關(guān)于影響欠平衡井鉆井速度的原因分析

通過對欠平衡井鉆井過程的分析及總結(jié)，同時查閱大量文獻資料后，發(fā)現(xiàn)影響此類井鉆井速度的因素主要是地質(zhì)因素和工程因素。本文主要分析了工程因素對鉆井速度的影響，同時對欠平衡井鉆井施工提出了一些改進措施。

欠平衡井鉆井的技術(shù)現(xiàn)狀

欠平衡鉆井技術(shù)是20世紀90年代在國際上成熟并迅速發(fā)展的一項鉆井新技術(shù)。欠平衡鉆井分為：氣體鉆井、霧化鉆井、泡沫鉆井、充氣鉆井、淡水或鹵水鉆井液鉆井、常規(guī)鉆井液鉆井和泥漿帽鉆井。在美國，欠平衡鉆井技術(shù)被稱為上游石油工業(yè)新技術(shù)，已經(jīng)成為鉆井技術(shù)發(fā)展熱點，并越來越多地與水平井、多分支井及小井眼鉆井技術(shù)相結(jié)合。國外欠平衡鉆井技術(shù)主要集中在井控、鉆井液、程序設(shè)計、特殊工具等方面。

目前，應(yīng)用欠平衡技術(shù)鉆井已有20多個國家，技術(shù)先進的國家包括美國、加拿大、英國、阿根廷、墨西哥等國。這些欠平衡技術(shù)先進的國家，創(chuàng)造欠平衡條件采用的常用技術(shù)有：邊噴邊鉆、泥漿帽鉆井、立管氣體注入、環(huán)空氣體注人、連續(xù)油管鉆井。水、地層水、海水、淀粉水、柴油、原油都曾用做欠平衡鉆井的循環(huán)工作介質(zhì)。散裝或膜濾氮氣、工業(yè)廢氣、空氣、氮氣和空氣的混合氣、天然氣和空心玻璃球都作為減輕劑或發(fā)泡劑。這些對于我們開展此類井的鉆井具有一定的參考價值。

欠平衡鉆井技術(shù)的特點

欠平衡鉆井技術(shù)能夠迅速發(fā)展是因為它能很好的克服鉆井作業(yè)過程中的難題并避免一些復(fù)雜情況的發(fā)生、能有效地降低油氣田的勘探開發(fā)成本。從目前國內(nèi)外研究及應(yīng)用情況來看，其具有以下幾方面的優(yōu)缺點：

優(yōu)點：減少對油氣層的傷害，有效保護油氣層，提高油氣井的產(chǎn)量；實時發(fā)現(xiàn)地質(zhì)異常情況，及時評價低壓低滲油氣層；有效控制漏失，減少和避免壓差卡鉆等井下復(fù)雜情況的發(fā)生，減少作業(yè)和相關(guān)的費用；提高機械鉆速，延長鉆頭使用壽命，縮短鉆井周期，降低鉆井成本；可以在鉆井過程中生產(chǎn)油氣。

缺點：循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性（壓力波動）；油層傷害（過平衡狀態(tài)，逆流自吸，地層液體配伍，出砂等）；井壁穩(wěn)定性（力學(xué)，物理，化學(xué)作用）；安全問題（井下爆炸或燃燒，井控問題，H2S腐蝕）；經(jīng)濟因素（設(shè)備，材料，環(huán)境問題）。

欠平衡鉆井相關(guān)技術(shù)分析

對于直井或水平井的欠平衡鉆井來說，篩選合理的油氣藏是非常必要的。通過研究油氣藏的構(gòu)造圖以及收集和分析相關(guān)的數(shù)據(jù)，可以描述出油氣藏為均質(zhì)油氣藏還是非均質(zhì)油氣藏。需要提供和研究的油氣藏數(shù)據(jù)參數(shù)包括油氣比原油的API密度、平均孔隙度、平均滲透率、地層體積指數(shù)、壓力、溫度和含水量，這些基礎(chǔ)參數(shù)的準確率是能否保證鉆井成功的最直接的資料。另外，油氣藏的構(gòu)造資料、注水、注氣以及原油粘度都在“區(qū)分油氣藏特征”方面起著一定的作用。在油氣鉆井的選位、設(shè)計、施工、篩選和前期決策上，應(yīng)該形成由鉆井工程師、油藏工程師、地質(zhì)工程人員、采油專業(yè)人員、欠平衡鉆井專家、HSE管理專業(yè)人員等組成的團隊來完成。并要認真按照以下篩選程序進行：

