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      一種新的鉆井井身質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

      2015-09-15 02:48:09王再興張成秀張立君西安石油大學(xué)陜西西安70065中國(guó)石油新疆油田分公司新疆克拉瑪依84000川慶鉆探鉆采院長(zhǎng)慶工程院陜西西安7008
      石油鉆采工藝 2015年2期
      關(guān)鍵詞:起鉆井身計(jì)分卡

      李 琪 王 濤 王再興 張成秀 張立君(.西安石油大學(xué),陜西西安 70065;. 中國(guó)石油新疆油田分公司,新疆克拉瑪依 84000;. 川慶鉆探鉆采院長(zhǎng)慶工程院,陜西西安 7008)

      一種新的鉆井井身質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

      李琪1王濤1王再興1張成秀2張立君3
      (1.西安石油大學(xué),陜西西安710065;2. 中國(guó)石油新疆油田分公司,新疆克拉瑪依834000;3. 川慶鉆探鉆采院長(zhǎng)慶工程院,陜西西安710018)

      準(zhǔn)確、全面地評(píng)價(jià)井身質(zhì)量在鉆井質(zhì)量評(píng)價(jià)中占有至關(guān)重要的地位。傳統(tǒng)的顯性井身質(zhì)量評(píng)價(jià)大多只能得到單項(xiàng)的評(píng)價(jià)報(bào)告,并未考慮下套管過程對(duì)井身質(zhì)量的反映。在分析國(guó)際鉆井承包商協(xié)會(huì)(IADC)鉆頭磨損分級(jí)系統(tǒng)及格拉斯哥昏迷評(píng)分方法(GCS)的基礎(chǔ)上,結(jié)合井身質(zhì)量影響因素,提出了一種新的井身質(zhì)量評(píng)價(jià)方法——井身質(zhì)量計(jì)分卡方法,該方法針對(duì)鉆井作業(yè)的整個(gè)過程,通過分析扭矩和摩阻來評(píng)價(jià)井身質(zhì)量,并可對(duì)井身質(zhì)量進(jìn)行分級(jí),具有簡(jiǎn)單、可靠和使用靈活的特點(diǎn)。井身質(zhì)量計(jì)分卡方法還有利于不同油田不同區(qū)塊井身質(zhì)量的比較,可為甲方鉆井監(jiān)督及乙方井身質(zhì)量控制提供了一個(gè)有力的工具。其應(yīng)用也將強(qiáng)化施工人員對(duì)導(dǎo)致低井身質(zhì)量因素的認(rèn)識(shí),從而間接提高鉆井完井質(zhì)量。

      井身質(zhì)量;質(zhì)量評(píng)價(jià);隱性方法;顯性方法;計(jì)分卡

      鉆井工程是油氣勘探開發(fā)過程中一個(gè)高投資、高風(fēng)險(xiǎn)、高技術(shù)、且多學(xué)科交叉的復(fù)雜行業(yè)。一口井鉆井施工質(zhì)量的好壞,會(huì)直接影響到該井是否符合鉆井、地質(zhì)設(shè)計(jì),施工能否正常進(jìn)行,能否最大限度保護(hù)油氣層,能否保證油井的長(zhǎng)期正常生產(chǎn)等,繼而會(huì)影響到巨額的投資是否能得到經(jīng)濟(jì)合理的回報(bào)。隨著國(guó)內(nèi)外油氣投資方對(duì)鉆井的投資越來越大,對(duì)鉆井質(zhì)量的要求則越來越高[1]。為保證鉆井施工質(zhì)量,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量評(píng)價(jià)是必不可少的。現(xiàn)場(chǎng)一般用三大質(zhì)量評(píng)價(jià)體系來評(píng)價(jià)鉆井施工質(zhì)量,即取心質(zhì)量評(píng)價(jià)、井身質(zhì)量評(píng)價(jià)以及固井質(zhì)量評(píng)價(jià)。井身質(zhì)量是鉆井施工質(zhì)量的重要組成部分,是實(shí)現(xiàn)勘探開發(fā)目的和要求的重要保證,對(duì)鉆井后續(xù)工程(如固井、采油等)的質(zhì)量和安全生產(chǎn)也有重要影響。因此,準(zhǔn)確全面的井身質(zhì)量評(píng)價(jià)在鉆井質(zhì)量評(píng)價(jià)中占有至關(guān)重要的地位。

