最優(yōu)化鉆井技術(shù)在陜北石油鉆井中的應用與推廣

張憲

摘 要：本文結(jié)合陜北石油鉆井實際情況，深刻討論了最優(yōu)化鉆井的基本理論，從鉆井的井身結(jié)構(gòu)、水力參數(shù)、泥漿性能、鉆壓、以及鉆頭類型等方面分析了陜北石油鉆井施工中最優(yōu)化鉆井的設(shè)計程序，提出了今后陜北石油鉆井中發(fā)展的方向。

關(guān)鍵詞：陜北地區(qū)；最優(yōu)化鉆井；鉆井參數(shù)

一、最優(yōu)化鉆井設(shè)計程序

首先在充分掌握陜北地區(qū)所有地質(zhì)鉆井資料的基礎(chǔ)上，按照平衡鉆井技術(shù)要求，確定該井的地質(zhì)分層深度、井段的泥漿密度、測定和繪制破裂壓力以及地層孔隙壓力的梯度曲線，優(yōu)選井身結(jié)構(gòu)參數(shù)并設(shè)計各層套管柱的強度。其次，分析參考井的水力參數(shù)，設(shè)計井的泥漿泵效率和井身結(jié)構(gòu)，優(yōu)選水力參數(shù)。再次，根據(jù)以前鉆井中收集整理的資料，通過成本分析，選定鉆井成本最低的鄰近井作為設(shè)計的主要參考井，參照參考井的相應措施和鉆井承包商的投標資料，具體分析最大泵壓排量對鉆井成本的影響和各類鉆頭的起下鉆時間，優(yōu)選鉆機類型。次之，綜合分析設(shè)計井的水力參數(shù)和泥漿性能對鉆井工作的影響，調(diào)整最優(yōu)泥漿性能和水力參數(shù)。最后，根據(jù)參考井的鉆頭使用情況，優(yōu)選鉆頭類型和相應的鉆壓。

二、優(yōu)選井身結(jié)構(gòu)

根據(jù)抽汲壓力允差和地層孔隙壓力梯度，確定各井段的最小泥漿密度；根據(jù)壓力激動允差、井眼穩(wěn)定等工程附加量和井內(nèi)最大泥漿密度，確定施工泥漿密度，并繪制井內(nèi)壓力梯度曲線，其中技術(shù)套管應下的適易深度為地層破裂壓力梯度與井內(nèi)壓力梯度曲線的交點。從陜北地區(qū)鉆孔的深度分析，一般鉆孔深度在2000m以內(nèi)，為低滲透油層，因此，從油井的鉆井費用、出油率、安全性等方面綜合考慮，優(yōu)選全套管井的典型井身結(jié)構(gòu)。

三、優(yōu)選泥漿性能

泥漿性能是影響鉆井速度、確保鉆井作業(yè)安全的重要因素。從理論上分析，泥漿的性能與鉆速之間有著密不可分的影響，其中泥漿密度對鉆速的影響最大，密度越高則鉆速越慢。在實際作業(yè)中，泥漿粘度主要通過攜帶巖屑、清洗井底和改變循環(huán)壓等作用間接影響鉆速，但在增加泥漿粘度的同時也提高了泥漿攜帶巖屑的能力。在泥漿性能選擇中，務必選用剪切稀釋特性較強，且粘度隨著剪切速率的增加而相應下降的泥漿。在鉆頭水眼噴向井底時，這種泥漿的粘度很低，有利于提高鉆速，清洗井底，一旦進入環(huán)形空間以后，泥漿的粘度隨著剪切速率的下降而大幅度升高，泥漿攜巖能力隨之提高。

因為鉆井泥漿是具有符合冪律模式的假塑性液體，所以在優(yōu)選泥漿的流變性能時務必根據(jù)稠度系數(shù)和流性指數(shù)。增加稠度系數(shù)則可提高泥漿的攜巖能力，減小流性指數(shù)可提高泥漿的剪切稀釋性能，為了得到最優(yōu)的泥漿，務必選用具有最優(yōu)稠度系數(shù)和流性指數(shù)的泥漿。

四、優(yōu)選水力參數(shù)

水力參數(shù)的選擇對于鉆進速度的影響較大，涉及泥漿流變學和環(huán)空水力學等知識。其中探討巖屑的滑落和攜帶以及巖屑濃度對鉆井的影響，對提高機泵的工作參數(shù)以及機泵進行噴射鉆進具有重要的意義。實踐證明，當最大環(huán)隙的上返流速在0.5-1m/s之間時，沖洗液的流態(tài)為紊流，并且攜帶巖粉的效果最佳。所以，在實際作業(yè)中，務必要求沖洗液的上返速度大于0.5m/s。其中，最優(yōu)的上返流速為0.75m/s，泵量為1200L/min。

五、優(yōu)選鉆頭類型

在具體作業(yè)中，鄰近井的鉆頭資料越多，各項記錄就越精確可靠，從而優(yōu)選鉆頭的準確性也越高。鉆進速度（機械鉆速或行程鉆速）、鉆頭進尺以及鉆頭單位進尺成本是分析鉆頭工作效益的主要對比指標。由于成本指標全面反映鉆頭工作的經(jīng)濟效益，所以在鉆頭類型選擇中一般采用成本指標作為鉆頭工作效益評價標準。其公式為C=〔B+R（T+t）〕/F（元/m）。其中C為鉆頭單位進尺成本；B為鉆頭成本；T為鉆頭工作時間；t為起下鉆時間；R為鉆機作業(yè)費；F為鉆頭進尺。

由于地層不同，作業(yè)中所優(yōu)選的鉆頭類型也不相同，并且在鉆頭類型選擇時，務必考慮鉆頭的齒型，在陜北石油鉆井中，鉆頭主要采用鑲齒鉆頭，并且在硬地層選擇球形齒，在中硬地層選擇楔形齒，在軟地層選擇瓢形齒和楔形齒。

六、優(yōu)選鉆壓

在井底清洗良好的條件下，機械鉆速與與轉(zhuǎn)速的幕成正比，與鉆壓成正比。

在石油鉆井工程中，鉆壓主要來自于鉆挺加壓，鉆具組合中的點務必落在最上面的鉆挺上，使鉆桿處于受拉狀態(tài)，實踐證明當鉆挺的總質(zhì)量為最大鉆壓的1.2-1.3倍之間時，才能達到鉆頭以體積方式破巖。

結(jié)論：最優(yōu)化鉆井技術(shù)是實現(xiàn)科學鉆井的重要手段，但由于各地區(qū)的地質(zhì)條件千差萬別，所以務必根據(jù)本地區(qū)油田的基本情況全面收集資料，進行準確的理論計算，這樣才能適應本地區(qū)的鉆井情況，同時大力加強技術(shù)培訓，不斷提高鉆井技術(shù)人員和工人的技術(shù)素質(zhì)，為陜北地區(qū)普遍推廣最優(yōu)化鉆井技術(shù)創(chuàng)造必要的條件。

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