提高鉆井工程質(zhì)量的措施探索

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摘要：在油氣勘探與開發(fā)過(guò)程中，鉆井施工質(zhì)量對(duì)后續(xù)儲(chǔ)層壓裂改造、試油生產(chǎn)等產(chǎn)生重要影響，決定了單井產(chǎn)能是否能有效發(fā)揮。為了提高鉆井施工質(zhì)量，根據(jù)實(shí)際的鉆井施工經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)分析了鉆井過(guò)程中的各種影響因素，探討了采取科學(xué)合理的措施以提高鉆井工程質(zhì)量，對(duì)于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工具有一定參考意義。

關(guān)鍵詞：鉆井工程質(zhì)量；影響因素；鉆井液體系；鉆井工程參數(shù)

鉆井工程是油氣勘探開發(fā)中重要的環(huán)節(jié)，鉆井工程質(zhì)量對(duì)于油氣層發(fā)現(xiàn)及單井產(chǎn)能的發(fā)揮起到關(guān)鍵的作用。在鉆井過(guò)程中，影響鉆井工程質(zhì)量的因素往往具有動(dòng)態(tài)特征，這種動(dòng)態(tài)特征與鉆井工程的工程施工環(huán)境相關(guān)，也與相關(guān)施工資源、施工設(shè)備的應(yīng)用狀態(tài)相關(guān)?，F(xiàn)階段，雖然可以借助一些先進(jìn)的探測(cè)儀器和成像設(shè)備，對(duì)鉆井工程的環(huán)境進(jìn)行可視化分析，但是這種分析的結(jié)構(gòu)可參考性并不強(qiáng)。在實(shí)際的工程施工中，依舊會(huì)出現(xiàn)與鉆井液、鉆井設(shè)備和鉆井工藝等相關(guān)的問(wèn)題，并且此類問(wèn)題會(huì)對(duì)鉆井工程質(zhì)量產(chǎn)生持續(xù)影響[1-2]。需要注意的是，在選擇鉆井工程質(zhì)量提高措施時(shí)，需要結(jié)合工程施工的實(shí)際狀態(tài)，更需要從質(zhì)量監(jiān)管、工藝優(yōu)化等角度，提升此類質(zhì)量提高措施的適應(yīng)性，這樣才能強(qiáng)化鉆井工程質(zhì)量提升措施的應(yīng)用持續(xù)性。

1鉆井工程質(zhì)量影響因素分析

1.1鉆井液

從鉆井液的角度分析，鉆井液起到冷卻鉆頭、清潔井眼、增加潤(rùn)滑性的作用，鉆井液也是鉆孔沖洗液，既然是沖洗液，則其液體的整體流動(dòng)性就應(yīng)該相對(duì)較好。對(duì)于泥頁(yè)巖地層或易水化膨脹地層，為了提升井壁穩(wěn)定性，需要使用有機(jī)鉆井液或者油基鉆井液。水基鉆井液成膜技術(shù)是較為常用的保護(hù)井壁穩(wěn)定性的技術(shù)，通過(guò)向鉆井液中添加水溶性聚合物、交聯(lián)劑等有機(jī)物質(zhì)，改善鉆井液性能，使鉆井液失水降至最低，濾失量接近為零，提升鉆井液性能。在井壁表面形成一層隔離膜，隔離膜具有較強(qiáng)地抑制泥頁(yè)巖水化分散的能力，能夠阻止鉆井液中水分進(jìn)入地層，從而較好地保護(hù)地層穩(wěn)定性。