      1 井身質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法分析

      傳統(tǒng)的井身質(zhì)量評(píng)價(jià)方法是依據(jù)國(guó)家石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(SY/T 5088—2008),分別按照垂直探井、開發(fā)井,定向探井、開發(fā)井及水平開發(fā)井進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)[2]。垂直探井、開發(fā)井評(píng)價(jià)項(xiàng)目有:數(shù)據(jù)采集間隔,井斜角,目標(biāo)點(diǎn)水平位移,全角變化率,目的層平均井徑擴(kuò)大率,井口頭傾斜角;定向探井、開發(fā)井評(píng)價(jià)項(xiàng)目有:數(shù)據(jù)采集間隔,靶區(qū)半徑,全角變化率,目的層平均井徑擴(kuò)大率,井口頭傾斜角;水平開發(fā)井評(píng)價(jià)項(xiàng)目有:數(shù)據(jù)采集間隔,全角變化率,著陸點(diǎn)水平靶靶區(qū),水平段縱橫偏移,井口頭傾斜角。國(guó)標(biāo)中只規(guī)定了井身質(zhì)量的評(píng)價(jià)項(xiàng)目及其計(jì)算方法,各項(xiàng)目必須滿足的指標(biāo)值則由各油田針對(duì)其所在地區(qū)的具體情況來制定。因此在進(jìn)行井身質(zhì)量評(píng)價(jià)前,應(yīng)根據(jù)需要選擇相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。在通過計(jì)算得到評(píng)價(jià)項(xiàng)目值后,對(duì)比相應(yīng)的評(píng)價(jià)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)值,若連續(xù)3個(gè)測(cè)量點(diǎn)或井段同一項(xiàng)目不合格,則可認(rèn)定該井井身質(zhì)量不合格。

      傳統(tǒng)的井身質(zhì)量評(píng)價(jià)方法涉及到許多評(píng)價(jià)單項(xiàng),對(duì)各單項(xiàng)的評(píng)定也是完全獨(dú)立的。單項(xiàng)的、獨(dú)立的指標(biāo)往往也很難反映出井身質(zhì)量的總體效果。針對(duì)傳統(tǒng)評(píng)價(jià)的不足之處,國(guó)內(nèi)有學(xué)者提出了綜合評(píng)價(jià)方法[3]。該方法是在單項(xiàng)分析的基礎(chǔ)上,應(yīng)用層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法對(duì)井身質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。該方法可將單項(xiàng)評(píng)價(jià)描述進(jìn)行量化及綜合化,但未能考慮下套管過程對(duì)井身質(zhì)量的反映,評(píng)價(jià)結(jié)果仍不夠全面準(zhǔn)確,具有一定的缺陷。

      目前的評(píng)價(jià)方法都是建立在測(cè)量表征井身幾何特征(井斜角、全角變化率、平均井徑擴(kuò)大率等)的一些參數(shù)的基礎(chǔ)上,然后進(jìn)行深入分析來評(píng)價(jià)井身質(zhì)量。這種方法可稱之為顯性方法。其評(píng)價(jià)結(jié)果不能直接反映出井身質(zhì)量的好壞,對(duì)井身質(zhì)量和下套管作業(yè)之間的關(guān)系也無體現(xiàn)。為了彌補(bǔ)顯性方法的不足,能更加全面、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)井身質(zhì)量,筆者提出了一種通過測(cè)量一些與井身質(zhì)量相關(guān)的參數(shù)來評(píng)價(jià)井身質(zhì)量的方法—隱性方法。

