石油鉆井工藝技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展探討

唐得勇

（大慶鉆探工程公司，黑龍江 大慶 163000）

傳統(tǒng)石油鉆井施工作業(yè)，大多需要通過組織開采要求和確定施工作業(yè)方案完成，為避免出現(xiàn)投入高、時效低等缺點，相關(guān)單位應(yīng)基于投入成本，從方案探討和開發(fā)中總結(jié)對石油開采的有利條件，這相比傳統(tǒng)的石油開采方法而言，基于成本要素以及工藝技術(shù)，探討鉆井深度與設(shè)備使用效率之間的關(guān)系，更能滿足各企業(yè)單位對高標準作業(yè)、安全開采的需求。按照不同的工藝技術(shù)，以及石油開采中所需投入的成本，可將工藝技術(shù)的研究主要分為坍塌問題避免、開采效率提升這兩段流程[1]。這就需要以產(chǎn)生的成本投入量為基準，確定鉆井開采方案的同時，對鉆井設(shè)備、工程參數(shù)進行優(yōu)化，以人為控制和方案管理的方式，確保石油開采的過程穩(wěn)定。

1 石油鉆井工藝技術(shù)概述

鉆井、測井、下套管、固井、完井是石油鉆井的基本流程，探討鉆井工藝方面的問題時，應(yīng)以此為方向進行，整合基礎(chǔ)要求外，將設(shè)備使用等工作穿插于其中，才能更好地完成石油鉆井作業(yè)。同時，據(jù)研究與調(diào)查的數(shù)據(jù)顯示，石油鉆井工藝占據(jù)了總投入成本的40%以上，能源及成本消耗總額是需要控制和投入研究的對象，這是因為整個流程不僅影響了實際開采的效果，也會對開采效率、開采安全產(chǎn)生影響[2-3]。基于此，在探討工藝技術(shù)層面的問題時，應(yīng)以成本的客觀投入為主，將設(shè)備使用、效率總結(jié)和成本優(yōu)化等工作組織于其中，分別從各流程占據(jù)總體的比重出發(fā)，從源頭規(guī)避鉆井作業(yè)成本投入量過高的問題，并將其作為主要手段，進行石油等能源的開發(fā)。

2 石油鉆井施工流程

石油鉆井工藝是影響開采安全、投入成本以及鉆井效率的第一保障，應(yīng)從本有的鉆井流程中出發(fā)，聚合設(shè)備使用、成本損失、明確鉆井開采方位中的問題。同時，根據(jù)不同鉆井工藝技術(shù)的功能，在探井、固井、完井等流程中，聯(lián)合各環(huán)節(jié)的要求以及作業(yè)方法，從設(shè)備選擇、安裝和使用的層面出發(fā)，優(yōu)化鉆井開采流程，可切實降低設(shè)備這一要素的影響，這也是目前在前期準備階段常用的管控辦法。其次，鉆井方案是執(zhí)行工作、組織鉆井活動的基本要素，其不僅決定了工藝技術(shù)應(yīng)用和落實的方式，在減少隱患問題，達到預(yù)期效果層面也有一定的正向影響。正因此，在研究鉆井施工流程時，應(yīng)對前期工作方案投入更多的研究和重視，以持續(xù)做好現(xiàn)場的組織工作，配合鉆井液等介質(zhì)減少設(shè)備卡頓的問題產(chǎn)生[4]。這將對整個鉆井施工現(xiàn)場的穩(wěn)定性起到更多保障。除此之外，對鉆井設(shè)備進行使用上的保護也是一個工作側(cè)重點，這對鉆井設(shè)備的可用壽命有著更多的影響，應(yīng)在方案設(shè)計中和工作組織和安排中投入關(guān)注，并且從中優(yōu)化鉆井施工流程，使整個過程的安全度、穩(wěn)定性更高。

3 石油鉆井工藝技術(shù)的優(yōu)化

3.1 鉆井設(shè)備的優(yōu)化

在設(shè)備層面探討工藝技術(shù)的優(yōu)化措施，首先需要了解鉆頭對鉆井效率的影響，針對外在環(huán)境的變化，配合對鉆井設(shè)備的監(jiān)管，確保鉆井設(shè)備的運行狀態(tài)和實際功率符合要求，以此來優(yōu)化和改進實際鉆井方式。以鉆頭的礦損耗保護為例，主要的維修方式包括使用鉆井液提高鉆頭的耐熱性，基于地質(zhì)類型提高對鉆頭的保護，使其具備較好的耐用性以延長使用壽命。同時，在合規(guī)性方面，還需從參數(shù)的選擇中進行，聚合多種影響因素，保持石油鉆井效率。

