淺析提高中深井鉆速的方法

相輝

摘要：加快鉆井速度，提高機(jī)械鉆速是我們每一個(gè)鉆井隊(duì)的工作目標(biāo)。通過(guò)公司大量中深井資料的分析結(jié)合鉆井現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，找出了深井鉆速慢的原因和制約因素，并進(jìn)行了研究，除了地質(zhì)構(gòu)造的影響外，其他的都可以通過(guò)科學(xué)的制定措施來(lái)防止影響鉆速的原因出現(xiàn)，首先，優(yōu)選鉆頭、合理使用鉆井參數(shù)等，其次是泥漿的合理投入，尤其是在泥漿成本一降再降的形勢(shì)下，作為決策者能否做到理智的投入是保證井下正常的關(guān)鍵。再者，是嚴(yán)防井下事故復(fù)雜的發(fā)生，事故復(fù)雜對(duì)鉆井隊(duì)的經(jīng)濟(jì)效益影響巨大。鉆井有句俗語(yǔ)：鉆井不停就是快。其他還有就是人員素質(zhì)的影響。鉆井是一件細(xì)活，有許多影響因素，經(jīng)多方的總結(jié)構(gòu)成了新的技術(shù)方案，經(jīng)實(shí)際運(yùn)用證明，該技術(shù)方案解決了存在的問(wèn)題，適合勝利油田地質(zhì)情況，使鉆井速度有了大幅度的提高，施工周期得到了明顯的縮短。

關(guān)鍵詞：原因分析；提高深井；鉆速；措施

一、影響鉆速的原因分析

（一）由于地質(zhì)因素和井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，造成復(fù)雜情況，影響鉆速

深井和超深井所 鉆地層跨越的地質(zhì)年代較多，地質(zhì)條件變化大，同一井段包括梯度相差較大的多層壓力體系和復(fù)雜地質(zhì)情況。在鉆井過(guò)程中，這些情況往往容易引起井漏、井噴、井斜、井壁垮塌和卡鉆等事故。特別是對(duì)于新探區(qū)，常因地質(zhì)情況不明、地質(zhì)預(yù)告不準(zhǔn)而導(dǎo)致井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，造成鉆井過(guò)程中的復(fù)雜情況而延誤鉆井周期。

（二）大井徑井眼機(jī)械鉆速低

一般情況下，油田3000～4000m深的探井、生產(chǎn)井等，444.5mm鉆頭鉆達(dá)井深200～500m就可以滿足井身結(jié)構(gòu)要求，隨著井深的增加，巖石的硬度和強(qiáng)度相應(yīng)增加，地層可鉆性對(duì)大直徑鉆頭變差，機(jī)械鉆速明顯下降。

通過(guò)對(duì)中深井鉆頭使用資料的分析，我們認(rèn)為311.2mm以上大直徑井眼鉆速慢的主要原因如下。

1. 國(guó)產(chǎn)大尺寸鉆頭結(jié)構(gòu)單一、型號(hào)少，不能滿足深井段地層巖性變化的要求

國(guó)產(chǎn)444.5mm銑齒牙輪鉆頭主要有P1、P2、P3等型號(hào)，鑲齒牙輪鉆頭主要有XHP2、XHP3等型號(hào)，這些型號(hào)的鉆頭只適合上部軟地層。隨著444.5mm鉆頭所鉆井段深度的增加，地層巖性變化較大，如經(jīng)常遇到致密難鉆的硬塑性泥巖等，現(xiàn)有型號(hào)的444.5mm牙輪鉆頭很難滿足地層變化的需要，這樣大大影響了大直徑井眼的機(jī)構(gòu)鉆速。

2. 破巖機(jī)械能量不足

衡量破巖效率低的綜合技術(shù)指標(biāo)常采用破碎單位體積巖石所需消耗的能量。對(duì)旋轉(zhuǎn)鉆井來(lái)說(shuō)，機(jī)械能量常以在鉆頭上所加單位井底面積鉆壓和鉆頭轉(zhuǎn)速兩項(xiàng)指標(biāo)的乘積來(lái)衡量。調(diào)查資料表明，目前我國(guó)444.5mm鉆頭所加的鉆壓與311.2mm鉆頭所加的鉆壓基本上差不多，而444.5mm鉆頭鉆1m井深的破巖量是311.2mm鉆頭破巖量的207%，是215.9mm鉆頭破巖量的424%。在上部軟地層井段所需機(jī)械破巖能量小，水力因素影響較大，444.5mm和311.2mm鉆頭二者在機(jī)械鉆速上的差別不明顯，但隨著井深的增加，地層逐步變硬，大尺寸鉆頭破巖機(jī)械能量不足的影響因素就越來(lái)越顯示出它的重要性。遇到難鉆地層，機(jī)械能量不足會(huì)明顯影響鉆頭的機(jī)械鉆速。在條件許可的前提下，必須提高鉆頭鉆壓和轉(zhuǎn)速這兩個(gè)參數(shù)來(lái)提高鉆頭的破巖機(jī)械能量。