      為找到一個(gè)合理的評(píng)價(jià)井身質(zhì)量的方法,對(duì)2個(gè)相似事例進(jìn)行了調(diào)研,雖然這2 個(gè)事例都存在一定程度上的主觀性,但其評(píng)價(jià)方法都已完善并廣泛應(yīng)用于各自領(lǐng)域。(1)國(guó)際鉆井承包商協(xié)會(huì)(IADC)鉆頭磨損分級(jí)系統(tǒng)[4],該系統(tǒng)鉆頭磨損的狀況需要8項(xiàng)信息來進(jìn)行描述,每項(xiàng)信息單獨(dú)分級(jí),所以鉆頭磨損分級(jí)方法簡(jiǎn)單,但缺點(diǎn)是沒有一個(gè)能夠反映鉆頭整體狀況的單獨(dú)評(píng)價(jià)結(jié)果。(2)格拉斯哥昏迷評(píng)分方法(GCS)[5],是醫(yī)學(xué)上評(píng)估病人頭部創(chuàng)傷程度的方法,是現(xiàn)如今使用最廣泛的通過量化昏迷程度來判斷外傷性大腦損傷的一個(gè)評(píng)分系統(tǒng)。它可直接反映出大腦的損傷程度。由于簡(jiǎn)易性以及較高的可靠性,該方法迅速被所有的醫(yī)療工作者所認(rèn)可。事例(1)的評(píng)價(jià)方法是建立在觀測(cè)幾何特征的基礎(chǔ)上,類似于傳統(tǒng)井身質(zhì)量評(píng)價(jià)方法,可稱作顯性方法,但缺陷是未能給出反映鉆頭整體狀況的一個(gè)單獨(dú)評(píng)價(jià)結(jié)果;事例(2)通過量化昏迷程度來判斷大腦損傷情況,借助于可反映出昏迷程度的3個(gè)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)大腦損傷的評(píng)價(jià),最終給出了一個(gè)明確的評(píng)價(jià)結(jié)果。這種方法即為隱性評(píng)價(jià)方法。GCS方法的成功性已為世界醫(yī)學(xué)界所公認(rèn),因此可借鑒其隱性評(píng)價(jià)思想進(jìn)行井身質(zhì)量評(píng)價(jià),來克服傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法的不足,更加準(zhǔn)確、全面的評(píng)價(jià)井身質(zhì)量。

      把GCS的隱性評(píng)價(jià)思想應(yīng)用到井身質(zhì)量的評(píng)價(jià)上,并結(jié)合傳統(tǒng)井身質(zhì)量評(píng)價(jià)方法,提出了井身質(zhì)量評(píng)價(jià)新方法即井身質(zhì)量計(jì)分卡方法,主要通過分析受井身質(zhì)量影響的各種鉆井作業(yè)響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)質(zhì)量評(píng)價(jià),如鉆進(jìn)及下套管過程中的扭矩摩阻曲線、是否發(fā)生卡鉆事故等。它包含3個(gè)關(guān)鍵響應(yīng)變量、含有全面質(zhì)量得分并可根據(jù)特殊情況靈活調(diào)整。

      2 井身質(zhì)量計(jì)分卡法

      井身質(zhì)量計(jì)分卡法主要通過分析鉆進(jìn)、起鉆和下套管過程中的扭矩和摩阻曲線來實(shí)現(xiàn)的。扭矩和摩阻曲線是鉆井過程中判斷井下狀況的一個(gè)重要信息來源,可幫助追蹤井下環(huán)境和井眼不穩(wěn)定性問題,能夠反映出井身質(zhì)量的優(yōu)良情況[6-8]。它包含3個(gè)部分:鉆進(jìn)響應(yīng)、最終起鉆響應(yīng)、下套管響應(yīng)。

      2.1鉆進(jìn)響應(yīng)