分析確定用簡單的欠平衡鉆井技術(shù)能否完成這口井；以現(xiàn)有數(shù)據(jù)能否證明欠平衡鉆井技術(shù)在此油氣層中優(yōu)于過平衡鉆井技術(shù)；用欠平衡鉆井技術(shù)潛在的風(fēng)險和事故；該地層能否承受住壓力降低而不出現(xiàn)坍塌事故；長期的油氣層優(yōu)選與采用欠平衡鉆井技術(shù)的選擇是否科學(xué)；初始油井設(shè)計和現(xiàn)有井控設(shè)備是否能滿足油氣藏開發(fā)標準；

鉆進參數(shù)的影響

在欠平衡井鉆井過程中，可控因素中的鉆進參數(shù)對鉆井速度的影響不容忽視，如：鉆頭類型、鉆頭噴嘴直徑、鉆頭水功率、鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵壓、排量等。在客觀條件一定的情況下，一般的正常鉆井通常通過控制鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵壓及排量來提高機械鉆速。一般情況下鉆壓越大，轉(zhuǎn)速越高，機械鉆速就越高。而且一般遵從的規(guī)律是上部地層對轉(zhuǎn)速比較敏感，下部地層對鉆壓比較敏感。因此，對于欠平衡井，鉆遇上不松軟地層時，采用低鉆壓，高轉(zhuǎn)速；鉆遇下部堅硬地層時，采用低鉆壓，高轉(zhuǎn)速。如果鉆壓或轉(zhuǎn)速控制不當，一方面會影響機械鉆速，另一方面會加劇鉆頭的磨損，進而影響鉆頭的使用壽命。在考慮鉆壓和轉(zhuǎn)速的同時，還應(yīng)調(diào)節(jié)好泵壓，泵壓不能太大，也不能太小，泵壓適當最好。若泵壓太小，則井底破碎的巖屑不能及時返出，造成巖屑的二次破碎；若泵壓太大，則產(chǎn)生井底壓差，井底壓差對剛破碎的巖屑有壓持效應(yīng)，阻礙井底巖屑的及時清除，影響鉆頭的破巖效率。總之，在鉆井過程中應(yīng)根據(jù)實際情況適時的調(diào)節(jié)鉆進參數(shù)，只有這樣才能高速有效的鉆進。

鉆井工具的影響

鉆井工具近年來取得了長足的進步。對于普通鉆井通常采用的常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆井，由于這種傳統(tǒng)的鉆井方式的鉆井速度很低，已不能適應(yīng)如今飛速發(fā)展的新鉆井行業(yè)。為了適合不同欠平衡井鉆井參數(shù)的要求，對提高鉆井速度，已經(jīng)采用“PDC鉆頭+井下動力鉆具+轉(zhuǎn)盤鉆”的復(fù)合鉆井方式，其具有如下優(yōu)點：