3. 水力能量不足，井底巖屑清除不凈

444.5mm井眼直徑比311.2mm 井眼直徑要大42.9%，比215.9mm井眼直長(zhǎng)徑要大106%，而444.5mm井眼井底面積是311.2mm井眼的2.04倍，是215.9mm井眼的4.24倍。因此，為了保證攜帶所鉆巖屑所需販最低返速，要求鉆井液排量一般至少不低于50L/s，而目前我國(guó)444.5mm井眼仍然采用127mm內(nèi)加厚鉆桿。在大排量下隨著井深的增加，沿程水力損失大幅度增加，鉆頭可利用水馬力也隨著井深增加而急劇下降。

4.在易斜地區(qū)，為了控制井斜被迫采用小鉆壓吊打

對(duì)深探井來(lái)說(shuō)，在易斜井段，目前國(guó)內(nèi)尚未有較好的防斜措施，只好采用鐘擺式鉆具組合輕壓吊打，確保井斜不超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)較深井段大直徑井眼的機(jī)械鉆速影響較大。

5.鉆井液性能和凈化條件也是影晌大直徑井眼機(jī)械鉆速的一個(gè)重要因素

在大直徑井眼鉆井過(guò)程中，常因鉆井液返回速度低、凈化不好、流變性差，井眼凈化不好，加上遇到易塌的泥巖或滲透性好的砂巖，有些地區(qū)導(dǎo)致起下鉆遇阻遇卡、井壁垮塌、井眼縮徑，形成井下復(fù)雜情況而影響了鉆井速度。

二、提高深井鉆速的有效措施

通過(guò)前面的分析，我們認(rèn)為提高深井、超深井機(jī)械鉆速的關(guān)鍵是抓住兩頭，推動(dòng)中間，加強(qiáng)復(fù)雜情況的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，研究適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)情況的鉆井液體系，為設(shè)計(jì)出合理的井身結(jié)構(gòu)創(chuàng)造有利條件。下面我們就以上問(wèn)題分別進(jìn)行討論。

（一）提高大直徑井眼鉆速的幾項(xiàng)有效技術(shù)措施

①增加444.5mm鉆頭的品種和類型，加強(qiáng)鉆頭合理選型。

各油田針對(duì)地層巖性特點(diǎn)，與鉆頭廠合作開(kāi)發(fā)新型444.5mm牙輪鉆頭或PDC鉆頭，提高鉆頭質(zhì)量，強(qiáng)化鉆頭使用措施。在擴(kuò)大鉆頭品種的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)地層可鉆性的研究和分析，根據(jù)地層具體情況選擇合理的鉆頭類型、鉆井方式和配套鉆井工藝。

②強(qiáng)化鉆井參數(shù)，提高井底破巖機(jī)械能量。

444.5mm井眼采用大鉆壓鉆進(jìn)，井隊(duì)必須配備足夠的大尺寸鉆鏈。另一方面，在保持目前單位鉆壓不變的條件下，將鉆頭轉(zhuǎn)速提高到180～250r/min，同樣也會(huì)使機(jī)械鉆速有較大幅度的提高。要想達(dá)到此目的，我們必須采用中轉(zhuǎn)速大扭矩的井下動(dòng)力鉆具來(lái)鉆進(jìn)。

③強(qiáng)化水力參數(shù)、提高井底和井眼凈化能力。

由于目前大尺寸井眼采用127mm內(nèi)加厚鉆桿，在50～60L/s的鉆井液排量下，大量水力能量都消耗在鉆桿內(nèi)。如采用139.7mm內(nèi)平鉆桿則井底可利用水馬力和噴射速度將會(huì)大幅度增加。

在提高井底水馬力的條件下，進(jìn)一步改善井底流場(chǎng)，增加水力清巖效果，可防止大尺寸井眼巖屑清除不凈的死角存在和巖屑的重復(fù)切削。采用組合噴嘴、加長(zhǎng)噴嘴、斜噴嘴和中心噴嘴的不同組合，取得最佳的清巖效果，是提高大尺寸井眼機(jī)械鉆速見(jiàn)效快的措施之一。

④ 根據(jù)鉆頭類型選擇合適的動(dòng)力鉆具，可大幅度提高深部井段機(jī)械鉆速。

目前，國(guó)際鉆頭制造商均在努力提高牙輪鉆頭的轉(zhuǎn)速，延長(zhǎng)鉆頭在高轉(zhuǎn)速下的使用壽命，以滿足不同類型動(dòng)力鉆具的要求。美國(guó)HUGHES公司生產(chǎn)的ATX牙輪鉆頭轉(zhuǎn)速可達(dá)200r/min，ATM金屬密封滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭轉(zhuǎn)速可達(dá)250～300r/min，MAX金屬密封滾動(dòng)軸承牙輪鉆頭轉(zhuǎn)速可達(dá)350r/min。SMITH公司生產(chǎn)的MF3H牙輪鉆頭的工作轉(zhuǎn)速為70～ 250r/min，M2SD牙輪鉆頭的轉(zhuǎn)速范圍為70～280r/mino針對(duì)上述高速牙輪鉆頭，選擇合適的螺桿鉆具、螺桿一渦輪組合鉆具或帶減速器的渦輪鉆具（180～250r/min），可大幅度地提高深部井段的機(jī)械鉆速。

⑤ 良好的鉆井液流變性能和固控凈化條件也可提高機(jī)械鉆速。

良好的鉆井液流變性能，不僅可以提高井底的凈化能力，還能在大井眼環(huán)空低返速條件下提高攜巖能力，保證井眼得到良好的凈化。合理控制固相含量也能減少井下工具的磨損，提高鉆井速度。