      鉆進(jìn)響應(yīng)對(duì)井身質(zhì)量的衡量有一定的局限性,原因是在鉆進(jìn)過程中有許多工作參數(shù)(例如鉆壓、轉(zhuǎn)速、機(jī)械鉆速和泵排量)是很活躍的并且從不同方面影響著井身質(zhì)量[9]。這些參數(shù)大多是相互影響的,加大了參數(shù)分析的復(fù)雜性。

      鉆進(jìn)響應(yīng)在計(jì)分系統(tǒng)的得分情況如表1所示。鉆進(jìn)響應(yīng)最大的得分是5分,占總井身質(zhì)量得分的25%。鉆進(jìn)響應(yīng)及其他響應(yīng)的最終得分取的是最差響應(yīng)得分,即最低得分。若井身幾何參數(shù)(傳統(tǒng)井身質(zhì)量評(píng)價(jià)單項(xiàng))有一項(xiàng)未符合工程設(shè)計(jì)要求,鉆進(jìn)響應(yīng)得分則為0分。在鉆進(jìn)過程,若發(fā)生卡鉆或近卡鉆事故,則反映出非常差的井身質(zhì)量,也對(duì)應(yīng)著最低的鉆進(jìn)響應(yīng)得分。該事故的發(fā)生表明操作上存在問題,或者是正鉆進(jìn)地層的地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜。一般性鉆進(jìn)問題如形成巖屑床及循環(huán)漏失等,在鉆進(jìn)過程中普遍存在,對(duì)井身質(zhì)量的影響不大,這些事故也容易處理,因此對(duì)應(yīng)著適度的響應(yīng)得分。接單根過程中上卸扣所記錄的上提和下放值變化很大,并不是評(píng)價(jià)井身質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。地表扭矩則是鉆進(jìn)過程主要的響應(yīng)參數(shù)。若整個(gè)鉆進(jìn)過程中觀測(cè)到的所有參數(shù)(主要是扭矩和摩阻)遵循光滑的趨勢(shì)線,則反映了一個(gè)優(yōu)良的鉆進(jìn)響應(yīng)。除了光滑的趨勢(shì)線外,如果扭矩和摩阻值比探井的或正常預(yù)期的更低,該階段的鉆進(jìn)響應(yīng)可認(rèn)為是極佳的。

      表1 鉆進(jìn)響應(yīng)評(píng)分表

      2.2最終的起鉆響應(yīng)

      起鉆響應(yīng)的得分情況如表2所示。起鉆響應(yīng)能更有效地衡量井身質(zhì)量。該響應(yīng)最大得分可達(dá)到7分,占到總井身質(zhì)量得分的35%??ㄣ@或近卡鉆事故對(duì)應(yīng)著最低的起鉆響應(yīng)得分。其次是存在殘余巖屑床或壓差卡鉆環(huán)境,如果在一個(gè)連續(xù)井段發(fā)生超載提升現(xiàn)象,則可能發(fā)生了此情況。若起鉆時(shí)鉆柱重量對(duì)應(yīng)著較小異常、光滑的趨勢(shì)線(即低超載提升),則表明了一個(gè)高質(zhì)量的響應(yīng)。若記錄的摩阻比預(yù)期的更低,可以認(rèn)為起鉆響應(yīng)是極佳的。有時(shí)需要?jiǎng)澭郏梢杂脕碓谙绿坠苤氨M量增加井眼圓整性及清潔度,但是會(huì)掩蔽掉井身的不足之處。所以在使用劃眼情況下,計(jì)分系統(tǒng)的得分應(yīng)該主要以扭矩響應(yīng)為基礎(chǔ)。一旦最后鉆具能取回到地表,就可把套管下到指定深度。所以當(dāng)使用井身質(zhì)量計(jì)分卡方法獲得經(jīng)驗(yàn)之后,若起鉆響應(yīng)得分超過某個(gè)等級(jí),就可斷定一個(gè)設(shè)計(jì)合理的下套管過程會(huì)很成功。

      表2 最終起鉆響應(yīng)評(píng)分表

      2.3下套管響應(yīng)