1.2鉆具

從鉆具應(yīng)用效果的角度分析，普通類型的鉆具在深度鉆井的過(guò)程中并不適用，一般需要選擇組合類型的深井鉆具。此類組合鉆具設(shè)備的組合形式并不復(fù)雜，但是可以提升鉆具的整體應(yīng)用效能，從而可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成更多的鉆井任務(wù)，使鉆井效率提升比較明顯。但是，此類組合類型的鉆井設(shè)備的應(yīng)用成本較高。在現(xiàn)代化的石油鉆井工程中，鉆頭的消耗問(wèn)題依舊較為明顯，并且在鉆頭超出了實(shí)際的應(yīng)力極限之后，就需要對(duì)鉆頭進(jìn)行更換。此時(shí)，與鉆頭相聯(lián)系的鉆盤組合也需要進(jìn)行拆分更換。這就對(duì)工作人員的技術(shù)水平提出了更高的要求。此間，除了可以通過(guò)選擇質(zhì)量更好的鉆具組合之外，還可以通過(guò)優(yōu)化選擇鉆探路徑的方法改善鉆具的應(yīng)用效果。但是，實(shí)際上，在鉆具的運(yùn)行和應(yīng)用過(guò)程中，鉆井區(qū)域的巖石層密度并不均勻，鉆頭受到的沖擊力也會(huì)呈現(xiàn)波動(dòng)性變化[5]。在這種波動(dòng)性變化的過(guò)程中，鉆頭可能會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力疲勞的情況，從而出現(xiàn)比較明顯的應(yīng)力損傷，進(jìn)而影響鉆井的實(shí)際效率，此時(shí)，與鉆具設(shè)備更換成本相關(guān)的問(wèn)題就會(huì)出現(xiàn)，并且會(huì)直接影響石油鉆井工程的整體進(jìn)度和整體經(jīng)濟(jì)效益，從而對(duì)鉆井工程的實(shí)際工程質(zhì)量產(chǎn)生影響。

1.3其他鉆井設(shè)備

此處所指的鉆井設(shè)備一般為不同平臺(tái)上的鉆機(jī)設(shè)備，此類鉆機(jī)設(shè)備內(nèi)部包含著復(fù)雜的鉆機(jī)系統(tǒng)，從此類鉆機(jī)系統(tǒng)的分類形式角度分析，一般可以分為儀器儀表控制系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)效率控制系統(tǒng)、力傳動(dòng)系統(tǒng)以及中央控制系統(tǒng)。在大型的鉆井設(shè)備中，儀器儀表控制系統(tǒng)往往較為復(fù)雜，其實(shí)際的儀器儀表數(shù)量相對(duì)較多，并且存在控制數(shù)據(jù)層面的復(fù)雜性特點(diǎn)。在現(xiàn)代化的鉆井設(shè)備系統(tǒng)控制過(guò)程中，已經(jīng)發(fā)展成了觸摸類型的控制操作界面，工作人員可以直接使用這種操作系統(tǒng)對(duì)鉆井設(shè)備進(jìn)行精確控制。但是，在這個(gè)過(guò)程中，需要注意的是，系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程控制信號(hào)傳輸大多數(shù)并不是有線傳輸，而是依據(jù)鉆井區(qū)域內(nèi)部搭建的控制局域網(wǎng)。由于鉆井區(qū)域的范圍比較有限，此種鉆井區(qū)域內(nèi)部搭建的局域網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)傳輸強(qiáng)度方面具有優(yōu)勢(shì)。但是，如果受到地層中的強(qiáng)磁干擾，系統(tǒng)的信號(hào)傳輸依舊會(huì)受到影響。雖然，現(xiàn)階段，很多鉆井設(shè)備已經(jīng)具備了閉環(huán)反饋系統(tǒng)，此系統(tǒng)可對(duì)信號(hào)的傳輸過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，并且其抗干擾能力相對(duì)較強(qiáng)。但是，這種閉環(huán)反饋系統(tǒng)的修整能力依舊相對(duì)有限，如果控制系統(tǒng)內(nèi)部存在信號(hào)問(wèn)題，或者出現(xiàn)了控制硬件層面的損壞，則會(huì)出現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定問(wèn)題，相應(yīng)的信號(hào)傳輸流程也會(huì)受到影響，從而導(dǎo)致鉆井設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)的運(yùn)行效能降低。

