淺談強化鉆井參數(shù)對現(xiàn)場設(shè)備的影響

余紅杰，馬升平

（中國石油集團川慶鉆探工程有限公司，四川成都 610051）

1 強化參數(shù)促進鉆井提速

面臨國內(nèi)油氣勘探業(yè)務(wù)量大、任務(wù)重，勘探開發(fā)工程技術(shù)的新要求越來越高，為實現(xiàn)油氣增儲上產(chǎn)，鉆井提速提效是大勢所趨，也是發(fā)展的必由之路，而強化鉆井參數(shù)是提高鉆井速度的一項重要的基礎(chǔ)工作。在北美頁巖氣水平井提速上，鉆井參數(shù)采用大鉆壓、大排量、大扭矩、高泵壓、高轉(zhuǎn)速的措施，在提高機械轉(zhuǎn)速、保證攜砂效果、降低井下復(fù)雜事故等效果上作用巨大，配合工廠化鉆井、高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)和個性化技術(shù)，銳減水平井平均鉆井周期40以上。

在不斷探索與實踐中，國內(nèi)鉆井提速取得了較好成績，特別是川渝頁巖氣水平井鉆井提速成效顯著。通過推行“三大兩高”強化參數(shù)鉆井，規(guī)模應(yīng)用精細控壓、“預(yù)分法”防碰，“一趟鉆”等優(yōu)快鉆井技術(shù)，深井、水平井平均建井周期分別縮短28%、20%。但與國際先進水平相比，國內(nèi)提升的速度還極為緩慢，鉆井參數(shù)整體偏低，主要是設(shè)備整體性能、鉆井工具、工藝流程等因素制約了鉆井提速。

2 參數(shù)強化促使裝備發(fā)展

近兩年，為了滿足鉆井提速要求，各勘探公司在各作業(yè)區(qū)域?qū)嵤┎煌潭鹊膹娀@井參數(shù)，區(qū)域指標持續(xù)突破。但鉆井提速的背后帶來的設(shè)備考驗和損害，以及是否帶來綜合經(jīng)濟效益的大幅提升等問題未深入探究。盲目搶進度，容易忽視強化參數(shù)帶來的設(shè)備隱患和安全。一方面，設(shè)備配套發(fā)展跟不上鉆井參數(shù)強化，成為制約鉆井提速的重要矛盾，另一方面，也促使了裝備的發(fā)展。

在川渝頁巖氣區(qū)塊，淺層頁巖氣開發(fā)主要應(yīng)用5000 m 鉆機。隨著鉆井參數(shù)強化，同時考慮到設(shè)備改造成本，主要對鉆機進行局部改造，重點是高壓設(shè)備的更替和改造，包括鉆井泵液力端的升級，高壓管線的更換等改造，以及配套頂驅(qū)替代轉(zhuǎn)盤作業(yè)等。同時，響應(yīng)集團公司大力推進自動化建設(shè)，自動化鉆機的引進和新技術(shù)新產(chǎn)品的應(yīng)用，進一步提升設(shè)備新度系數(shù)和性能參數(shù)，已逐步滿足鉆井需求。

3 參數(shù)強化對設(shè)備的影響

3.1 對設(shè)備整體性能的影響

鉆機的局部改造并未改變鉆機的性能參數(shù)，而鉆井參數(shù)強化加大了對鉆機未被改造部分的考驗。由于升級改造部分主要在循環(huán)系統(tǒng)，而動力系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)等未改造，參數(shù)強化影響了設(shè)備的使用壽命和使用效果。長時間、重負荷使用會加速性能參數(shù)的下降和降低鉆機全生命使用周期，造成鉆機長遠經(jīng)濟效益下降。因此，鉆井參數(shù)強化對鉆機綜合性能的影響還缺乏一套科學(xué)、完善的評價方法。

3.2 對單體設(shè)備的影響

鉆井參數(shù)強化對單體設(shè)備的影響，主要體現(xiàn)在加速了零部件和易損件的磨損、腐蝕和變形，影響其使用壽命，縮短了零部件的維保修周期。例如鉆井泵的使用，鉆井參數(shù)強化后，高負荷運行下的鉆井泵，軸承、密封件等磨損加快，縮短了使用壽命，泥漿泵維修頻次增加，增加了維修成本。易損件更換周期大幅縮短，人工勞動強度加大，增加了材料消耗成本。初步統(tǒng)計，參數(shù)強化造成鉆井泵維修頻率增加20%40%，特別在深井和重負載的情況下，設(shè)備故障造成的停機和易損件更換大幅增加。

