關于影響欠平衡井鉆井速度的原因分析

通過對欠平衡井鉆井過程的分析及總結，同時查閱大量文獻資料后，發現影響此類井鉆井速度的因素主要是地質因素和工程因素。本文主要分析了工程因素對鉆井速度的影響，同時對欠平衡井鉆井施工提出了一些改進措施。

欠平衡井鉆井的技術現狀

欠平衡鉆井技術是20世紀90年代在國際上成熟并迅速發展的一項鉆井新技術。欠平衡鉆井分為：氣體鉆井、霧化鉆井、泡沫鉆井、充氣鉆井、淡水或鹵水鉆井液鉆井、常規鉆井液鉆井和泥漿帽鉆井。在美國，欠平衡鉆井技術被稱為上游石油工業新技術，已經成為鉆井技術發展熱點，并越來越多地與水平井、多分支井及小井眼鉆井技術相結合。國外欠平衡鉆井技術主要集中在井控、鉆井液、程序設計、特殊工具等方面。

目前，應用欠平衡技術鉆井已有20多個國家，技術先進的國家包括美國、加拿大、英國、阿根廷、墨西哥等國。這些欠平衡技術先進的國家，創造欠平衡條件采用的常用技術有：邊噴邊鉆、泥漿帽鉆井、立管氣體注入、環空氣體注人、連續油管鉆井。水、地層水、海水、淀粉水、柴油、原油都曾用做欠平衡鉆井的循環工作介質。散裝或膜濾氮氣、工業廢氣、空氣、氮氣和空氣的混合氣、天然氣和空心玻璃球都作為減輕劑或發泡劑。這些對于我們開展此類井的鉆井具有一定的參考價值。

欠平衡鉆井技術的特點

欠平衡鉆井技術能夠迅速發展是因為它能很好的克服鉆井作業過程中的難題并避免一些復雜情況的發生、能有效地降低油氣田的勘探開發成本。從目前國內外研究及應用情況來看，其具有以下幾方面的優缺點：

優點：減少對油氣層的傷害，有效保護油氣層，提高油氣井的產量；實時發現地質異常情況，及時評價低壓低滲油氣層；有效控制漏失，減少和避免壓差卡鉆等井下復雜情況的發生，減少作業和相關的費用；提高機械鉆速，延長鉆頭使用壽命，縮短鉆井周期，降低鉆井成本；可以在鉆井過程中生產油氣。

缺點：循環系統的穩定性（壓力波動）；油層傷害（過平衡狀態，逆流自吸，地層液體配伍，出砂等）；井壁穩定性（力學，物理，化學作用）；安全問題（井下爆炸或燃燒，井控問題，H2S腐蝕）；經濟因素（設備，材料，環境問題）。

欠平衡鉆井相關技術分析

對于直井或水平井的欠平衡鉆井來說，篩選合理的油氣藏是非常必要的。通過研究油氣藏的構造圖以及收集和分析相關的數據，可以描述出油氣藏為均質油氣藏還是非均質油氣藏。需要提供和研究的油氣藏數據參數包括油氣比原油的API密度、平均孔隙度、平均滲透率、地層體積指數、壓力、溫度和含水量，這些基礎參數的準確率是能否保證鉆井成功的最直接的資料。另外，油氣藏的構造資料、注水、注氣以及原油粘度都在“區分油氣藏特征”方面起著一定的作用。在油氣鉆井的選位、設計、施工、篩選和前期決策上，應該形成由鉆井工程師、油藏工程師、地質工程人員、采油專業人員、欠平衡鉆井專家、HSE管理專業人員等組成的團隊來完成。并要認真按照以下篩選程序進行：

分析確定用簡單的欠平衡鉆井技術能否完成這口井；以現有數據能否證明欠平衡鉆井技術在此油氣層中優于過平衡鉆井技術；用欠平衡鉆井技術潛在的風險和事故；該地層能否承受住壓力降低而不出現坍塌事故；長期的油氣層優選與采用欠平衡鉆井技術的選擇是否科學；初始油井設計和現有井控設備是否能滿足油氣藏開發標準；

鉆進參數的影響

在欠平衡井鉆井過程中，可控因素中的鉆進參數對鉆井速度的影響不容忽視，如：鉆頭類型、鉆頭噴嘴直徑、鉆頭水功率、鉆壓、轉速、泵壓、排量等。在客觀條件一定的情況下，一般的正常鉆井通常通過控制鉆壓、轉速、泵壓及排量來提高機械鉆速。一般情況下鉆壓越大，轉速越高，機械鉆速就越高。而且一般遵從的規律是上部地層對轉速比較敏感，下部地層對鉆壓比較敏感。因此，對于欠平衡井，鉆遇上不松軟地層時，采用低鉆壓，高轉速；鉆遇下部堅硬地層時，采用低鉆壓，高轉速。如果鉆壓或轉速控制不當，一方面會影響機械鉆速，另一方面會加劇鉆頭的磨損，進而影響鉆頭的使用壽命。在考慮鉆壓和轉速的同時，還應調節好泵壓，泵壓不能太大，也不能太小，泵壓適當最好。若泵壓太小，則井底破碎的巖屑不能及時返出，造成巖屑的二次破碎；若泵壓太大，則產生井底壓差，井底壓差對剛破碎的巖屑有壓持效應，阻礙井底巖屑的及時清除，影響鉆頭的破巖效率。總之，在鉆井過程中應根據實際情況適時的調節鉆進參數，只有這樣才能高速有效的鉆進。

