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.