3.3 對管匯和鉆柱的影響

高泵壓對地面管匯的主要影響是對盤根的刺壞和閘門的刺漏，縮短了使用壽命，加大了維修強度，增加了材料成本。例如在頁巖氣區(qū)域鉆井，特別是深井段油基泥漿作業(yè)過程中，高泵壓對管線、閘門、頂驅(qū)沖管等刺漏加劇，平均12 d 就需要更換沖管和管線的盤根，設(shè)備維修次數(shù)提高了50%。高泵壓、大扭矩對井內(nèi)鉆具的主要影響是鉆具刺漏甚至刺斷，加大了鉆具事故的概率。為了有效控制鉆具事故，需更換性能更好的S135 鋼級的雙臺階鉆桿（其中5.5 英寸鉆桿上扣扭矩接近6 kN·m），大扭矩上卸扣加大了對井口設(shè)備的考驗，出現(xiàn)井口液氣大鉗漏油嚴重和檢修頻繁，甚至起下鉆停工維修，影響生產(chǎn)作業(yè)效率。

雖然強化鉆井參數(shù)對鉆井提速有明顯效果，但“三大兩高”參數(shù)對螺桿壽命、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向設(shè)備、鉆頭等提出了更高的要求，特別是螺桿故障率明顯攀升，出現(xiàn)井下脫扣、馬達損壞等情況。同時，強化參數(shù)大幅縮短了鉆頭加速磨損時間段，在頁巖氣區(qū)域多井次出現(xiàn)鉆頭胎體嚴重磨損、甚至掉齒和刀翼斷裂，不得已進行井下打撈。

3.4 對綜合效益的影響

鉆井參數(shù)強化對鉆井綜合效益是一把雙刃劍，合理的鉆井參數(shù)強化，可縮短鉆井周期，經(jīng)濟效益提升顯著；不合理甚至過度的鉆井參數(shù)強化，會造成大量成本浪費和能耗的損失，不僅不會帶來經(jīng)濟效益的提高，還會加速對設(shè)備的損害。因此，鉆機參數(shù)強化要結(jié)合現(xiàn)場實際情況合理調(diào)節(jié)，要因井制宜。例如，在硬地層中鉆進，鉆頭攻擊性不強，產(chǎn)生的巖屑較少，采取“三大兩高”的參數(shù)作業(yè)，是浪費能耗和成本。

4 合理化建議

基于現(xiàn)有設(shè)備或局部改造設(shè)備情況下的鉆井參數(shù)強化，雖鉆井提速提效顯著，但對設(shè)備損害也大幅提高，加大了員工的勞動強度，總體經(jīng)濟效益不一定大幅提高。為滿足現(xiàn)行鉆井參數(shù)強化的需求，需進一步提升設(shè)備的性能參數(shù)和運行的可靠性，加強設(shè)備全生命周期管理，為參數(shù)強化提供可靠的設(shè)備保障。同時，進一步引進新技術(shù)和新工藝，強化工藝技術(shù)措施和新產(chǎn)品的應(yīng)用，最終達到鉆井參數(shù)強化帶來的總體經(jīng)濟效益的大幅提高。

4.1 提升機械化建設(shè)能力，推動裝備技術(shù)升級。

要滿足鉆井參數(shù)的強化，在裝備支撐上，主要是泥漿泵和高壓管匯、閘閥等升級改造和新產(chǎn)品的引進。

（1）在考慮改造成本的基礎(chǔ)上，實施原有設(shè)備的升級改造，滿足鉆井參數(shù)強化的需求。例如，通過改造原泥漿泵液力端，保留動力端，滿足鉆井參數(shù)強化的需求。

（2）加強新設(shè)備的引進，提升設(shè)備的性能參數(shù)。例如，高壓五缸鉆井泵的使用，可提高排量、作業(yè)效率，降低鉆井泵壓力波動。排量同比提升15%，波動減少60%，液力端易損件延長壽命20%以上，滿足了超深井作業(yè)高泵壓、大排量的要求。