2鉆井工程質(zhì)量提高措施分析

2.1應(yīng)用鉆井液循環(huán)體系，改善鉆井液物理性能

鉆井液循環(huán)體系的應(yīng)用可以有效平衡不同類型的鉆孔沖洗液的應(yīng)用性能，并且在這種鉆井液循環(huán)系統(tǒng)的支持下，鉆井液的應(yīng)用適應(yīng)性也會(huì)得到強(qiáng)化。首先，針對(duì)不同的鉆井沖洗液，應(yīng)該選擇不同的鉆井液循環(huán)體系。從鉆井液循環(huán)方向的角度分析，一般可以將這種循環(huán)方向分為內(nèi)部循環(huán)方向和外部循環(huán)方向。如果選擇了內(nèi)部循環(huán)方向，則此時(shí)，沖洗液循環(huán)系統(tǒng)與鉆頭的實(shí)際距離比較小，鉆頭周圍需要同時(shí)布置出水孔與進(jìn)水孔。這就對(duì)鉆井液循環(huán)系統(tǒng)的空間利用率提出了更高的要求。在要求下，技術(shù)人員需要對(duì)內(nèi)部鉆井液循環(huán)系統(tǒng)的熱吸收材質(zhì)進(jìn)行合理地選擇，避免在較小的空間內(nèi)出現(xiàn)熱應(yīng)力集中的情況，從而影響鉆孔的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。如果選擇的是外部鉆井液循環(huán)系統(tǒng)，則需要保證有充足的液體回收空間。一般而言，在外部鉆井液循環(huán)系統(tǒng)中，并不會(huì)出現(xiàn)較為明顯的熱應(yīng)力集中現(xiàn)象。為此，在選擇外部鉆井液循環(huán)系統(tǒng)時(shí)，技術(shù)人員可以選擇泥漿作為循環(huán)沖洗液。雖然這種沖洗液的溫度吸收效能相較于清水會(huì)低一些，但是其沖洗應(yīng)力比較大，可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更好的沖洗效果；其次，為了改善鉆井液的物理性能，包括鉆井液的粘度、密度等。技術(shù)人員可以選擇向鉆井液中加入一些調(diào)和溶劑，此類調(diào)和容積一般為粘性調(diào)和溶劑[6]。雖然在這種粘性調(diào)和溶劑的作用下，鉆井液的熱吸收效能會(huì)下降，但是其實(shí)際的沖擊應(yīng)力會(huì)增加，進(jìn)而可以改善鉆井孔的實(shí)際沖洗效果。

2.2引進(jìn)新型鉆井工藝，提高鉆具應(yīng)用質(zhì)量

新型的鉆井工藝需要適應(yīng)新型組合鉆具的應(yīng)用要求，但是這種要求在鉆具的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中并不是十分明顯，而是會(huì)以一種相對(duì)穩(wěn)定的形式出現(xiàn)在鉆具工藝的創(chuàng)新和發(fā)展過(guò)程中，這種相對(duì)穩(wěn)定的形式即為高速螺旋鉆井形式。從這種新型鉆井工藝的應(yīng)用流程角度分析高速螺旋鉆井工藝并不要求鉆頭具有較高的應(yīng)力強(qiáng)度其會(huì)鉆頭頂部的應(yīng)力強(qiáng)度要求并不高，但是這種工藝對(duì)鉆頭側(cè)面的應(yīng)力強(qiáng)度要求較高。實(shí)際上，在旋轉(zhuǎn)鉆井的過(guò)程中，橫向的鉆井應(yīng)力會(huì)在螺旋鉆井形式的影響下被分解成不同方向的螺旋應(yīng)力，這種螺旋應(yīng)力會(huì)與鉆頭的內(nèi)部擠壓應(yīng)力達(dá)到一種平衡（前提是轉(zhuǎn)速達(dá)到了應(yīng)力平衡閾值），在這個(gè)平衡狀態(tài)的影響下，鉆頭的內(nèi)部擠壓應(yīng)力不會(huì)對(duì)鉆頭的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較為明顯地?fù)p傷[7]。此時(shí)，技術(shù)人員即可選擇一些組合鉆具，改善鉆頭的實(shí)際應(yīng)用效果。從此角度分析，高速旋轉(zhuǎn)鉆井工藝為新型組合鉆具的使用提供了可能，也提高了鉆頭工作持續(xù)性，可以有效降低鉆頭結(jié)構(gòu)的使用成本。另外，從石油鉆井質(zhì)量監(jiān)管的角度分析，其實(shí)際的質(zhì)量監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)也需要符合鉆具應(yīng)用質(zhì)量的基礎(chǔ)監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)。但是，需要注意的是，這種質(zhì)量監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)在新型工藝的應(yīng)用初期其實(shí)并不穩(wěn)定，需要結(jié)合實(shí)際的技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正，這也是新時(shí)期鉆井工藝優(yōu)化的主要方向之一。

