基于降低小井眼循環(huán)壓耗的技術(shù)分析

王海峰

摘 要：循環(huán)壓耗的計算方法有很多種，并且目前在我國的計算過程中已經(jīng)建立了較為準(zhǔn)確的計算模型，在模型中對于溫度、鉆具的接頭、偏心、旋轉(zhuǎn)等因素內(nèi)容都考慮在其中，在井位確定之后就能實(shí)現(xiàn)對循環(huán)壓耗的影響因素確定，而這些因素基本是確定井位之后的不可變因素。然而，對于小井眼循環(huán)壓耗的計算中，為了實(shí)現(xiàn)對循環(huán)壓耗的降低，在計算模型中充分考慮到上述因素就是為了進(jìn)一步提高計算的準(zhǔn)確性與精度情況。因此，本次研究主要基于降低小井眼循環(huán)壓耗的計算進(jìn)行分析，明確影響循環(huán)壓耗的可變因素與主要因素。

關(guān)鍵詞：小井眼;循環(huán)壓耗;技術(shù)分析;鉆桿鉆具

引言

對小井眼的循環(huán)壓耗進(jìn)行計算時除了要考慮到溫度、鉆具的接頭、偏心、旋轉(zhuǎn)等不可變因素，還應(yīng)當(dāng)在確定井位之后充分考慮到因素中的不可變因素，不可變因素會影響鉆頭的壓耗情況，同時將鉆具外的壓耗與環(huán)空壓耗進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對計算結(jié)果的進(jìn)一步分析，將地面管匯壓耗與鉆頭壓耗、鉆具內(nèi)壓耗等歸納為管內(nèi)壓耗數(shù)據(jù)，鉆具外的壓耗歸納為環(huán)控壓耗數(shù)據(jù)。

一、鉆桿尺寸對循環(huán)壓耗及其分布規(guī)律的影響分析

為了更加準(zhǔn)確計算并分析深層側(cè)鉆井循環(huán)壓耗的分布規(guī)律情況，本次研究獎針對API標(biāo)準(zhǔn)27/8‘作為主要鉆桿結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)，基于這一尺寸的鉆桿分析不同尺寸情況下的鉆桿對于循環(huán)壓耗及其分布規(guī)律的影響情況，分析得出壓耗的分布特點(diǎn)。

（一）不同尺寸鉆桿的循環(huán)壓耗計算

本次研究共將鉆桿的尺寸設(shè)置了六個不同的循環(huán)壓耗尺寸數(shù)據(jù)，也得出了六組不同的數(shù)據(jù)情況，具體如下：

（1）第一種鉆桿尺寸

基于API標(biāo)準(zhǔn)27/8‘，第一種鉆桿尺寸為鉆桿本體外徑73.03mm，本體內(nèi)徑 54.65mm，接頭外徑104.78mm，接頭內(nèi)徑50.8mm，具體的壓耗情況見下表1。

（2）第二種鉆桿尺寸

基于API標(biāo)準(zhǔn)27/8‘，第二種鉆桿尺寸為鉆桿本體外徑76mm，本體內(nèi)徑 57.62mm，接頭外徑104.88mm，接頭內(nèi)徑53.98mm，具體的壓耗情況見下表2。

（3）第三種鉆桿尺寸

基于API標(biāo)準(zhǔn)27/8‘，第三種鉆桿尺寸為鉆桿本體外徑79mm，本體內(nèi)徑 60.62mm，接頭外徑98mm，接頭內(nèi)徑53.98mm，具體的壓耗情況見下表3。

（4）第四種鉆桿尺寸

基于API標(biāo)準(zhǔn)27/8‘，第四種鉆桿尺寸為鉆桿本體外徑79mm，本體內(nèi)徑 60.62mm，接頭外徑104.78mm，接頭內(nèi)徑60.62mm，具體的壓耗情況見下表4。

（5）第五種鉆桿尺寸

基于API標(biāo)準(zhǔn)27/8‘，第五種鉆桿尺寸為鉆桿本體外徑84mm，本體內(nèi)徑 65.62mm，接頭外徑104.78mm，接頭內(nèi)徑60.62mm，具體的壓耗情況見下表5。

（6）第六種鉆桿尺寸

基于API標(biāo)準(zhǔn)27/8‘，第六種鉆桿尺寸為鉆桿本體外徑88.9mm，本體內(nèi)徑 70.2mm，接頭外徑104.78mm，接頭內(nèi)徑60.62mm，具體的壓耗情況見下表6。

（二）不同尺寸鉆桿的循環(huán)壓耗分析

基于不同尺寸鉆桿的循環(huán)壓耗情況來看，在不同的尺寸條件下，壓耗會睡著排量的變化情況而出現(xiàn)邊兒，而這種變化情況也會進(jìn)行總體的變化，經(jīng)過對六種鉆桿尺寸循環(huán)壓耗的情況數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比后可以得出，管內(nèi)壓耗從第一種到第六種呈現(xiàn)正序排列;環(huán)控壓耗呈現(xiàn)倒序排列;循環(huán)中壓耗依照不同的排量會出現(xiàn)不同的排列順序，但是無論是什么排量，第一種、二種、三種尺寸的鉆桿總壓耗始終是最高的三種。也就是說，循環(huán)總壓耗的數(shù)據(jù)中，第五種和第六種尺寸的鉆桿會的壓耗情況較低，這是由于的鉆桿本身的外徑較大而導(dǎo)致的，而在環(huán)控壓耗比例過高的時候，環(huán)控當(dāng)量密度偏高就容易導(dǎo)致地層被壓漏的情況出現(xiàn)，最終導(dǎo)致井下出現(xiàn)各種事故情況，因此在分析研究時排除第五種與第六種尺寸的鉆桿。而分析第一種和第二種尺寸的鉆桿來看，雖然環(huán)控壓耗是最低的，但是基于管內(nèi)壓耗與循環(huán)總壓耗的具體計算數(shù)據(jù)來看，目前遵循壓耗的最低原則，也應(yīng)當(dāng)將第一種和第二種尺寸的鉆桿排除。因此，基于降低小井眼循環(huán)壓耗的角度來看，應(yīng)當(dāng)選取第三種或者第四種尺寸的鉆桿，而在這兩種尺寸中，第四種的本體接頭內(nèi)徑為統(tǒng)一內(nèi)徑，對于深層側(cè)鉆水平井進(jìn)行鉆具輸送的時候容易出現(xiàn)事故，因此在某種情況下為了安全起見，可以選擇接口外徑與內(nèi)徑小的第三種尺寸鉆桿。