（3）強化易損件新產(chǎn)品的應(yīng)用，降低員工勞動強度，提高生產(chǎn)時效。例如，泥漿泵采用新型陶瓷缸套替換金屬缸套。陶瓷具有良好的耐高溫、耐磨、耐腐蝕性能，平均使用壽命在4000 h 以上，是雙金屬缸套的78 倍；價格為雙金屬缸套的3.7 倍，平均使用費用比雙金屬缸套節(jié)省47%，性價比明顯占優(yōu)。

4.2 合理強化鉆井參數(shù)，促進綜合效益提升

鉆井參數(shù)的選擇，對鉆井提速提效和節(jié)能減排至關(guān)重要。在生產(chǎn)過程中，要根據(jù)生產(chǎn)情況進行合理調(diào)節(jié)和優(yōu)化，才能實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。例如，在較硬地層的鉆進中，過高的強化參數(shù)，不會明顯提高鉆時，還會帶來鉆頭的加速磨損、能耗的大量使用、井下鉆具事故風(fēng)險提高等問題。由此可見，合理的強化鉆井參數(shù)對綜合效益的提升至關(guān)重要。因此，在區(qū)域鉆井過程中，簡析強化鉆井參數(shù)理論,結(jié)合實鉆資料，統(tǒng)計分析各層段鉆速與鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵壓、排量的關(guān)系,并按層位優(yōu)選出有利于提高鉆井速度的鉆井參數(shù)及水力參數(shù)區(qū)間,形成區(qū)域適用的技術(shù)模版，進而固化和推廣。目前，川慶鉆探在川渝頁巖氣威遠區(qū)塊編制形成了《威遠區(qū)塊頁巖氣井鉆完井提速模板》，結(jié)合頁巖氣井的實鉆數(shù)據(jù),根據(jù)頁巖氣井不同開次的特點,開展鉆井參數(shù)強化，鉆井提速效果明顯，多次刷新區(qū)域指標。

4.3 強化新工藝應(yīng)用，滿足強化鉆井參數(shù)需求

鉆井參數(shù)的強化，主要是大鉆壓、大排量、高轉(zhuǎn)速、高泵壓，其中排量和泵壓兩者關(guān)系密切。排量由泵本身決定，泵壓的大小由循環(huán)系統(tǒng)的負載決定，因此在大排量不變的情況下，改變循環(huán)系統(tǒng)負載，可滿足參數(shù)強化，同時降低設(shè)備負荷，可通過優(yōu)化泥漿性能、采用非API 大水眼鉆具、優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)設(shè)計、鉆頭及井下工具合理選擇等措施實現(xiàn)。特別是非API 大水眼鉆具使用和泥漿性能優(yōu)化，是鉆井作業(yè)現(xiàn)場滿足參數(shù)強化的主要手段。水平井、深井及超深井在使用油基泥漿時，比水基泥漿潤滑性更好、更輕質(zhì)，且抗高溫、抗侵蝕好，同排量情況下，泵壓明顯較低。在排量不變的情況下，大水眼鉆具的使用，可顯著降低泵壓，滿足作業(yè)現(xiàn)場進一步提升排量的需求，保持井眼的清潔。

5 結(jié)束語

鉆井行業(yè)的提質(zhì)增效是實現(xiàn)油氣資源增儲上產(chǎn)的必由之路，是油氣工程技術(shù)服務(wù)公司發(fā)展的必要條件。鉆井參數(shù)的強化，滿足了“三大兩高”參數(shù)要求，促使鉆井提速效果顯著，是當(dāng)前形勢下提速的重要手段之一。提速勢在必行，但需量力而行。若以犧牲設(shè)備為代價，還會埋下安全隱患。因此，為了滿足鉆井參數(shù)需求，需要進一步升級裝備技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)，及新產(chǎn)品和新技術(shù)的應(yīng)用，根據(jù)設(shè)備的支撐性和工藝措施的可靠性，合理強化鉆井參數(shù)，實現(xiàn)綜合經(jīng)濟效益最大化。