費(fèi)而與鉆進(jìn)時(shí)間相關(guān)的其他鉆井綜合日費(fèi)，萬元。

3 案例計(jì)算與分析

為了快速確定不同鉆井條件下哪種鉆井工具更加經(jīng)濟(jì)高效，針對(duì)渤海地區(qū)建立了2種定向鉆井方式的單井鉆井綜合費(fèi)用對(duì)比圖版(見圖3和圖4)。根據(jù)圖3可判斷不同鉆井綜合日費(fèi)條件下，當(dāng)定向井段長(zhǎng)度不同時(shí)的優(yōu)選結(jié)果。以RSS與PDM鉆井綜合費(fèi)用比λ所代表的虛線進(jìn)行判斷，設(shè)λ=CRSSCPDM。當(dāng)λ>1時(shí)(虛線以上)，采用PDM定向鉆井更經(jīng)濟(jì)合算；當(dāng)λ<1(虛線以下)，采用RSS定向鉆井更經(jīng)濟(jì)高效。由圖4可得當(dāng)C取100萬元時(shí)不同井段深度范圍下的定向井鉆具組合優(yōu)選結(jié)果。以此類推并綜合圖3可知，隨著鉆井綜合日費(fèi)C的增加及井段深度的加深，RSS經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)更突出。

圖3 不同鉆井綜合日費(fèi)下的單井鉆井綜合費(fèi)用比值

圖4 不同井深下的單井鉆井綜合費(fèi)用比值

綜上所述，在鉆井綜合日費(fèi)相同的情況下，λ隨著定向井段長(zhǎng)度的增大和井深增加而減??；隨著鉆井綜合日費(fèi)的增多，λ值逐漸減小。這說明RSS鉆進(jìn)方式更適用于鉆井綜合日費(fèi)較高、定向井段較長(zhǎng)、井深較深的情況，而PDM則與此相反。

根據(jù)表2所示模型計(jì)算結(jié)果可知，在定向井段長(zhǎng)度大于300 m 的前提下，綜合日費(fèi)>40～120萬元時(shí)在井深大于2 000 m的井段，或綜合日費(fèi)>120～200萬元時(shí)在井深>1 000 m的井段，或綜合日費(fèi)>200萬元時(shí)在任何深度井段，采用RSS定向鉆井方式都要比采用PDM鉆井方式更加經(jīng)濟(jì)高效。相反，在定向井段長(zhǎng)度小于800 m的前提下，鉆井綜合日費(fèi)分別在>80～120、>30～80、0～30萬元時(shí)，對(duì)應(yīng)的PDM定向鉆井經(jīng)濟(jì)應(yīng)用井段井深依次為<1 000 m、<2 000 m、<2 500 m。一般而言，渤海地區(qū)定向井段長(zhǎng)度為300～800 m，從經(jīng)濟(jì)、高效鉆井的角度考慮，當(dāng)鉆井綜合日費(fèi)大于200萬元時(shí)盡量采用RSS定向鉆井方式。

表2 PDM與RSS造斜鉆進(jìn)方式的經(jīng)濟(jì)應(yīng)用條件計(jì)算結(jié)果

4 結(jié) 語

(1) 渤海地區(qū)深度小于1 500 m的定向井段多采用滑動(dòng)導(dǎo)向鉆具組合，深度大于1 500 m的定向井段多采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合。在深度范圍相同的定向井段，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向機(jī)械鉆速普遍高于滑動(dòng)導(dǎo)向機(jī)械鉆速，滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井機(jī)械鉆速對(duì)井深變化更敏感。

(2) 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向定向鉆井更適合用于鉆井綜合日費(fèi)較高、定向井段較長(zhǎng)、定向井井深較深的情況；反之，采用滑動(dòng)導(dǎo)向鉆進(jìn)方式更經(jīng)濟(jì)有效。

(3) 在渤海地區(qū)深度大于2 000 m的井段或鉆井日費(fèi)超過200萬元時(shí)，采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向(RSS)鉆井更經(jīng)濟(jì)高效；而鉆井日費(fèi)低于120萬元時(shí)在井深小于1 000 m的井段采用滑動(dòng)導(dǎo)向(PDM)鉆井更經(jīng)濟(jì)有效。