      下套管響應(yīng)是衡量井身質(zhì)量最重要的一個(gè)響應(yīng)。下套管響應(yīng)的得分情況如表3所示。其最大得分是8分,占總分?jǐn)?shù)的40%。較高的得分權(quán)重是基于下套管對(duì)井身缺陷敏感度這個(gè)經(jīng)驗(yàn)[10]。

      表3 下套管響應(yīng)評(píng)分表

      由于井底問題套管柱必須修復(fù)或者套管柱卡住時(shí)響應(yīng)得分是最低的。在易發(fā)生壓差卡鉆區(qū)域、井壁上存在有厚濾餅或者堵漏材料形成的淤泥時(shí),套管會(huì)受到靜態(tài)摩擦力的影響,其大小可由接頭摩阻來確定,計(jì)分卡系統(tǒng)則根據(jù)靜摩擦力的大小來打分。井筒中的臺(tái)肩、縮徑、穩(wěn)固的巖屑床或者沖蝕引發(fā)的一些井眼問題可以在下套管的過程中進(jìn)行補(bǔ)救。此類情況的得分是基于是否優(yōu)先采取一些處理措施:第一種應(yīng)對(duì)措施是清除一些接頭來消除超額的摩阻;其次采取的方案是恢復(fù)循環(huán)來凈化環(huán)形空間;最后如果還能旋轉(zhuǎn)的話可以向下擴(kuò)孔。同樣,若摩阻趨勢(shì)線光滑且比預(yù)期摩阻更低,則下套管響應(yīng)可給出8分的高分。

      由上述分析可知,井身質(zhì)量計(jì)分卡方法包含3個(gè)響應(yīng)的得分即鉆進(jìn)響應(yīng)、最終起鉆和下套管響應(yīng),最大的得分分別是5分、7分和8分,最終得分取3個(gè)響應(yīng)得分之和,評(píng)分范圍是0~20分,0分對(duì)應(yīng)著非常低的井身質(zhì)量(通常是遇到了非常嚴(yán)重的卡鉆事故)而20分對(duì)應(yīng)著最優(yōu)的井身質(zhì)量??捎帽?對(duì)井身質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)。其評(píng)價(jià)過程簡(jiǎn)單明了,靈活性很強(qiáng),各響應(yīng)得分可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐進(jìn)行靈活調(diào)整。井身質(zhì)量計(jì)分卡方法不僅可直接、準(zhǔn)確、全面地評(píng)價(jià)出井身質(zhì)量,也克服了不同油田不同評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的弊端,有利于不同區(qū)塊不同油田井身質(zhì)量的比較,并為甲方鉆井監(jiān)督及乙方井身質(zhì)量控制提供了一個(gè)有力的工具。

      表4 井身質(zhì)量分級(jí)

      3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

      表5所示是用井身質(zhì)量計(jì)分卡方法對(duì)長(zhǎng)慶油田某水平井進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)的結(jié)果。該水平井鉆水平井段時(shí)由于存在不穩(wěn)定的扭矩走勢(shì),因此鉆進(jìn)響應(yīng)得分是3分。起鉆過程中在2個(gè)井段觀測(cè)到的摩阻較預(yù)測(cè)值超出23 000 kg,因此對(duì)應(yīng)的得分為2分。下套管施工非常不順利,發(fā)生了軸向黏附事故并且隨著深度增加加劇,由于需要往復(fù)活動(dòng)管柱,該響應(yīng)的得分是3分。各響應(yīng)得分相加可得總井身質(zhì)量得分是8分,通過分級(jí)系統(tǒng)可查出該得分對(duì)應(yīng)中等井身質(zhì)量。用傳統(tǒng)的井身質(zhì)量評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)的各單項(xiàng)結(jié)果均符合設(shè)計(jì)要求,但是全角變化率明顯過大,這直接導(dǎo)致了下套管施工未能順利進(jìn)行??梢钥闯?,井身質(zhì)量計(jì)分卡方法可以更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)出井身質(zhì)量并給出分級(jí)。