鉆井工具的影響

鉆井工具近年來取得了長足的進步。對于普通鉆井通常采用的常規轉盤鉆井，由于這種傳統的鉆井方式的鉆井速度很低，已不能適應如今飛速發展的新鉆井行業。為了適合不同欠平衡井鉆井參數的要求，對提高鉆井速度，已經采用“PDC鉆頭+井下動力鉆具+轉盤鉆”的復合鉆井方式，其具有如下優點：

由于復合鉆進的鉆頭轉速是鉆機Ⅱ檔速的2倍，接近Ⅰ檔速的4倍，大幅度提高機械鉆速很容易實現。復合鉆進的高轉速適合于PDC鉆頭剪切地層的切削特點。井眼軌跡平滑。導向鉆進和滑動鉆進相結合的間隔變換，易于控制狗腿度，保證井下安全。鉆具結構得到有效簡化。復合鉆進時鉆壓一般<100-120kN，少下或不下鉆鋌即可完成鉆進要求，粘卡機率大大降低。高效PDC鉆頭配合動力鉆具鉆井，避免了高轉速下牙輪軸承的先期失效，不會發生掉牙輪事故。導向鉆具結構若采用MWD監測井眼軌跡，更能發揮優勢。2005年以來，黃河鉆井總公司在近90口井的深部及中深部地層利用井下動力鉆具復合鉆進技術提高鉆井速度，效果明顯。鉆井五公司在豐深4井深部地層應用復合鉆井技術，提高機械鉆速效果十分明顯，是常規鉆井速度的2.96～3.72倍。

鉆井液的影響

鉆井液是鉆井工作中的重要載體，對鉆井進度質量的影響至關重要。影響機械鉆速的主要是鉆井液的粘度、鉆井液的密度及鉆井液中的固相含量三方面。

固相含量。固相含量對鉆進速度和鉆頭消耗量都有嚴重的影響，一半應盡量采用固相含量低于4%的低固相鉆井液。

粘度。若鉆井液粘度增大，將會增大環空壓降，使井底壓差增大，鉆速降低；鉆井液粘度增大，鉆柱內壓耗增大，在泵壓一定時鉆頭壓降減小，鉆頭誰功率減小，清巖和破巖能力降低，鉆速下降。若鉆井液粘度太小則會降低鉆井液的攜砂能力，使巖屑不能及時返出井口，進而影響鉆速。

密度。鉆井液密度越大，井內液柱壓力越大。在井內液柱壓力大于地層空隙壓力的情況下，產生一個正壓差。在正壓差作用下，井底巖屑難以離開井底，造成重復破碎現象，鉆速降低。若密度太小不足以壓住井下流體，可能會導致井噴危險。

設備對鉆進速度的影響

鉆井設備對鉆井速度的影響不容忽視，在一口井的鉆井周期中，由于設備問題導致鉆井周期延長的時間占絕大部分。設備的影響大體分為以下幾種情況：

鉆機配置不能滿足鉆井需要，如鉆機動力不足、鉆頭硬度不夠等。

設備沒有進行定期維護和檢修，經常發生故障而延誤工期，如陽試1井柴油機、泥漿泵、氣泵等大型設備多次發生故障。

鉆具陳舊，性能下降，增加了井下事故發生的頻率，如陽試1井發生過1次鉆鋌脫扣，1次鉆桿脫扣，2次鉆桿折斷。

井場常用工具配備不齊全而延誤工期，如陽試1井多次發生鉆具折斷而無打撈工具公錐和母錐；無備用鉆頭。

除了以上原因外，因地理、氣候條件所限贊成的供應不及時等原因，也會對鉆井速度有一定的影響，特別是水和柴油的及時供應等，如果出現問題將嚴重影響工期。針對這種情況，要提前儲備足夠的水和柴油，避免了雨雪天氣由于缺少水和柴油而延誤工期。

總之，欠平衡鉆井數據實時采集系統對鉆井全過程進行數據采集、計算和分析，依據數據結果對整個工藝過程進行監督和指導，確保欠平衡鉆井安全順利的完成。影響欠平衡井鉆井速度的因素有很多，在實際鉆進施工中，應妥善選擇方案，確保施工的順利進行。

（作者簡介：長城鉆探工程有限公司

生產協調處遼河分部）