由于復(fù)合鉆進的鉆頭轉(zhuǎn)速是鉆機Ⅱ檔速的2倍，接近Ⅰ檔速的4倍，大幅度提高機械鉆速很容易實現(xiàn)。復(fù)合鉆進的高轉(zhuǎn)速適合于PDC鉆頭剪切地層的切削特點。井眼軌跡平滑。導(dǎo)向鉆進和滑動鉆進相結(jié)合的間隔變換，易于控制狗腿度，保證井下安全。鉆具結(jié)構(gòu)得到有效簡化。復(fù)合鉆進時鉆壓一般<100-120kN，少下或不下鉆鋌即可完成鉆進要求，粘卡機率大大降低。高效PDC鉆頭配合動力鉆具鉆井，避免了高轉(zhuǎn)速下牙輪軸承的先期失效，不會發(fā)生掉牙輪事故。導(dǎo)向鉆具結(jié)構(gòu)若采用MWD監(jiān)測井眼軌跡，更能發(fā)揮優(yōu)勢。2005年以來，黃河鉆井總公司在近90口井的深部及中深部地層利用井下動力鉆具復(fù)合鉆進技術(shù)提高鉆井速度，效果明顯。鉆井五公司在豐深4井深部地層應(yīng)用復(fù)合鉆井技術(shù)，提高機械鉆速效果十分明顯，是常規(guī)鉆井速度的2.96～3.72倍。

鉆井液的影響

鉆井液是鉆井工作中的重要載體，對鉆井進度質(zhì)量的影響至關(guān)重要。影響機械鉆速的主要是鉆井液的粘度、鉆井液的密度及鉆井液中的固相含量三方面。

固相含量。固相含量對鉆進速度和鉆頭消耗量都有嚴重的影響，一半應(yīng)盡量采用固相含量低于4%的低固相鉆井液。

粘度。若鉆井液粘度增大，將會增大環(huán)空壓降，使井底壓差增大，鉆速降低；鉆井液粘度增大，鉆柱內(nèi)壓耗增大，在泵壓一定時鉆頭壓降減小，鉆頭誰功率減小，清巖和破巖能力降低，鉆速下降。若鉆井液粘度太小則會降低鉆井液的攜砂能力，使巖屑不能及時返出井口，進而影響鉆速。

密度。鉆井液密度越大，井內(nèi)液柱壓力越大。在井內(nèi)液柱壓力大于地層空隙壓力的情況下，產(chǎn)生一個正壓差。在正壓差作用下，井底巖屑難以離開井底，造成重復(fù)破碎現(xiàn)象，鉆速降低。若密度太小不足以壓住井下流體，可能會導(dǎo)致井噴危險。

設(shè)備對鉆進速度的影響

鉆井設(shè)備對鉆井速度的影響不容忽視，在一口井的鉆井周期中，由于設(shè)備問題導(dǎo)致鉆井周期延長的時間占絕大部分。設(shè)備的影響大體分為以下幾種情況：

鉆機配置不能滿足鉆井需要，如鉆機動力不足、鉆頭硬度不夠等。

設(shè)備沒有進行定期維護和檢修，經(jīng)常發(fā)生故障而延誤工期，如陽試1井柴油機、泥漿泵、氣泵等大型設(shè)備多次發(fā)生故障。

鉆具陳舊，性能下降，增加了井下事故發(fā)生的頻率，如陽試1井發(fā)生過1次鉆鋌脫扣，1次鉆桿脫扣，2次鉆桿折斷。

井場常用工具配備不齊全而延誤工期，如陽試1井多次發(fā)生鉆具折斷而無打撈工具公錐和母錐；無備用鉆頭。

除了以上原因外，因地理、氣候條件所限贊成的供應(yīng)不及時等原因，也會對鉆井速度有一定的影響，特別是水和柴油的及時供應(yīng)等，如果出現(xiàn)問題將嚴重影響工期。針對這種情況，要提前儲備足夠的水和柴油，避免了雨雪天氣由于缺少水和柴油而延誤工期。

總之，欠平衡鉆井數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)對鉆井全過程進行數(shù)據(jù)采集、計算和分析，依據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果對整個工藝過程進行監(jiān)督和指導(dǎo)，確保欠平衡鉆井安全順利的完成。影響欠平衡井鉆井速度的因素有很多，在實際鉆進施工中，應(yīng)妥善選擇方案，確保施工的順利進行。

（作者簡介：長城鉆探工程有限公司

生產(chǎn)協(xié)調(diào)處遼河分部）