2.3調(diào)整鉆井參數(shù)，優(yōu)化鉆井設(shè)備應(yīng)用流程

鉆井參數(shù)包括鉆井壓力、鉆具轉(zhuǎn)速以及洗井凈度鉆進(jìn)速度等。首先，針對(duì)鉆壓，技術(shù)人員需要根據(jù)鉆井區(qū)域的地質(zhì)條件進(jìn)行選擇，包括巖石層的厚度、應(yīng)力強(qiáng)度等。在此基礎(chǔ)上，需要考慮到實(shí)際的鉆井效率因素如果鉆井效率要求較高，則需要增加實(shí)際的鉆井壓力。但是，雖然此時(shí)的破巖效率提升了，但是鉆頭承受的壓力也隨之增加。此時(shí)，鉆頭的磨損程度可能進(jìn)一步上升，從而導(dǎo)致鉆頭出現(xiàn)較為明顯的應(yīng)力損傷。為了解決這個(gè)問(wèn)題，就需要從鉆具設(shè)備應(yīng)用流程的角度進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)際上，在選擇鉆具設(shè)備的鉆壓預(yù)估值時(shí)可以先從較小的數(shù)值開始輸入，之后，根據(jù)鉆具在鉆井中的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，這樣即可提升此類壓力參數(shù)的整體合理性；其次，針對(duì)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速越高，鉆頭的發(fā)熱量就越大，此時(shí)，相應(yīng)的沖洗液應(yīng)用量就會(huì)增加。在相同的鉆井條件下，應(yīng)該合理控制鉆頭外緣的最大線速度，此時(shí)的線速度需要控制在1.5~3.0m/s，這樣，才能為主鉆頭的應(yīng)力平衡，避免出現(xiàn)局部應(yīng)力灼傷；再者，針對(duì)洗井凈度，需要以徹底清除巖石碎屑為基礎(chǔ)，并且在這個(gè)過(guò)程中，需要適應(yīng)高速破巖的實(shí)際需求，也只有這樣，才能有效降低功耗。同時(shí)，在選擇鉆進(jìn)速度時(shí)，需要同時(shí)考慮鉆井壓力以及鉆具的實(shí)際轉(zhuǎn)速，換言之，鉆進(jìn)速度是一種綜合性的調(diào)整參數(shù)，需要在合理選擇其他參數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，這樣才能適應(yīng)鉆井工程的實(shí)際工程施工質(zhì)量要求。

3結(jié)束語(yǔ)

總之，鉆井工程質(zhì)量的影響因素相對(duì)固定，但是此類影響因素在實(shí)際工程中的具體表現(xiàn)有所差異，技術(shù)人員需要在明確鉆井工作地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，從鉆井液、鉆具以及鉆井參數(shù)等角度合理選擇具體的鉆井工程質(zhì)量控制措施。此間，技術(shù)人員需要結(jié)合工程設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)，積累設(shè)備應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并將此種應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái)，綜合調(diào)整鉆井設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，促使其可在穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)更為完整的運(yùn)行過(guò)程，并且可為提升鉆井工程的整體質(zhì)量提供有效支持。

作者：鹿超 單位：大慶油田鉆探工程公司國(guó)際事業(yè)部蘇丹項(xiàng)目經(jīng)理部