伊拉克米桑油田定向鉆井水力參數優化分析

張　帆，王勝翔，林　楓，王小文

(1.中國海洋石油伊拉克有限公司，北京100010；2.中國石油大學石油工程教育部重點實驗室，北京102249)

伊拉克米桑油田定向鉆井水力參數優化分析

張帆*1，王勝翔1，林楓1，王小文2

(1.中國海洋石油伊拉克有限公司，北京100010；2.中國石油大學石油工程教育部重點實驗室，北京102249)

井眼凈化始終是斜井鉆井中的關鍵問題之一。為了使現場的工程技術人員較準確地確定井眼清洗水力參數和施工參數，達到指導實際施工的目的，利用WELLPLAN商用軟件對相同尺寸井眼下不同井斜設計時進行水力參數計算，闡明了井斜角對井底鉆井液循環當量密度（ECD）的影響規律。

井斜角；WELLPLAN；井底ECD

進行水力參數優化，選擇合適的排量，可以保證井眼清潔，避免發生復雜事故。相同鉆具組合和鉆井液性能下，隨著井斜角的增加，保持井眼清潔的最小排量增加；因循環壓耗的增加，達到最大泵壓時的最大排量減小。井底當量泥漿密度（ECD）隨環空壓耗的增加而增大，當排量選擇不合理時有可能壓漏地層。在不同井斜設計下，選擇多大的排量，對井底ECD的具體影響如何是現場較為關心的問題。伊拉克某油田在進行定向井設計時，根據實際施工的可能情況，設計了不同造斜率（15°，20°，25°，30°，35°，40°）。本文利用LANDMARK商用軟件的WELLPLAN模塊對不同井斜角下排量進行優化分析，并給出了相應排量下的井底ECD圖版，有利于指導現場施工。

1　理論基礎

水力參數優化設計依賴于計算精度較高的水力參數設計分析軟件，哈里伯頓公司研發的LANDMARK鉆井工程軟件的WELLPLAN模塊在我國得到廣泛使用。其WELLPLAN模塊在進行水力參數設計時，一般步驟為：

（1）根據環空返速或者巖屑濃度要求確定最小排量。

（2）根據達到最大泵壓的條件確定最大排量。

（3）根據最大射流沖擊力、最大鉆頭水功率等優選排量。

鉆井液的當量循環密度(Equivalent Circulating Density，簡寫為ECD)可以定義為鉆井液的當量靜態密度與鉆井液流動造成的環空壓耗當量密度之和：

式中：ρ——鉆井液密度；

ρa——巖屑密度；

Ca——環空巖屑濃度，%；

Δp——環空壓耗。

2　WELLPLAN在伊拉克米桑油田某一口井的水力參數設計計算

伊拉克某油田根據實際情況設計了穩斜段井斜角為15°，20°，25°，30°，35°，40°六種雙增型井眼軌道。設計軌道的造斜點均取自1750m到1900m，穩斜段大體為2000m到2976m。

井身結構見表1。

表1　井身結構設計

所用鉆進參數見表2。

本文以 12-1/4″(2072～28012m)為例，利用WELLPLAN進行水力參數優化，計算模式均采取賓漢模式。

表2　鉆進參數設計

在相同噴嘴組合、鉆井液性能、鉆進參數（鉆速、轉速）和鉆具組合下，隨井斜角增加，攜巖變得越來越困難，最小排量逐漸增加。保持井眼清潔前提下，最小排量隨井斜角度增大依次為：1372,1413,1453,1494, 1534,1575L/min。

鉆井現場多采用F-1600泥漿泵，沖數為120沖/min時，額定泵壓25.5MPa，額定功率1176kW，缸套直徑170mm，額定排量41.51L/s。隨著排量的增加，循環總壓耗增加，當立管壓力達到額定泵壓時的排量為最大允許排量。在相同噴嘴組合、鉆井液性能、鉆進參數（鉆速、轉速）和鉆具組合下，隨著井斜角增大，最大排量依次減小，但彼此間相差不大。最大允許排量隨井斜角的變化如圖1所示。

圖1　最大允許排量隨井斜角的變化

其泵壓、環空壓耗和井底ECD變化如圖2、圖3所示。

圖2　泵壓隨井斜角的變化

相同噴嘴組合及排量下，隨著井斜角增大，泵壓和環空壓耗略有增加，井底環空ECD基本不變（因環空壓耗變化不大，相同鉆井液密度下，井底環空當量密度ECD變化極小）。

圖3　環空壓耗和井底ECD隨井斜角的變化

依次對17-1/4″和8-1/2″井眼進行分析，發現相同規律（相同井眼尺寸下，不同的井斜角采用相同的排量）。不同井眼尺寸的井底ECD隨井斜角變化如圖4所示。

圖4　不同井眼尺寸的井底ECD隨井斜角變化

對不同井斜角下井底ECD進行匯總，可得出以下結論：

（1）同一井眼尺寸下，隨著井斜角增加，井底ECD緩慢增加。

（2）同一井斜角下，隨著井眼尺寸的減小，井底ECD增加幅度增大。

（3）在保持井眼清潔前提下，同一井眼尺寸、垂深，在泥漿性能相同、鉆具組合相同的條件下，影響井底ECD的主要因素為井眼長度：隨井斜角增大，井眼長度增加導致井底ECD緩慢增加。

（4）總的來說，井斜角對井底ECD的影響不顯著。

3　結束語

對伊拉克米桑油田某設計井而言，在井斜角0°～40°范圍內，采用相同的鉆具組合、泥漿性能、鉆進參數及排量時，井斜角對井底ECD影響不大。

[1]華遠信，張桂強，朱偉鴻，等．COMPASS、WELLPLA軟件在鉆井設計和施工中的應用[J].西南石油學院學報2004，26(1).

[2] 韓志勇.定向井設計與計算［M］.北京：石油工業出版社，1995.

[3]Luo,Yuejin,P.A.Bern,D.B.Chambers,BP Exploration.Simple Charts to Determine Hole Cleaning Requirements in Deviated Wells.IADC/SPE 27486.

TE243

A

1004-5716(2015)07-0081-03

2014-07-23

2014-07-23

張帆（1985-），男（漢族），山東聊城人，工程師，現從事油氣田鉆井技術工作。