淺析提高中深井鉆速的方法

相輝

摘要：加快鉆井速度，提高機械鉆速是我們每一個鉆井隊的工作目標(biāo)。通過公司大量中深井資料的分析結(jié)合鉆井現(xiàn)場經(jīng)驗，找出了深井鉆速慢的原因和制約因素，并進行了研究，除了地質(zhì)構(gòu)造的影響外，其他的都可以通過科學(xué)的制定措施來防止影響鉆速的原因出現(xiàn)，首先，優(yōu)選鉆頭、合理使用鉆井參數(shù)等，其次是泥漿的合理投入，尤其是在泥漿成本一降再降的形勢下，作為決策者能否做到理智的投入是保證井下正常的關(guān)鍵。再者，是嚴(yán)防井下事故復(fù)雜的發(fā)生，事故復(fù)雜對鉆井隊的經(jīng)濟效益影響巨大。鉆井有句俗語：鉆井不停就是快。其他還有就是人員素質(zhì)的影響。鉆井是一件細活，有許多影響因素，經(jīng)多方的總結(jié)構(gòu)成了新的技術(shù)方案，經(jīng)實際運用證明，該技術(shù)方案解決了存在的問題，適合勝利油田地質(zhì)情況，使鉆井速度有了大幅度的提高，施工周期得到了明顯的縮短。

關(guān)鍵詞：原因分析；提高深井；鉆速；措施

一、影響鉆速的原因分析

（一）由于地質(zhì)因素和井身結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，造成復(fù)雜情況，影響鉆速

深井和超深井所 鉆地層跨越的地質(zhì)年代較多，地質(zhì)條件變化大，同一井段包括梯度相差較大的多層壓力體系和復(fù)雜地質(zhì)情況。在鉆井過程中，這些情況往往容易引起井漏、井噴、井斜、井壁垮塌和卡鉆等事故。特別是對于新探區(qū)，常因地質(zhì)情況不明、地質(zhì)預(yù)告不準(zhǔn)而導(dǎo)致井身結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，造成鉆井過程中的復(fù)雜情況而延誤鉆井周期。

（二）大井徑井眼機械鉆速低

一般情況下，油田3000～4000m深的探井、生產(chǎn)井等，444.5mm鉆頭鉆達井深200～500m就可以滿足井身結(jié)構(gòu)要求，隨著井深的增加，巖石的硬度和強度相應(yīng)增加，地層可鉆性對大直徑鉆頭變差，機械鉆速明顯下降。

通過對中深井鉆頭使用資料的分析，我們認為311.2mm以上大直徑井眼鉆速慢的主要原因如下。

1. 國產(chǎn)大尺寸鉆頭結(jié)構(gòu)單一、型號少，不能滿足深井段地層巖性變化的要求

國產(chǎn)444.5mm銑齒牙輪鉆頭主要有P1、P2、P3等型號，鑲齒牙輪鉆頭主要有XHP2、XHP3等型號，這些型號的鉆頭只適合上部軟地層。隨著444.5mm鉆頭所鉆井段深度的增加，地層巖性變化較大，如經(jīng)常遇到致密難鉆的硬塑性泥巖等，現(xiàn)有型號的444.5mm牙輪鉆頭很難滿足地層變化的需要，這樣大大影響了大直徑井眼的機構(gòu)鉆速。

2. 破巖機械能量不足

衡量破巖效率低的綜合技術(shù)指標(biāo)常采用破碎單位體積巖石所需消耗的能量。對旋轉(zhuǎn)鉆井來說，機械能量常以在鉆頭上所加單位井底面積鉆壓和鉆頭轉(zhuǎn)速兩項指標(biāo)的乘積來衡量。調(diào)查資料表明，目前我國444.5mm鉆頭所加的鉆壓與311.2mm鉆頭所加的鉆壓基本上差不多，而444.5mm鉆頭鉆1m井深的破巖量是311.2mm鉆頭破巖量的207%，是215.9mm鉆頭破巖量的424%。在上部軟地層井段所需機械破巖能量小，水力因素影響較大，444.5mm和311.2mm鉆頭二者在機械鉆速上的差別不明顯，但隨著井深的增加，地層逐步變硬，大尺寸鉆頭破巖機械能量不足的影響因素就越來越顯示出它的重要性。遇到難鉆地層，機械能量不足會明顯影響鉆頭的機械鉆速。在條件許可的前提下，必須提高鉆頭鉆壓和轉(zhuǎn)速這兩個參數(shù)來提高鉆頭的破巖機械能量。

