1、影响钻井过程中机械钻速的原因分析摘 要在油气勘探开发过程中,钻井工程是最关键的环节和最主要的手段,它具有高风险、高投资、资金密集等特点,并且钻井速度的快慢直接影响着油气勘探开发的经济效益。在钻井工程施工过程中,机械工程师可以利用优选可控的钻井因素,有助于缩短作业时间,降低成本,提高机械钻速。同时,每个可控的钻井参数一般都会存在最大与最小的操作极限。本文针对钻井机械钻速的影响因素进行了分析。 关键词钻井工程;机械钻速;影响因素 中图分类号:TE24 文献标识码:B 文章编号:1009-914X(2016)01-0037-01 随着全球能源的紧张,石油和天然气资源成为各国普遍争抢的能源,同时也是国
2、家经济实力的象征。所以各国都在加紧进行油气的勘探开发。钻井是油气勘探开发过程中最关键的环节之一,同时钻井工程的风险较大,需要较大的投资量才能保证工程的进行。油气勘探开发的目的是为了获得较好的经济利益,这一目标的实现直接与钻井的速度有直接的关系,因此为了保证获得较好的投资回报率,则在钻井过程中,则需要对影响钻井钻速的因素进行有效的控制,从而提高钻速,有效的减少作业时间,从而降低成本。文中分别从钻井装备、钻井液、地层、钻压对机械钻速的影响进行了分析,并进一步对优化钻井液的性能,提高钻速进行了阐述。 1 钻井装备对机械钻速的影响 钻井装备适用于各种地层,也是影响机械钻速的关键因素。在 80 年代初,
3、喷射钻井在油气勘探开发中被广泛应用,大幅度提高了钻井速度。近年来,钻井装备及钻井技术没有太大的进步,虽然有很多钻井工程引进了 1300 马力的泥浆泵,但是泥浆泵的实际功率发挥不出设计值的60%,大多数泥浆泵只能在 50%的额定工况下进行工作,并且泵压超过20Mpa 就会频繁修泵,从而影响了机械钻速的提高。 随着套管钻井装备在钻井工程中的广泛应用,大量减少了下套管和起下钻的时间,近一步提高了钻井速度。还有连续油管钻井的应用也大幅度减少了起下钻的时间,并能够在完井时切下油管作为完井的油管,从而大大加快了完井和钻井的速度。钻井装备中大功率绞车与电驱动钻机的应用也提高了机械钻速。因此,机械钻速的提高离
4、不开钻井装备及钻井技术的更新和进步,在油气勘探开发过程中要大力发展高科技的钻井装备,进一步提高机械钻速。 2 钻井液对机械钻速的影响 钻井液对机械钻速的影响主要有钻井液密度、流变性、固相含量、润滑性、失水量等因素。如果钻井液中的固相含量越高,机械钻速就会越低;钻井液的粘度越高,机械钻速就越低。钻井液密度与固相含量有着密切的联系,同时也和分散的钻屑或者低密度的劣质土等有害固相含量有关,如果不能及时排除这些有害成份,就会对机械钻速产生不利的影响。 钻井液的密度直接影响着机械钻速,它与机械钻速成反比,机械钻速越大、当量循环密度越小时,降低钻井液密度能够有效减小当量循环的密度,其次可以减小黏度。降低钻
5、井液密度要考虑以下因素:(1)井底压差和地层流体流入井筒时的速度有关,如果负压差过大,就容易造成井喷;(2)钻井液密度太低,较容易造成井壁失稳,造成井壁岩石垮塌,把钻具掩埋掉。而钻井液密度太高,容易造成地层破裂,从而漏失大量的钻井液。 3 地层对机械钻速的影响 地层对钻速的影响主要表现在地层的压实程度。随着地层埋深程度的不断增加,地层岩石受压实的程度也会随之增加,如果地层成岩性好,就会降低机械钻速。并且地层在不同环境下沉积,它的可钻性也会存在很大的差异。对于砾岩地层,如果使用牙轮钻头,由于砾石的破碎性弱以及地层的不均质性,其机械钻速就会低于砂泥岩地层。还有对于同样埋深情况下的高于泥岩地层,其地