除此之外，還需對高溫狀態(tài)下，對鉆井設(shè)備造成的影響進行分析，以此來確定實際鉆井方式，確保鉆井設(shè)備發(fā)揮出較好的效用，防范設(shè)備層面的使用風(fēng)險，以及在現(xiàn)場控制鉆井效率的能力。最后，組合使用鉆井設(shè)備也是當前需要重視的內(nèi)容之一，但從保障開采效率的角度出發(fā)，還是應(yīng)將工作重心落于鉆頭設(shè)計上。

3.2 鉆井工程參數(shù)的優(yōu)化

分析鉆井控制參數(shù)的意義在于，對有異議、有數(shù)據(jù)波動的地方進行處理，降低鉆井過程復(fù)雜問題的影響，確保鉆井負載的非線性參數(shù)的穩(wěn)定。只有鉆頭比能高于一定比例時，才不會造成更多的浪費和使用上面的損失。同時，基于理想?yún)⒖键c，對鉆井工程的參數(shù)進行優(yōu)化，還有避免額外風(fēng)險出現(xiàn)的作用，例如智能自動送鉆系統(tǒng)的出現(xiàn)，可以更容易地滿足更換鉆頭的要求，減少對鉆井開采效率的影響外，將問題產(chǎn)出比控制在不高于1%的區(qū)間。除此之外，精準控制參數(shù)的意義，還在于通過算法計算，基于多目標粒子群算法數(shù)據(jù)，對理想?yún)?shù)狀態(tài)進行提取，避免整個工作流程進入無序發(fā)展狀態(tài)，繼而對不同的控制參數(shù)算法產(chǎn)生影響，最終通過對鉆井控制參數(shù)的研究，為鉆井開采工作提供參考，并且由此設(shè)定標準。

3.3 深井鉆井技術(shù)優(yōu)化措施

探究深井鉆井技術(shù)的原因有，減少復(fù)雜地質(zhì)情況的影響，對作業(yè)周期、工程費用進行控制，對有缺陷、需要優(yōu)化的地方進行總結(jié)和整理，減少客觀條件變化的影響，基于現(xiàn)實情況執(zhí)行勘探和能源開發(fā)工作。因此，在沒有完整的地質(zhì)信息時，應(yīng)根據(jù)地層孔隙壓力、高低壓狀態(tài)，依靠企業(yè)自身的經(jīng)驗技術(shù)積累，對深井鉆井的空隙壓力進行評估，配合異常壓力的成因以及檢測和預(yù)防措施，控制深井鉆井中各類人員所面臨的實際風(fēng)險，對實際鉆井效率進行控制外，預(yù)防受到地層壓力因素影響過高的現(xiàn)象發(fā)生。通過這種方法來構(gòu)建簡單的壓力模型，用于對地層壓力狀態(tài)進行預(yù)測，可以提高石油鉆井的效率及水平，更好地滿足實際作業(yè)需求?？梢?，在探討深井鉆井技術(shù)的應(yīng)用問題時，首先應(yīng)轉(zhuǎn)變工作重心和側(cè)重點，通過單點計算模型，對垂直效應(yīng)力、孔隙度等要素進行簡單計算。

3.4 欠平衡鉆井技術(shù)優(yōu)化

不同鉆井工藝技術(shù)的優(yōu)勢和側(cè)重點也各有不同，相關(guān)人員應(yīng)基于鉆井液業(yè)主壓力和地層孔隙壓力的影響，聚焦于控制地層流體走向、提升多種循環(huán)介質(zhì)使用上，并且在氮氣鉆井、空氣鉆井等技術(shù)方面尋求更多的優(yōu)化方法。正因此，優(yōu)化這一鉆井及時的要點內(nèi)容是減少對試油儲層的破壞，從中控制油井內(nèi)部的壓力，以避免應(yīng)用此項技術(shù)時，頻發(fā)的風(fēng)險問題產(chǎn)生。其次，由于此項技術(shù)對儲油層的破壞較大，首先應(yīng)在總體層面對技術(shù)進行優(yōu)化，增加作業(yè)安全外，通過人為處理避免對石油儲層造成過多的腐蝕，只有在此基礎(chǔ)上進行工作調(diào)整，才能確保鉆井效率的增幅達到預(yù)期目標。這是優(yōu)化銹蝕問題最基本的方法，也是當前大環(huán)境下，保障鉆井施工效率的一類方式方法[5]。最后，從成本投入層面進行探討，由于欠平衡鉆井技術(shù)還能拆分為空氣欠平衡鉆井技術(shù)、天然氣鉆井技術(shù)這幾種，研究工藝優(yōu)化問題也應(yīng)基于不同情況下的問題，從循環(huán)介質(zhì)層面出發(fā)、從鉆井過程中地層水流等問題的影響上，找到解決措施。