二、鉆井液性能對循環(huán)壓耗及其分布規(guī)律的影響分析

除了鉆桿尺寸對于循環(huán)壓耗及其分布會造成明顯的影響，鉆井液的性能情況也會對循環(huán)壓耗及其分布規(guī)律形成明顯的影響作用，鉆井液的性能主要取決于鉆井液的密度、粘度、動切力，在這三種因素出現(xiàn)變化的時候循環(huán)壓耗也會出現(xiàn)變化，而基于降低小井眼循環(huán)壓耗的角度進(jìn)行分析，主要從密度、粘度、動切力三個方面考慮循環(huán)壓耗的分布影響情況。

（一）鉆井液密度變化對循環(huán)壓耗分布的影響

該井原鉆井液密度為1.93g/cm3，按0.1g/cm3遞減，計算1.93g/cm3～1.23g/cm3范圍內(nèi)鉆井液密度變化對循環(huán)壓耗及其分布的影響。經(jīng)過對相關(guān)數(shù)據(jù)的分析與研究可以得出，隨著鉆井液密度的升高，管內(nèi)壓耗、環(huán)空壓耗及循環(huán)總壓耗均成比例升高，基于數(shù)據(jù)可知，鉆井液的密度沒增加0.g/cm3的時候，就會相應(yīng)的帶動管內(nèi)壓耗進(jìn)行增長，增長幅度為3.7%到5.6%，而管內(nèi)壓耗占比也會從79.8%上升至83.6%;而相較于環(huán)空壓耗情況來看，管內(nèi)壓耗會隨著循環(huán)總壓耗的影響而出現(xiàn)變化，增幅是環(huán)控壓耗增幅的5-7倍，因此，環(huán)控壓耗增幅較為平緩，影響不大。

（二）鉆井液塑性粘度變化對循環(huán)壓耗分布的影響

該井原鉆井液塑性粘度為51.5mPa·s，計算步長按照3mPa·s計算39.5mPa·s～60.5mPa·s范圍內(nèi)的鉆井液塑性粘度變化對于壓耗的分布也有明顯的影響，基于相關(guān)數(shù)據(jù)變化情況來看，隨著鉆井液塑性粘度的升高，管內(nèi)壓耗、環(huán)空壓耗及循環(huán)總壓耗均成比例升高，鉆井液塑性粘度的變化對管內(nèi)壓耗及環(huán)空壓耗的影響是一樣的。

（三）鉆井液動切力變化對循環(huán)壓耗分布的影響

該井原鉆井液動切力為4.8Pa，按1Pa遞增，計算4.8Pa～11.8Pa范圍內(nèi)鉆井液動切力變化對壓耗分布的影響，可知隨著鉆井液動切力的升高，管內(nèi)壓耗、環(huán)空壓耗及循環(huán)總壓耗均成比例上升，鉆井液動切力的變化對環(huán)空壓耗及循環(huán)總壓耗的影響顯著，其增幅為管內(nèi)壓耗增幅的17到19倍，對管內(nèi)壓耗影響較小。

三、鉆井液排量對循環(huán)壓耗及其分布規(guī)律的影響分析

基于上文分析可知，除了鉆桿的尺寸以及鉆井液性能對于循環(huán)壓耗的降低有影響，鉆井液的排量對于循環(huán)壓耗及其分布也有明顯的影響，在不同鉆井液排量的因素影響夏，在排量的變化與循環(huán)壓耗之間形成了密切的作用關(guān)系，拍兩張增加也會導(dǎo)致鉆具內(nèi)的壓耗與環(huán)控壓耗增加，但是鉆具內(nèi)的壓耗增加速度較快，環(huán)控壓耗的增加速度較慢。

結(jié)論：綜上所述，基于降低小井眼循環(huán)壓耗的技術(shù)進(jìn)行分析，可以得出小井眼的循環(huán)壓耗與鉆具的尺寸、鉆井液體性能以及鉆井液的排量等都有密切的關(guān)聯(lián)性，因此在進(jìn)行對壓耗的降低時應(yīng)當(dāng)充分考慮到合適尺寸、合適心梗以及對循環(huán)排量有下降效果的鉆具。應(yīng)當(dāng)通過對設(shè)計的優(yōu)化，設(shè)計出更加適合的鉆具尺寸，同時研發(fā)出低固相低摩阻的鉆井液體系，進(jìn)而真正實(shí)現(xiàn)對小井眼循環(huán)壓耗的降低。

參考文獻(xiàn)：

[1]隗敏.小井眼循環(huán)壓耗精確計算方法研究及應(yīng)用[J].石油礦場機(jī)械，2017，46（01）：71-75.

[2]劉昌魁. 深層開窗側(cè)鉆小井眼壓耗分布規(guī)律及降減阻技術(shù)研究[D].中國石油大學(xué)（華東），2016.