6、层的含钙质胶结也会对地层的可钻性和机械钻速产生严重的影响。 地层的复杂程度对机械钻速的影响就要表现在以下几个方面:(1)以大庆为代表的浅层油田,由于多年的开发,其储层已经严重亏空。并且因压裂和高压而产生了人工地层裂隙,甚至出现地层压力异常,从而在加密井、调整井的施工中出现井涌、井漏、卡钻的情况,由于裸眼段泥浆的浸泡时间不断的增加,泥页岩的水化膨胀,导致了井壁掉块甚至坍塌;(2)以塔里木为代表的中深部地层油田,山前的构造地应力分布十分复杂,导致井眼严重失稳。煤层的垮塌、泥页岩的坍塌、软泥岩和盐膏层的蠕变缩径,还有多套压力系统的共存造成了井涌、井漏、卡钻的现象。 4 钻压对机械钻速的影响 钻压对机
7、械钻速也有着十分重要的影响,在井底净化完善的前提下,机械钻速会随着钻压的增加而增大。但是钻压有上限值,以下两个临界条件来决定钻压的上限值:(1)在钻进中要避免钻杆超过其纵向弯曲的载荷;(2)减少钻头的使用数量,降低钻进的成本。为满足钻进的经济效益及成本最低要求,减少钻头能够降低钻井的操作费用。在钻井过程中,钻压的取值会有一定的范围,因此最小化的成本钻压不能保证最大化的机械钻速。 在进行钻前的施工设计中,要在充足的数据资料前提下建立起钻头使用费用、钻压以及转速之间的关系图标,通过图解方法确定钻压的最小化和机械转速的最大化。如果低成本的钻压超过了钻杆的纵向弯曲载荷,就需要减少钻压到钻杆的纵向弯曲载
8、荷相符的钻压。对于在钻大位移井与水平井时,钻杆要在压缩的状态下才能充分满足钻压的要求。并且在钻具上安装扶正器,有助于提高钻杆的纵向弯曲载荷。 5 优化钻井液性能 优化钻井液性能可以使用钻井液提速剂,它有以下几点优势:(1)快速吸附作用钻头。当破碎泥岩后,泥岩的表面积会增加,为降低体系的能量会自动地吸附到钻具上,从而出现泥包现象。而提速剂能够优先吸附在钻头和钻具的表面以及泥岩碎屑,让钻屑的表面润湿,从而防止钻头起泥包,提高机械钻速;(2)滤液渗透作用。由于正压差的作用,从而造成钻屑不易从井底带出,导致钻头重复切削钻屑。钻井液可快速地渗透到井底的岩石微裂缝中,有助于降低压持作用,让井底的钻屑能够及
9、时的抽出;同时,由于钻井液的滤液快速地渗透到地层,从而降低了岩石的强度,有助于钻头破岩;(3)润滑作用。优化钻井液的润滑性能,能够有效地降低扭矩;(4)降低亚微米颗粒的含量。优化钻井液的性能有助于降低亚微米颗粒的含量,提高钻井液的动塑比例,让钻井液的剪切稀释性增加。当泵功率一定时,提高排量,有助于钻头的水力破岩。 6 结论与认识 在钻井工程中,强化钻井参数也有助于提高机械钻速,它主要包括提高钻头的钻压和强化钻头的转速。对于 PDC 的钻头而言,钻压和钻头的扭矩密切相关,就难以强化,就只能强化钻头的转速。对于牙轮钻头而言,不但要强化钻头的转速外,还要提高钻头的钻压。降低钻井液的密度也是提高机械钻
10、速的重要途径,对于选用较低钻井液密度时,要避免井壁的坍塌和地层的溢流。在优化选钻压和转速时,既要符合提高机械钻速的要求,又要保证减少下钻次数和钻头的数量,达到钻井成本最小化的目标。 参考文献 1 熊继有,钱声华,严仁俊,唐嘉贵,李福德,吴华,肖仁斌,黄桢;钻井高效破岩新进展J;天然气工业;2004 年 04 期. 2 孙金声;杨宇平;安树明;苏义脑;提高机械钻速的钻井液理论与技术研究J;钻井液与完井液;2009 年 02 期. 3 刘海水;王超;魏子路;钟超;钻井过程中泥球形成的影响因素探讨J;化学与生物工程;2011 年 08 期. 4 杨谋;孟英峰;李皋;李永杰;贾虎;提高深井机械钻速的有效方法J;石油矿场机械;2009 年 08 期. 5 杨宇平;黄宏军;王东明;赖晓晴;谈心;蒋欢;孙金声;江四清;快速钻井液技术在华北油田的应用J;石油机械;2010 年 07 期.
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