淺析優(yōu)選淺層水平井鉆井參數(shù)

衣利明

摘 ?要：鉆井參數(shù)的優(yōu)選是用最優(yōu)化理論來分析和處理鉆井中的數(shù)據(jù)和資料，從而獲得最佳鉆井效益的重要依據(jù)，它可使鉆井進程保持在最優(yōu)的經(jīng)濟狀態(tài)。而我們所討論的淺層水平井機械鉆速比較容易提高因而通過優(yōu)化鉆井參數(shù)和鉆頭參數(shù)就可以大大縮短完井周期提高鉆井效率，從而節(jié)約成本達到降本增效的雙贏目的。本文著重分析淺層水平井的鉆頭參數(shù)鉆井參數(shù)選擇情況，并對鉆井所遇到的問題提出了一些建議。

關(guān)鍵詞：優(yōu)選;鉆井參數(shù);鉆頭參數(shù);淺層水平井

引言

作者從事定向井施工多年，有機會在國內(nèi)大部分油田實施過各種井型和不同深度的鉆井作業(yè)，其間先后在勝利油田、塔里木油田、華北油田和冀東油田的許多區(qū)塊進行過大量的淺層水平井的施工。作者從多年的施工經(jīng)驗看來，淺層水平井既普通水平井的特性，又有其獨特的施工特點，因此在施工過程中淺層水平井體現(xiàn)出一定的鉆井工程的難點和復(fù)雜性，其主要表現(xiàn)在：

（1）直井段鉆柱重量輕，造斜段前期施加鉆壓困難。

（2）地層松軟，工具實際造斜率難以確定，部分油層落實不夠精確，要求井身剖面能夠?qū)Υ股钫`差進行一定的調(diào)整，使井眼軌跡控制難度進一步增大;

（3）地層巖性不均質(zhì)，表現(xiàn)為夾層多，鉆速時快時慢，且同一巖性結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜。

（4）設(shè)計造斜率高，施工井段短，鉆井液攜砂困難。

以上這些問題對淺層水平井鉆井的提速提出了嚴峻挑戰(zhàn)，能否解決鉆頭參數(shù)和鉆井參數(shù)的優(yōu)選這個鉆井難題也關(guān)系到鉆井完成計劃和勘探開發(fā)的總體效益。

一、鉆井參數(shù)優(yōu)選的基礎(chǔ)

1、優(yōu)選參數(shù)的條件

1.1 配置有相應(yīng)的鉆井技術(shù)裝備和鉆井參數(shù)采集系統(tǒng);

1.2 有反映本地區(qū)鉆井特點的鉆井數(shù)據(jù)庫、程序庫;

1.3 配備有優(yōu)選參數(shù)鉆井設(shè)計、計算的軟件包和相應(yīng)的計算機及輔助設(shè)備。

2、優(yōu)選參數(shù)的目的是根據(jù)不同地層、井段、及鉆頭類型，選擇合理的鉆壓、轉(zhuǎn)速及排量，以獲得最大鉆速同時根據(jù)經(jīng)濟效果延長鉆頭使用壽命。

3、優(yōu)選鉆井參數(shù)和鉆頭參數(shù)的依據(jù)是：

3.1選用的鉆井參數(shù)應(yīng)保證鉆頭工作平穩(wěn)，以不產(chǎn)生蹩跳鉆作為先決條件。

3.2調(diào)整鉆井參數(shù)時應(yīng)以機械鉆速的提高作為參考依據(jù)進行，否則應(yīng)適當退回原先的參數(shù)。

3.3 適應(yīng)地層巖性，提高機械鉆速，適合定向施工。

3.4 提高鉆井液射流對井底巖屑的沖刷和攜帶作用。

二、鉆井參數(shù)的優(yōu)選方法

1、機械參數(shù)

1.1 不同的地層需要不同的破巖的機械能量，但是淺層水平井由于整體井段比較短，相對來說定向施工井段長，復(fù)合鉆進井段短且控制要求嚴格，因此一般同一區(qū)塊采用一套的鉆具組合進行施工，因此鉆壓和鉆速在軌跡控制和提高鉆速方面起到非常重要的的作用。大量的施工資料統(tǒng)計表明，鉆壓和轉(zhuǎn)速在鉆速總變異中所占權(quán)重分別為21.84%和41.66%，這兩項共占63.5%，機械參數(shù)的重要性可見一斑。

1.2 牙輪鉆頭轉(zhuǎn)速的高低關(guān)系到牙輪齒接觸巖石的速度，關(guān)系到巖石的沖擊作用和齒間交替縱振頻率沖擊破巖的作用，對鉆進效率影響很大。當轉(zhuǎn)速增加時，輪齒對巖石產(chǎn)生的沖擊速度也增加，而沖擊功也隨著增加，可有效地提高鉆進效率;從安全角度來講，轉(zhuǎn)速超過了鉆頭的額定轉(zhuǎn)速，鉆頭的軸承、密封及鎖定裝置會加速磨損而提早失效;轉(zhuǎn)速偏低時，則會影響鉆進效率的提高;從軌跡控制來講，轉(zhuǎn)速的快慢影響水平段的方位變化，轉(zhuǎn)速快，方位增速快，轉(zhuǎn)速慢，方位增速慢。鉆頭轉(zhuǎn)速能保護鉆頭、提高鉆進效率及優(yōu)化井眼軌跡。