3.5 小口井鉆井技術(shù)優(yōu)化

在配置要求和對外在條件造成的影響方面，分析小口井鉆井技術(shù)的優(yōu)化方法，需要從鉆井裝備與工具、鉆井技術(shù)、鉆井液技術(shù)、小井眼井固方法中進行，以此在有限的成本投入中，確保鉆井效率，達到施工建設(shè)的要求外，確保鉆頭速度保持最高值。此外，研究小口井鉆井技術(shù)問題，首先應(yīng)關(guān)注到成本投入有限，對工作效率的要求過高等問題，只有在此基礎(chǔ)上通過鉆井設(shè)備的配合，調(diào)整實際鉆井的組織架構(gòu)，合并工作流程，處理發(fā)動機、鉆頭速度、PDC鉆頭的使用和保護等核心問題。此外小口井鉆井工程的方案，不僅能夠體現(xiàn)設(shè)計要求，也能從配套的設(shè)備研究中，更好地處理其中的技術(shù)問題，將更多的工作要求反映在方案設(shè)計上，減少在不同作業(yè)環(huán)節(jié)下的理論虧損，優(yōu)先做好配套的方案組織工作，也是對此項技術(shù)進行優(yōu)化的一種方式，符合這一鉆井技術(shù)的要求，也利于及時調(diào)整工作方向。

3.6 自動鉆井技術(shù)優(yōu)化

得益于數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，以及各類型物理傳感器的使用，使得整個作業(yè)流程得到了優(yōu)化，也能通過對各種參數(shù)、數(shù)據(jù)的有記錄、組織、優(yōu)化處理，找到提高石油開采效率的辦法，極大程度地避免安全隱患問題的產(chǎn)生。應(yīng)用這類技術(shù)的理想狀態(tài)是達到無人操控鉆井作業(yè)狀態(tài)，但在井下自動化和井上自動化兩個方面遇到了較大的問題和挑戰(zhàn)，如果不能利用物理傳感器、通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建技術(shù)閉環(huán)，那么將增加鉆井效率的負擔(dān)，為此應(yīng)從物理傳感器的使用上和敏感性的保護上進行優(yōu)化，達到預(yù)期的效果外，找到實現(xiàn)遠程操控作業(yè)的方法，以及一個易于操作、利于雙作業(yè)，連續(xù)起下鉆執(zhí)行的途徑。只有這樣，才能減少作業(yè)條件惡劣，極端條件下作業(yè)安全得不到保障等問題，避免人員受到的影響，并且能夠利用自動化技術(shù)調(diào)整工藝技術(shù)的組織架構(gòu)，以及通過對作業(yè)方式的調(diào)整，帶動整個鉆井工藝的整體進化。

3.7 地質(zhì)鉆井技術(shù)優(yōu)化

地質(zhì)鉆井技術(shù)是對地底資源進行初始評估的可靠方法，能夠在鉆井路線制定上提供更多、更可靠的幫助，正因此，需要對此項工藝技術(shù)進行優(yōu)化，為地底路線制定不斷提供更多數(shù)據(jù)支持，以此確定工作內(nèi)容，確保地層內(nèi)流動物質(zhì)不會對石油儲層造成污染。與此同時，還應(yīng)針對地質(zhì)鉆井技術(shù)的特點，持續(xù)做好對石油儲層的保護工作，提升作業(yè)效率外，更好地將鉆探到的信息，組織于實際作業(yè)中，確保流程的穩(wěn)定，以及和鉆井勘察工作的匹配度，提升鉆井作業(yè)的效率和質(zhì)量，保障各企業(yè)單位的經(jīng)濟收益。最后，從工作要求和任務(wù)分配的角度來看，各企業(yè)單位需要一直在地質(zhì)鉆井和地質(zhì)勘察中，不斷擴大這一工作的影響力，包括但不僅限于增加對鉆探數(shù)據(jù)的分析和處理。

4 結(jié)束語

鉆井技術(shù)的影響體現(xiàn)在方方面面，需要基于開采要求和組織計劃，研究和確定施工作業(yè)方案，避免出現(xiàn)成本投入高、作業(yè)時效低等問題。其次，從鉆井設(shè)備的組合以及鉆頭的保護方面探討，還應(yīng)根據(jù)成本投入要求，以及從效率層面出發(fā)，探討鉆井深度與設(shè)備使用效率之間的關(guān)系，這將對整個鉆井作業(yè)工作起到更多的正向影響。最后，對鉆井設(shè)備進行更多的保護也是一個工作側(cè)重點，應(yīng)在方案設(shè)計和設(shè)備保護這兩個方面進行，從中優(yōu)化鉆井施工流程，使作業(yè)現(xiàn)場的安全度、穩(wěn)定性更高。