影響石油鉆井效率的因素分析與提速對策

【摘 要】提高鉆井工程中的鉆井施工效率，必須依托先進的科學(xué)技術(shù)，綜合運用鉆井技術(shù)來確保鉆井工程優(yōu)質(zhì)高效的完成。鉆井過程中常常會遇到各種復(fù)雜的情況，嚴(yán)重影響鉆井施工效率。通過對影響鉆井施工效率的主要因素進行分析，找出提高鉆井施工效率的對策，從根本上提高鉆井施工效率。

【關(guān)鍵詞】石油;鉆井效率;因素分析;提速;對策

1.提高石油鉆井效率意義重大

提高鉆井速度是老油田穩(wěn)產(chǎn)提效及加快深層復(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。通常鉆井過程中，常常遇到高硬度、可鉆性極差的巖石及受到深層高溫高壓的影響，井壁不穩(wěn)定，有易剝落的礫巖層，而發(fā)生鉆具失效、井斜和卡鉆等各種復(fù)雜情況。為了安全高效、快速、優(yōu)質(zhì)地鉆深井，在綜合分析了國內(nèi)鉆井技術(shù)現(xiàn)狀以及制約深井鉆井速度的基礎(chǔ)上，本文研究了影響鉆井速度的主要因素。針對不同的影響因素，在井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、設(shè)備配套方案優(yōu)選等方面進行了分析和探討。

2.影響石油鉆井效率的因素分析

2.1鉆井裝備對機械鉆速的影響

鉆井裝備適用于各種地層，也是影響機械鉆速的關(guān)鍵因素。在80年代初，噴射鉆井在油氣勘探開發(fā)中被廣泛應(yīng)用，大幅度提高了鉆井速度。近年來，鉆井裝備及鉆井技術(shù)沒有太大的進步，雖然有很多鉆井工程引進了1300馬力的泥漿泵，但是泥漿泵的實際功率發(fā)揮不出設(shè)計值的60%，大多數(shù)泥漿泵只能在50%的額定工況下進行工作，并且泵壓超過20Mpa就會頻繁修泵，從而影響了機械鉆速的提高。

2.2鉆井液對機械鉆速的影響

鉆井液對機械鉆速的影響主要有鉆井液密度、流變性、固相含量、潤滑性、失水量等因素。如果鉆井液中的固相含量越高，機械鉆速就會越低;鉆井液的粘度越高，機械鉆速就越低。鉆井液密度與固相含量有著密切的聯(lián)系，同時也和分散的鉆屑或者低密度的劣質(zhì)土等有害固相含量有關(guān)，如果不能及時排除這些有害成份，就會對機械鉆速產(chǎn)生不利的影響。鉆井液的密度直接影響著機械鉆速，它與機械鉆速成反比，機械鉆速越大、當(dāng)量循環(huán)密度越小時，降低鉆井液密度能夠有效減小當(dāng)量循環(huán)的密度。

2.3地層對機械鉆速的影響

地層對鉆速的影響主要表現(xiàn)在地層的壓實程度。隨著地層埋深程度的不斷增加，地層巖石受壓實的程度也會隨之增加，如果地層成巖性好，就會降低機械鉆速。并且地層在不同環(huán)境下沉積，它的可鉆性也會存在很大的差異。對于礫巖地層，如果使用牙輪鉆頭，由于礫石的破碎性弱以及地層的不均質(zhì)性，其機械鉆速就會低于砂泥巖地層。還有對于同樣埋深情況下的高于泥巖地層，其地層的含鈣質(zhì)膠結(jié)也會對地層的可鉆性和機械鉆速產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

2.4鉆壓對機械鉆速的影響

鉆壓對機械鉆速也有著十分重要的影響，在井底凈化完善的前提下，機械鉆速會隨著鉆壓的增加而增大。但是鉆壓有上限值，以下兩個臨界條件來決定鉆壓的上限值：（1）在鉆進中要避免鉆桿超過其縱向彎曲的載荷;（2）減少鉆頭的使用數(shù)量，降低鉆進的成本。為滿足鉆進的經(jīng)濟效益及成本最低要求，減少鉆頭能夠降低鉆井的操作費用。在鉆井過程中，鉆壓的取值會有一定的范圍，因此最小化的成本鉆壓不能保證最大化的機械鉆速。

2.5技術(shù)水平制約鉆井效率

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)。

3.提高石油鉆井效率的對策

3.1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。

3.2最優(yōu)化鉆井（鉆井參數(shù)優(yōu)選）

鉆井參數(shù)表征鉆進過程中可控因素（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，選擇合理的鉆進參數(shù)配合，使鉆進過程達到最優(yōu)的技術(shù)和經(jīng)濟指標(biāo)。

3.3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。

3.4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。

3.5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。

3.6優(yōu)化鉆進參數(shù)

為了進一步提高鉆速，在優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)和優(yōu)選鉆頭的同時，分別在上部地層和下部地層開展了優(yōu)化鉆進參數(shù)試驗。鉆進上部地層時，將轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速由原來的117～135r/min提高到175～205r/min，鉆壓由原來的120～140kN提高到160～180kN，通過強化鉆進參數(shù)機械鉆速提高35.04%。鉆進下部地層時，鉆壓由原來的160 kN提高到220kN，機械鉆速提高了42.78%。

3.7采用近平衡鉆井工藝技術(shù)

采用近平衡鉆井的主要目的是通過水力能量來實現(xiàn)井底巖石的清洗。尤其是深井，較大的壓差是造成鉆速低的一個非常重要的原因，井底的巖石和鉆頭破碎產(chǎn)生的巖屑會因為鉆井液的壓持作用而很難排出，這種情況隨著地層的加深而加大，同時巖石的強度也逐漸增大。施工中，鉆頭前進時底部的巖石致密且滲透性較差，很難有鉆井液慮失水滲入，即將脫離母體的巖屑會因為液柱壓力作用而被壓住，液柱壓力與地層孔隙的壓力差越大就越嚴(yán)重。

3.8采取的安全措施確保施工效率

鉆井工程程序繁多，工種數(shù)量多，需要高額的投資成本，施工中也面臨來自各個環(huán)節(jié)的風(fēng)險。所以在提高鉆井施工效率的同時要尤為注意對鉆井工程事故的預(yù)防和控制，做好安全措施和管理。應(yīng)用提高鉆井施工效率的先進技術(shù)后，要對操作規(guī)程嚴(yán)格控制，對所有的技術(shù)規(guī)則都要注意，防止造成憋漏;加重按循環(huán)周不能過急，防止壓差過大造成壓漏，等等。

4、結(jié)語

總之，鉆井提速不是簡單的提高鉆速，其最終目的是縮短鉆井周期、降低噸油成本為了提高石油鉆井效率，要優(yōu)化鉆井施工設(shè)計，加強對鉆井施工過程的管理，達到高效鉆探施工管理的技術(shù)要求。要認真分析影響鉆井施工的各種技術(shù)難點問題，結(jié)合當(dāng)前自動化鉆井技術(shù)措施的應(yīng)用，實現(xiàn)鉆井施工管理的目標(biāo)。加強對鉆井施工過程的安全管理，杜絕發(fā)生安全事故，保證順利完成鉆井進尺。不斷研究和應(yīng)用鉆井施工的新技術(shù)措施，適應(yīng)油田開發(fā)不同時期鉆井施工的需要。

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作者簡介：吳海強（1974—），男，助理工程師，從事油田鉆井工作。