一種新的鉆井井身質(zhì)量評價方法

李　琪　王　濤　王再興　張成秀　張立君（.西安石油大學(xué)，陜西西安　70065；. 中國石油新疆油田分公司，新疆克拉瑪依　84000；. 川慶鉆探鉆采院長慶工程院，陜西西安　7008）

一種新的鉆井井身質(zhì)量評價方法

李琪1王濤1王再興1張成秀2張立君3
（1.西安石油大學(xué)，陜西西安710065；2. 中國石油新疆油田分公司，新疆克拉瑪依834000；3. 川慶鉆探鉆采院長慶工程院，陜西西安710018）

準(zhǔn)確、全面地評價井身質(zhì)量在鉆井質(zhì)量評價中占有至關(guān)重要的地位。傳統(tǒng)的顯性井身質(zhì)量評價大多只能得到單項的評價報告，并未考慮下套管過程對井身質(zhì)量的反映。在分析國際鉆井承包商協(xié)會（IADC）鉆頭磨損分級系統(tǒng)及格拉斯哥昏迷評分方法（GCS）的基礎(chǔ)上，結(jié)合井身質(zhì)量影響因素，提出了一種新的井身質(zhì)量評價方法——井身質(zhì)量計分卡方法，該方法針對鉆井作業(yè)的整個過程，通過分析扭矩和摩阻來評價井身質(zhì)量，并可對井身質(zhì)量進(jìn)行分級，具有簡單、可靠和使用靈活的特點。井身質(zhì)量計分卡方法還有利于不同油田不同區(qū)塊井身質(zhì)量的比較，可為甲方鉆井監(jiān)督及乙方井身質(zhì)量控制提供了一個有力的工具。其應(yīng)用也將強化施工人員對導(dǎo)致低井身質(zhì)量因素的認(rèn)識，從而間接提高鉆井完井質(zhì)量。

井身質(zhì)量；質(zhì)量評價；隱性方法；顯性方法；計分卡

鉆井工程是油氣勘探開發(fā)過程中一個高投資、高風(fēng)險、高技術(shù)、且多學(xué)科交叉的復(fù)雜行業(yè)。一口井鉆井施工質(zhì)量的好壞，會直接影響到該井是否符合鉆井、地質(zhì)設(shè)計，施工能否正常進(jìn)行，能否最大限度保護(hù)油氣層，能否保證油井的長期正常生產(chǎn)等，繼而會影響到巨額的投資是否能得到經(jīng)濟(jì)合理的回報。隨著國內(nèi)外油氣投資方對鉆井的投資越來越大，對鉆井質(zhì)量的要求則越來越高［1］。為保證鉆井施工質(zhì)量，進(jìn)行現(xiàn)場質(zhì)量評價是必不可少的?，F(xiàn)場一般用三大質(zhì)量評價體系來評價鉆井施工質(zhì)量，即取心質(zhì)量評價、井身質(zhì)量評價以及固井質(zhì)量評價。井身質(zhì)量是鉆井施工質(zhì)量的重要組成部分，是實現(xiàn)勘探開發(fā)目的和要求的重要保證，對鉆井后續(xù)工程（如固井、采油等）的質(zhì)量和安全生產(chǎn)也有重要影響。因此，準(zhǔn)確全面的井身質(zhì)量評價在鉆井質(zhì)量評價中占有至關(guān)重要的地位。

1　井身質(zhì)量的評價方法分析

傳統(tǒng)的井身質(zhì)量評價方法是依據(jù)國家石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SY/T 5088—2008），分別按照垂直探井、開發(fā)井，定向探井、開發(fā)井及水平開發(fā)井進(jìn)行質(zhì)量評價［2］。垂直探井、開發(fā)井評價項目有：數(shù)據(jù)采集間隔，井斜角，目標(biāo)點水平位移，全角變化率，目的層平均井徑擴(kuò)大率，井口頭傾斜角；定向探井、開發(fā)井評價項目有：數(shù)據(jù)采集間隔，靶區(qū)半徑，全角變化率，目的層平均井徑擴(kuò)大率，井口頭傾斜角；水平開發(fā)井評價項目有：數(shù)據(jù)采集間隔，全角變化率，著陸點水平靶靶區(qū)，水平段縱橫偏移，井口頭傾斜角。國標(biāo)中只規(guī)定了井身質(zhì)量的評價項目及其計算方法，各項目必須滿足的指標(biāo)值則由各油田針對其所在地區(qū)的具體情況來制定。因此在進(jìn)行井身質(zhì)量評價前，應(yīng)根據(jù)需要選擇相應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)。在通過計算得到評價項目值后，對比相應(yīng)的評價項目標(biāo)準(zhǔn)值，若連續(xù)3個測量點或井段同一項目不合格，則可認(rèn)定該井井身質(zhì)量不合格。

