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1、影響鉆井過程中機(jī)械鉆速的原因分析 影響鉆井過程中機(jī)械鉆速的原因分析 摘 要在油氣勘探開發(fā)過程中,鉆井工程是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)和最主要的手段,它具有高風(fēng)險(xiǎn)、高投資、資金密集等特點(diǎn),并且鉆井速度的快慢直接影響著油氣勘探開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。在鉆井工程施工過程中,機(jī)械工程師可以利用優(yōu)選可控的鉆井因素,有助于縮短作業(yè)時間,降低本錢,提高機(jī)械鉆速。同時,每個可控的鉆井參數(shù)一般都會存在最大與最小的操作極限。本文針對鉆井機(jī)械鉆速的影響因素進(jìn)行了分析。 關(guān)鍵詞鉆井工程;機(jī)械鉆速;影響因素 中圖分類號:TE24 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1009-914X01-0037-01 隨著全球能源的緊張,石油和天然氣資源成為各國普

2、遍爭搶的能源,同時也是國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征。所以各國都在加緊進(jìn)行油氣的勘探開發(fā)。鉆井是油氣勘探開發(fā)過程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一,同時鉆井工程的風(fēng)險(xiǎn)較大,需要較大的投資量才能保證工程的進(jìn)行。油氣勘探開發(fā)的目的是為了獲得較好的經(jīng)濟(jì)利益,這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)直接與鉆井的速度有直接的關(guān)系,因此為了保證獲得較好的投資回報(bào)率,那么在鉆井過程中,那么需要對影響鉆井鉆速的因素進(jìn)行有效的控制,從而提高鉆速,有效的減少作業(yè)時間,從而降低本錢。文中分別從鉆井裝備、鉆井液、地層、鉆壓對機(jī)械鉆速的影響進(jìn)行了分析,并進(jìn)一步對優(yōu)化鉆井液的性能,提高鉆速進(jìn)行了闡述。 1 鉆井裝備對機(jī)械鉆速的影響 鉆井裝備適用于各種地層,也是影響機(jī)械鉆速的

3、關(guān)鍵因素。在80年代初,噴射鉆井在油氣勘探開發(fā)中被廣泛應(yīng)用,大幅度提高了鉆井速度。近年來,鉆井裝備及鉆井技術(shù)沒有太大的進(jìn)步,雖然有很多鉆井工程引進(jìn)了1300馬力的泥漿泵,但是泥漿泵的實(shí)際功率發(fā)揮不出設(shè)計(jì)值的60%,大多數(shù)泥漿泵只能在50%的額定工況下進(jìn)行工作,并且泵壓超過20Mpa就會頻繁修泵,從而影響了機(jī)械鉆速的提高。 隨著套管鉆井裝備在鉆井工程中的廣泛應(yīng)用,大量減少了下套管和起下鉆的時間,近一步提高了鉆井速度。還有連續(xù)油管鉆井的應(yīng)用也大幅度減少了起下鉆的時間,并能夠在完井時切下油管作為完井的油管,從而大大加快了完井和鉆井的速度。鉆井裝備中大功率絞車與電驅(qū)動鉆機(jī)的應(yīng)用也提高了機(jī)械鉆速。因此,

4、機(jī)械鉆速的提高離不開鉆井裝備及鉆井技術(shù)的更新和進(jìn)步,在油氣勘探開發(fā)過程中要大力開展高科技的鉆井裝備,進(jìn)一步提高機(jī)械鉆速。 2 鉆井液對機(jī)械鉆速的影響 鉆井液對機(jī)械鉆速的影響主要有鉆井液密度、流變性、固相含量、潤滑性、失水量等因素。如果鉆井液中的固相含量越高,機(jī)械鉆速就會越低;鉆井液的粘度越高,機(jī)械鉆速就越低。鉆井液密度與固相含量有著密切的聯(lián)系,同時也和分散的鉆屑或者低密度的劣質(zhì)土等有害固相含量有關(guān),如果不能及時排除這些有害成份,就會對機(jī)械鉆速產(chǎn)生不利的影響。 鉆井液的密度直接影響著機(jī)械鉆速,它與機(jī)械鉆速成反比,機(jī)械鉆速越大、當(dāng)量循環(huán)密度越小時,降低鉆井液密度能夠有效減小當(dāng)量循環(huán)的密度,其次可以

5、減小黏度。降低鉆井液密度要考慮以下因素:井底壓差和地層流體流入井筒時的速度有關(guān),如果負(fù)壓差過大,就容易造成井噴;鉆井液密度太低,較容易造成井壁失穩(wěn),造成井壁巖石垮塌,把鉆具掩埋掉。而鉆井液密度太高,容易造成地層破裂,從而漏失大量的鉆井液。 3 地層對機(jī)械鉆速的影響 地層對鉆速的影響主要表現(xiàn)在地層的壓實(shí)程度。隨著地層埋深程度的不斷增加,地層巖石受壓實(shí)的程度也會隨之增加,如果地層成巖性好,就會降低機(jī)械鉆速。并且地層在不同環(huán)境下沉積,它的可鉆性也會存在很大的差異。對于礫巖地層,如果使用牙輪鉆頭,由于礫石的破碎性弱以及地層的不均質(zhì)性,其機(jī)械鉆速就會低于砂泥巖地層。還有對于同樣埋深情況下的高于泥巖地層,

