鉆井工程優化設計對鉆井施工節能降耗提供科學依據

孫景濤 鄭淑杰 李梅 李秀麗

（大港油田公司石油工程研究院 天津 300280）

能源是國民經濟的基礎，關系到社會的可持續發展。節能降耗也是石油企業一項長期戰略任務，近幾年，鉆井科研科技單位認真貫徹《節能法》，堅持“資源開發與節約并舉，把節約放在首位，提高資源利用效率”的工作方針，結合鉆井工程不同區塊、不同井型的特點，加強節能管理，大力推進節能技術進步，提高能源利用效率，節能管理水平不斷提高，取得了較好的經濟效益和社會效益。

鉆井開發過程中需要消耗大量能源，直接間接能源，直接能源包括原油、煤油、水電等，間接能源各種儀器設備、套管、鉆桿各種易耗材料等等。那么作為鉆井工程的第一道源頭工作——鉆井工程設計對能源的合理、科學的優化無疑起著舉足輕重的作用，在2009年大港油田設計單位在鉆井工程節能方面的采取的措施，說明了節能降耗的途徑與對策。通過科學的優化設計實現了節能降耗，挖潛增效，降低成本，為節能降耗作出了貢獻。

1 通過對埕海油田井身結構和鉆井液優化設計避免卡鉆事故，節能效果顯著

埕海油田是大港油田未來幾年產能建設的主要油田之一。但是在2008年的開發實驗階段，鉆井施工并不順利，在實施鉆井的7口井中，有3口井出現卡鉆事故，不僅使鉆具和儀器落井，而且延長了鉆井周期，浪費了大量人力物力資源，同時也制約了開發進程。

因此，2009年開展了埕海油田井身結構和鉆井液等方面優化研究，認為埕海油田特殊巖性地層（頁巖、泥質灰巖）井段的卡鉆復雜事故，是延長鉆井周期、增加成本、浪費資源的主要原因，因此開展解決卡鉆事故發生入手，通過優化井深結構和使用優質鉆井液等方法解決卡鉆事故。

經過2009年對泥頁巖井段地層應力分布、泥頁巖井段地層坍塌因素、泥頁巖井段鉆井液體系優選及性能優化、泥頁巖井段鉆井工藝措施等分析研究，掌握了泥頁巖井段井眼失穩機理，形成了泥頁巖井段井壁穩定技術。通過研究認為：①該區塊卡鉆井段一般在東營組和沙一段，通過優化井身結構延長技術套管下深，把危險井段封起來，為下步安全順利鉆進提供保障；②卡鉆井段東營組地層易水化膨脹造成卡鉆，為此優化優質鉆井液，提出提高鉆井液的抑制性和嚴控鉆井液失水的建議。

在2009年張海29-22L、張海33-22L、張海13-26L、張海21-23L、張海12-22L五口井的鉆井中，沒有發生惡性卡鉆事故，鉆井施工基本順利，平均鉆井周期43.14d，同比鉆井周期縮短32.99%，合計縮短鉆井周期：（55.38-43.14）d×5=61.2d，每天按 5m3水計算，可節約水5×61.2d=306m3。每天發電按1t柴油計算可節約柴油62t。

表1 2008年鉆井經濟技術指標統計表

表2 2009年鉆井經濟技術指標統計表

2 準確對濱海斜坡探區地層壓力進行預測，應用到設計中，避免地層漏失，節能降耗成績突出

濱海斜坡探區存在目的層埋藏深，同一裸眼段壓力系統多、鉆井液密度窗口窄、漏層涌層同存。由于缺少地層壓力資料，使井身結構、鉆井液密度設計缺乏可靠依據，在鉆井過程中可能發生復雜事故，造成鉆井周期的延長和鉆井成本的增加。為此，應從地應力和地層力學特性入手，提高孔隙壓力、坍塌壓力、破裂壓力的預測精度，確保安全、快速鉆井，為濱海地區勘探開發提供技術保障。

2008 年該地區已完鉆濱21、濱海1、濱海4、濱海5、濱海28井。但是在鉆井工程中發生了一些復雜情況。08年完鉆的濱海4井，漏失嚴重，四開井段共漏失泥漿1351 m3。215.9mm井眼4450-5050m井段最大井徑為390.31mm，平均井徑261.59mm，平均擴大率21.16%。濱海5井四開漏失嚴重，總計漏失泥漿 649m3。

因此，2009年開展 《濱海斜坡探區地層壓力預測研究與應用》科研攻關，通過對濱海斜坡探區的巖心取樣分析，根據凱塞爾效應實驗和井壁崩落橢圓法 ，測定了濱海斜坡探區地應力的大小、方向和地層力學特性，為三壓力預測奠定基礎，精確預測孔隙壓力、坍塌壓力、破裂壓力，并應用到設計中。2009年實施的濱海9、濱海8井鉆井液密度設計的符合率達到91.8-92.7%。解決了嚴重塌漏等井下復雜事故，節約了鉆井周期。

表3 09年與08年濱海斜坡探區鉆井指標對比表

《濱海斜坡探區地層壓力預測研究與應用》課題在濱海8、濱海9井應用2口深井，比去年鄰井濱海4、濱海5井平均提縮短鉆井周期9.5d，合計縮短鉆井周期：9.5d×2=19d，每天按 5m3水計算，可節約水5×19d=95m3。每天發電按1t柴油計算可節約柴油19t。同時避免了因鉆井液漏失而遭受的損失。

3 應用優快鉆井技術，鉆井機械鉆速連年攀升

濱海地區儲藏分布較深，而且地層壓力系數大小不一，存在多套壓力層系，深井地層存在高壓油氣水層，鉆井過程中頻繁發生油氣水侵現象，處理這些復雜情況時，往往要采取壓井、排氣等措施，嚴重制約了鉆井速度。

為了提高機械鉆速、縮短鉆井周期，減少鉆井工程事故和復雜，最大程度上保護油氣層，提高勘探、開發效益，對2009年的7口井進行了優化設計，通過對井身結構、鉆具組合、鉆頭的優化及鉆井液優選，采用PDC＋ECD＋LWD一體鉆井技術提高了機械轉速，縮短了鉆井周期。

從表中可以看出2009年濱海地區完鉆井在平均井深增加200m的情況下，機械鉆速提高了10.96%，建井周期縮短了5.07%，鉆井周期縮短了16.22%。濱海地區完成井事故復雜時效由2008年的3.44%降低到2.31%，降幅48.92%。每口井鉆井周期平均縮短7.5天，合計縮短鉆井周期：7.5d×7=52.5d，每天按 5m3水計算，可節約水 5×52.5d=262.5m3。每天發電按1t柴油計算可節約柴油52.5t。

表4 2008年與2009年完鉆深井指標對比表

結論

1、石油工程院設計人員，在節能降耗方面通過一年的共同努力研究，在鉆井工程設計對井身結構優化、組合鉆具優選，鉆井液體系、性能等方面的優選，新技術的應用，為鉆井施工大大降低成本，節約了能源從源頭上提供了科學、準確的依據。

2、提高了設計人員節能意識,依靠技術進步，加強科學管理，建立和完善與市場經濟體制相適應的能源節約與資源綜合利用管理體系和運行機制，促進企業效益的提高。

3、提高節約能源與資源綜合利用技術水平

應用先進適用的節能新技術，把節能與技術進步相結合，擯棄以大量消耗物質資源為主要途徑的粗放型經濟增長方式和企業發展道路。實現技術進步節能。