1.3以新疆油田某淺層水平井為實例進行說明，此井創(chuàng)造了同類型同區(qū)塊鉆井周期最短紀錄。此井采取的機械參數(shù)如下：

鉆頭順利到達井底，先小鉆壓20kN進行鉆頭的井底造型，進入造斜段，前期采用40kN鉆壓定向鉆進，機械鉆速為21.45m/h，造斜率滿足設(shè)計要求，后期120kN高鉆壓定向鉆進，機械鉆速為12.14m/h，造斜率高，復(fù)合井段較多;進入水平段，開始使用鉆壓60kN、轉(zhuǎn)速20r/min復(fù)合鉆進，機械鉆速為15.23 m/h，井斜微降，方位小飄，后調(diào)整鉆壓到100kN，轉(zhuǎn)速40r/min復(fù)合鉆進，機械鉆速為23.37m/h，井斜微增，方位穩(wěn)定，后滑動鉆進3m，而后調(diào)整鉆壓到80kN，轉(zhuǎn)速40r/min復(fù)合鉆進，機械鉆速為20.19m/h，此后井斜較穩(wěn)，方位也較穩(wěn)，此后只滑動微調(diào)了3次，并以此機械參數(shù)施工完450m水平段。

2、水力參數(shù)

2.1 對不同的地層破巖機械能存在一個最低值，提高破巖能力還要相應(yīng)提高井底水馬力，才能獲得較高的轉(zhuǎn)速，從而達到提高鉆速目的。

2.2 當泵的條件受到限制時，根據(jù)滿足環(huán)空返速條件選擇鉆片泵的額定泵壓。現(xiàn)場最優(yōu)泵壓就是在用泵的最高工作泵壓，一般取額定泵壓的75%左右。

三、鉆頭參數(shù)選擇

1、根據(jù)地層可鉆性選擇鉆頭，就會取得鉆速高、進尺多、降成本的效果。為此，建立淺層水平井地層級別與鉆頭類型的對應(yīng)關(guān)系，就可以確定所鉆井段的級值與適合于這種級別地層的鉆頭類型。充分考慮巖石特性與鉆頭的相互關(guān)系，就可以選好在每一個區(qū)塊所使用的鉆頭類型。

2、淺層水平井選用高轉(zhuǎn)速的鑲齒滑動軸承牙輪鉆頭或鑲齒滾動軸承牙輪鉆頭，配合高轉(zhuǎn)速、大壓降、大扭矩的螺桿鉆具，使用時注意以下幾點：

（1）牙輪鉆頭的排量30L/m-50 L/m，鉆壓40～120kN左右為宜。

（2）在扭矩不太大和運轉(zhuǎn)平穩(wěn)的條件下，高轉(zhuǎn)速為宜。

（3）地層硬度較高，鉆頭工作不平穩(wěn)，鉆頭縱向振動和橫向擺動力都會加劇鉆頭磨損，要從鉆具結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)速來調(diào)整。

（4）鉆頭使用前期采用小鉆壓、中后期用大鉆壓。

（5）鉆頭使用前期不要隨意增大鉆壓，遇到低鉆速時要考慮可能是硬夾層的影響，如果鉆壓過大會嚴重損壞鉆頭，這時用小鉆壓鉆進有利于減小鉆頭磨損，增加單只鉆頭進尺，只要機械鉆速不低，鉆壓越小越好。

（6）鉆頭純鉆時間不宜超過50小時（當然不同廠家不同型號使用壽命不盡相同，以使用手冊為準），最長進尺不宜超過400m。

3、鉆頭噴嘴是在鉆頭體的適當位置開出的孔道，與鉆頭體內(nèi)腔流道相連通，構(gòu)成了鉆井液由鉆桿內(nèi)部進入井底的通道。

3.1鉆頭水眼大小的選擇應(yīng)滿足以下三個條件

3.1.1井底獲得最大能量。鉆井流體通過鉆頭時，能量損失最小，有助于水力破巖或水力與機械聯(lián)合破巖。

3.1.2合理分配井底能量。噴嘴射流到達井底時，流體流動要滿足巖屑脫離基巖、運移和舉升三個基本動作的協(xié)調(diào)配合，從而獲得最佳的井底凈化效果。

3.1.3有效排屑的通道。

3.2淺層水平井一般采用“一大兩小（等徑）”三個噴嘴組合，比如新疆油田淺層水平井一般造斜段采用14+14+16，水平段采用12+14+14的水眼組合。

四、結(jié)論

（1）對于淺層水平井的鉆井參數(shù)優(yōu)選，應(yīng)建立起具有科學(xué)性、可行性、可操作性的區(qū)塊鉆井模式。從區(qū)域地層可鉆性分析入手，根據(jù)巖性特點找出合適的鉆井參數(shù)組合是提高機械鉆速的有效途徑。

（2）保持排量、轉(zhuǎn)速等參數(shù)不變的情況下，在不同地層、井段，采用不同的鉆壓實現(xiàn)鉆壓的優(yōu)選。如果機械鉆速與鉆壓呈直線關(guān)系，說明該排量已滿足或超過清潔井底所需的排量，會有利于提高鉆井速度。同理，單參數(shù)變，其他不變的分析方法特別適用于淺層水平井的施工。

（3）為達到快速優(yōu)質(zhì)鉆井速度的目的，根據(jù)設(shè)備具體情況，探索合理的鉆壓、排量、轉(zhuǎn)速、泵壓及噴嘴組合等，使鉆井參數(shù)最優(yōu)化。

（4）從滿足水平井施工方面來看，強化鉆井參數(shù)、鉆頭參數(shù)是優(yōu)質(zhì)快速鉆井最佳手段。

參考文獻

[1] ?《鉆井工藝原理》

[2] ?《勝利油田淺海地區(qū)探井優(yōu)化鉆井技術(shù)的實踐與認識》

[3] ?《江漢鉆頭使用手冊》

[4] ?《鉆井手冊（甲方）》

[5] ?《優(yōu)選參數(shù)鉆井基本方法及應(yīng)用》