6、其地層的含鈣質(zhì)膠結(jié)也會對地層的可鉆性和機(jī)械鉆速產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。 地層的復(fù)雜程度對機(jī)械鉆速的影響就要表現(xiàn)在以下幾個方面:以大慶為代表的淺層油田,由于多年的開發(fā),其儲層已經(jīng)嚴(yán)重虧空。并且因壓裂和高壓而產(chǎn)生了人工地層裂隙,甚至出現(xiàn)地層壓力異常,從而在加密井、調(diào)整井的施工中出現(xiàn)井涌、井漏、卡鉆的情況,由于裸眼段泥漿的浸泡時間不斷的增加,泥頁巖的水化膨脹,導(dǎo)致了井壁掉塊甚至坍塌;以塔里木為代表的中深部地層油田,山前的構(gòu)造地應(yīng)力分布十分復(fù)雜,導(dǎo)致井眼嚴(yán)重失穩(wěn)。煤層的垮塌、泥頁巖的坍塌、軟泥巖和鹽膏層的蠕變縮徑,還有多套壓力系統(tǒng)的共存造成了井涌、井漏、卡鉆的現(xiàn)象。 4 鉆壓對機(jī)械鉆速的影響 鉆壓對機(jī)械鉆速也

7、有著十分重要的影響,在井底凈化完善的前提下,機(jī)械鉆速會隨著鉆壓的增加而增大。但是鉆壓有上限值,以下兩個臨界條件來決定鉆壓的上限值:在鉆進(jìn)中要防止鉆桿超過其縱向彎曲的載荷;減少鉆頭的使用數(shù)量,降低鉆進(jìn)的本錢。為滿足鉆進(jìn)的經(jīng)濟(jì)效益及本錢最低要求,減少鉆頭能夠降低鉆井的操作費(fèi)用。在鉆井過程中,鉆壓的取值會有一定的范圍,因此最小化的本錢鉆壓不能保證最大化的機(jī)械鉆速。 在進(jìn)行鉆前的施工設(shè)計(jì)中,要在充足的數(shù)據(jù)資料前提下建立起鉆頭使用費(fèi)用、鉆壓以及轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系圖標(biāo),通過圖解方法確定鉆壓的最小化和機(jī)械轉(zhuǎn)速的最大化。如果低本錢的鉆壓超過了鉆桿的縱向彎曲載荷,就需要減少鉆壓到鉆桿的縱向彎曲載荷相符的鉆壓。對于在

8、鉆大位移井與水平井時,鉆桿要在壓縮的狀態(tài)下才能充分滿足鉆壓的要求。并且在鉆具上安裝扶正器,有助于提高鉆桿的縱向彎曲載荷。 5 優(yōu)化鉆井液性能 優(yōu)化鉆井液性能可以使用鉆井液提速劑,它有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢:快速吸附作用鉆頭。當(dāng)破碎泥巖后,泥巖的外表積會增加,為降低體系的能量會自動地吸附到鉆具上,從而出現(xiàn)泥包現(xiàn)象。而提速劑能夠優(yōu)先吸附在鉆頭和鉆具的外表以及泥巖碎屑,讓鉆屑的外表潤濕,從而防止鉆頭起泥包,提高機(jī)械鉆速;濾液滲透作用。由于正壓差的作用,從而造成鉆屑不易從井底帶出,導(dǎo)致鉆頭重復(fù)切削鉆屑。鉆井液可快速地滲透到井底的巖石微裂縫中,有助于降低壓持作用,讓井底的鉆屑能夠及時的抽出;同時,由于鉆井液的濾液

9、快速地滲透到地層,從而降低了巖石的強(qiáng)度,有助于鉆頭破巖;潤滑作用。優(yōu)化鉆井液的潤滑性能,能夠有效地降低扭矩;降低亞微米顆粒的含量。優(yōu)化鉆井液的性能有助于降低亞微米顆粒的含量,提高鉆井液的動塑比例,讓鉆井液的剪切稀釋性增加。當(dāng)泵功率一定時,提高排量,有助于鉆頭的水力破巖。 6 結(jié)論與認(rèn)識 在鉆井工程中,強(qiáng)化鉆井參數(shù)也有助于提高機(jī)械鉆速,它主要包括提高鉆頭的鉆壓和強(qiáng)化鉆頭的轉(zhuǎn)速。對于PDC的鉆頭而言,鉆壓和鉆頭的扭矩密切相關(guān),就難以強(qiáng)化,就只能強(qiáng)化鉆頭的轉(zhuǎn)速。對于牙輪鉆頭而言,不但要強(qiáng)化鉆頭的轉(zhuǎn)速外,還要提高鉆頭的鉆壓。降低鉆井液的密度也是提高機(jī)械鉆速的重要途徑,對于選用較低鉆井液密度時,要防止井壁的坍塌和地層的溢流。在優(yōu)化選鉆壓和轉(zhuǎn)速時,既要符合提高機(jī)械鉆速的要求,又要保證減少下鉆次數(shù)和鉆頭的數(shù)量,到達(dá)鉆井本錢最小化的目標(biāo)。 參考文獻(xiàn) 【1】 熊繼有,錢聲華,嚴(yán)仁俊,唐嘉貴,李福德,吳華,肖仁斌,黃楨;鉆井高效破巖新進(jìn)展J;天然氣工業(yè);2004年04期. 【2】 孫金聲;楊宇平;安樹明;蘇義腦;提高機(jī)械鉆速的鉆井液理論與技術(shù)研究J;鉆井液與完井液;2021年02期. 【3】 劉海水;王超;魏子路;鐘超;鉆

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