3. 水力能量不足，井底巖屑清除不凈

444.5mm井眼直徑比311.2mm 井眼直徑要大42.9%，比215.9mm井眼直長徑要大106%，而444.5mm井眼井底面積是311.2mm井眼的2.04倍，是215.9mm井眼的4.24倍。因此，為了保證攜帶所鉆巖屑所需販最低返速，要求鉆井液排量一般至少不低于50L/s，而目前我國444.5mm井眼仍然采用127mm內(nèi)加厚鉆桿。在大排量下隨著井深的增加，沿程水力損失大幅度增加，鉆頭可利用水馬力也隨著井深增加而急劇下降。

4.在易斜地區(qū)，為了控制井斜被迫采用小鉆壓吊打

對深探井來說，在易斜井段，目前國內(nèi)尚未有較好的防斜措施，只好采用鐘擺式鉆具組合輕壓吊打，確保井斜不超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，這對較深井段大直徑井眼的機械鉆速影響較大。

5.鉆井液性能和凈化條件也是影晌大直徑井眼機械鉆速的一個重要因素

在大直徑井眼鉆井過程中，常因鉆井液返回速度低、凈化不好、流變性差，井眼凈化不好，加上遇到易塌的泥巖或滲透性好的砂巖，有些地區(qū)導(dǎo)致起下鉆遇阻遇卡、井壁垮塌、井眼縮徑，形成井下復(fù)雜情況而影響了鉆井速度。

二、提高深井鉆速的有效措施

通過前面的分析，我們認為提高深井、超深井機械鉆速的關(guān)鍵是抓住兩頭，推動中間，加強復(fù)雜情況的監(jiān)測和預(yù)報，研究適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)情況的鉆井液體系，為設(shè)計出合理的井身結(jié)構(gòu)創(chuàng)造有利條件。下面我們就以上問題分別進行討論。

（一）提高大直徑井眼鉆速的幾項有效技術(shù)措施

①增加444.5mm鉆頭的品種和類型，加強鉆頭合理選型。

各油田針對地層巖性特點，與鉆頭廠合作開發(fā)新型444.5mm牙輪鉆頭或PDC鉆頭，提高鉆頭質(zhì)量，強化鉆頭使用措施。在擴大鉆頭品種的同時，加強對地層可鉆性的研究和分析，根據(jù)地層具體情況選擇合理的鉆頭類型、鉆井方式和配套鉆井工藝。

②強化鉆井參數(shù)，提高井底破巖機械能量。

444.5mm井眼采用大鉆壓鉆進，井隊必須配備足夠的大尺寸鉆鏈。另一方面，在保持目前單位鉆壓不變的條件下，將鉆頭轉(zhuǎn)速提高到180～250r/min，同樣也會使機械鉆速有較大幅度的提高。要想達到此目的，我們必須采用中轉(zhuǎn)速大扭矩的井下動力鉆具來鉆進。

③強化水力參數(shù)、提高井底和井眼凈化能力。

由于目前大尺寸井眼采用127mm內(nèi)加厚鉆桿，在50～60L/s的鉆井液排量下，大量水力能量都消耗在鉆桿內(nèi)。如采用139.7mm內(nèi)平鉆桿則井底可利用水馬力和噴射速度將會大幅度增加。

在提高井底水馬力的條件下，進一步改善井底流場，增加水力清巖效果，可防止大尺寸井眼巖屑清除不凈的死角存在和巖屑的重復(fù)切削。采用組合噴嘴、加長噴嘴、斜噴嘴和中心噴嘴的不同組合，取得最佳的清巖效果，是提高大尺寸井眼機械鉆速見效快的措施之一。

④ 根據(jù)鉆頭類型選擇合適的動力鉆具，可大幅度提高深部井段機械鉆速。

目前，國際鉆頭制造商均在努力提高牙輪鉆頭的轉(zhuǎn)速，延長鉆頭在高轉(zhuǎn)速下的使用壽命，以滿足不同類型動力鉆具的要求。美國HUGHES公司生產(chǎn)的ATX牙輪鉆頭轉(zhuǎn)速可達200r/min，ATM金屬密封滑動軸承牙輪鉆頭轉(zhuǎn)速可達250～300r/min，MAX金屬密封滾動軸承牙輪鉆頭轉(zhuǎn)速可達350r/min。SMITH公司生產(chǎn)的MF3H牙輪鉆頭的工作轉(zhuǎn)速為70～ 250r/min，M2SD牙輪鉆頭的轉(zhuǎn)速范圍為70～280r/mino針對上述高速牙輪鉆頭，選擇合適的螺桿鉆具、螺桿一渦輪組合鉆具或帶減速器的渦輪鉆具（180～250r/min），可大幅度地提高深部井段的機械鉆速。

⑤ 良好的鉆井液流變性能和固控凈化條件也可提高機械鉆速。

良好的鉆井液流變性能，不僅可以提高井底的凈化能力，還能在大井眼環(huán)空低返速條件下提高攜巖能力，保證井眼得到良好的凈化。合理控制固相含量也能減少井下工具的磨損，提高鉆井速度。