      表5 長(zhǎng)慶某水平井井身質(zhì)量計(jì)分卡得分

      4 結(jié)論

      (1)評(píng)價(jià)井身質(zhì)量的顯性評(píng)價(jià)方法最常見并廣泛為人們所認(rèn)可,缺陷是評(píng)價(jià)結(jié)果不能直接反映出井身質(zhì)量的好壞,對(duì)井身質(zhì)量和下套管作業(yè)之間的關(guān)系也沒有明確的衡量。隱性評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)結(jié)果卻可以直接、準(zhǔn)確、全面反映出井身質(zhì)量的級(jí)別。

      (2)井身質(zhì)量計(jì)分卡方法通過解釋鉆進(jìn)、起鉆和下套管的響應(yīng)來完成計(jì)分卡的記錄,具有簡(jiǎn)單性、可靠性和靈活性。通過現(xiàn)場(chǎng)的大量應(yīng)用,該方法將會(huì)得到很好的論證并被本行業(yè)所采納。

      (3)井身質(zhì)量計(jì)分卡方法克服了不同油田不同評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的弊端,有利于不同油田不同區(qū)塊井身質(zhì)量的比較,并為甲方鉆井監(jiān)督及乙方井身質(zhì)量控制提供了一個(gè)有力的工具。它的應(yīng)用也將強(qiáng)化施工人員對(duì)導(dǎo)致低井身質(zhì)量因素的認(rèn)識(shí),從而間接提高鉆井完井質(zhì)量。

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      (修改稿收到日期2015-01-23)

      〔編輯薛改珍〕

      A new evaluation method for wellbore quality

      LI Qi1, WANG Tao1, WANG Zaixing1, ZHANG Chengxiu2, ZHANG Lijun3
      (1. Xi'an Petroleum University, Xi’an 710065, China; 2. Xinjiang Oilfield Company, CNPC, Karamay 834000, China; 3. Changqing Engineering Institute of Chuanqing Drilling & Exploration Co. Ltd., Xi’an 710018, China)

      Accurate and comprehensive evaluation of wellbore quality is of great importance in drilling quality evaluation. The traditional explicit wellbore quality evaluation mostly leads to an evaluation report of single item, not considering the effect of casing running on wellbore quality. Based on analysis of IADC bit wear classification system and GCS (Glasgow Coma Score) method, and in conjunction with factors affecting the wellbore quality, a new wellbore quality evaluation method is presented — wellbore quality scorecard approach. This method will evaluate the wellbore quality through analyzing the torque and friction drag during the whole drilling process and will classify the wellbore quality; it is easy, reliable and flexible to use. The scorecard for wellbore quality is also helpful in comparing wellbore quality in different oilfields and blocks, and can be a useful tool for Party A drilling supervision and Party B wellbore quality control. Its application will also enhance the understanding of drilling crew on factors leading to low wellbore quality, so as to improve wellbore drilling and completion quality indirectly.

      wellbore quality; quality evaluation; implicit method; explicit method; scorecard

      TE28

      A

      1000 – 7393( 2015 ) 02 – 0001 – 04

      10.13639/j.odpt.2015.02.001

      國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于隨鉆信息和知識(shí)集成的鉆井風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)管理與決策控制研究”(編號(hào):51074125)。

      李琪,1963年生。1983畢業(yè)于西南石油學(xué)院油氣井工程專業(yè),1987年獲油氣田勘探開發(fā)工程專業(yè)碩士學(xué)位,2002年獲石油與天然氣工程專業(yè)博士學(xué)位,主要研究方向:石油鉆井信息技術(shù)、導(dǎo)向鉆井等,教授,博士生導(dǎo)師。電話:029-88382690。E-mail:liqi@xsyu.edu.cn。

      引用格式:李琪,王濤,王再興,等.一種新的鉆井井身質(zhì)量評(píng)價(jià)方法[J].石油鉆采工藝,2015,37(2):1-4.

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