傳統(tǒng)的井身質(zhì)量評價方法涉及到許多評價單項，對各單項的評定也是完全獨立的。單項的、獨立的指標(biāo)往往也很難反映出井身質(zhì)量的總體效果。針對傳統(tǒng)評價的不足之處，國內(nèi)有學(xué)者提出了綜合評價方法［3］。該方法是在單項分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用層次分析法和模糊綜合評價相結(jié)合的方法對井身質(zhì)量進(jìn)行綜合評價。該方法可將單項評價描述進(jìn)行量化及綜合化，但未能考慮下套管過程對井身質(zhì)量的反映，評價結(jié)果仍不夠全面準(zhǔn)確，具有一定的缺陷。

目前的評價方法都是建立在測量表征井身幾何特征（井斜角、全角變化率、平均井徑擴(kuò)大率等）的一些參數(shù)的基礎(chǔ)上，然后進(jìn)行深入分析來評價井身質(zhì)量。這種方法可稱之為顯性方法。其評價結(jié)果不能直接反映出井身質(zhì)量的好壞，對井身質(zhì)量和下套管作業(yè)之間的關(guān)系也無體現(xiàn)。為了彌補顯性方法的不足，能更加全面、準(zhǔn)確地評價井身質(zhì)量，筆者提出了一種通過測量一些與井身質(zhì)量相關(guān)的參數(shù)來評價井身質(zhì)量的方法—隱性方法。

為找到一個合理的評價井身質(zhì)量的方法，對2個相似事例進(jìn)行了調(diào)研，雖然這2 個事例都存在一定程度上的主觀性，但其評價方法都已完善并廣泛應(yīng)用于各自領(lǐng)域。（1）國際鉆井承包商協(xié)會（IADC）鉆頭磨損分級系統(tǒng)［4］，該系統(tǒng)鉆頭磨損的狀況需要8項信息來進(jìn)行描述，每項信息單獨分級，所以鉆頭磨損分級方法簡單，但缺點是沒有一個能夠反映鉆頭整體狀況的單獨評價結(jié)果。（2）格拉斯哥昏迷評分方法（GCS）［5］，是醫(yī)學(xué)上評估病人頭部創(chuàng)傷程度的方法，是現(xiàn)如今使用最廣泛的通過量化昏迷程度來判斷外傷性大腦損傷的一個評分系統(tǒng)。它可直接反映出大腦的損傷程度。由于簡易性以及較高的可靠性，該方法迅速被所有的醫(yī)療工作者所認(rèn)可。事例（1）的評價方法是建立在觀測幾何特征的基礎(chǔ)上，類似于傳統(tǒng)井身質(zhì)量評價方法，可稱作顯性方法，但缺陷是未能給出反映鉆頭整體狀況的一個單獨評價結(jié)果；事例（2）通過量化昏迷程度來判斷大腦損傷情況，借助于可反映出昏迷程度的3個反應(yīng)來實現(xiàn)對大腦損傷的評價，最終給出了一個明確的評價結(jié)果。這種方法即為隱性評價方法。GCS方法的成功性已為世界醫(yī)學(xué)界所公認(rèn)，因此可借鑒其隱性評價思想進(jìn)行井身質(zhì)量評價，來克服傳統(tǒng)評價方法的不足，更加準(zhǔn)確、全面的評價井身質(zhì)量。

把GCS的隱性評價思想應(yīng)用到井身質(zhì)量的評價上，并結(jié)合傳統(tǒng)井身質(zhì)量評價方法，提出了井身質(zhì)量評價新方法即井身質(zhì)量計分卡方法，主要通過分析受井身質(zhì)量影響的各種鉆井作業(yè)響應(yīng)來實現(xiàn)質(zhì)量評價，如鉆進(jìn)及下套管過程中的扭矩摩阻曲線、是否發(fā)生卡鉆事故等。它包含3個關(guān)鍵響應(yīng)變量、含有全面質(zhì)量得分并可根據(jù)特殊情況靈活調(diào)整。

2　井身質(zhì)量計分卡法

井身質(zhì)量計分卡法主要通過分析鉆進(jìn)、起鉆和下套管過程中的扭矩和摩阻曲線來實現(xiàn)的。扭矩和摩阻曲線是鉆井過程中判斷井下狀況的一個重要信息來源，可幫助追蹤井下環(huán)境和井眼不穩(wěn)定性問題，能夠反映出井身質(zhì)量的優(yōu)良情況［6-8］。它包含3個部分：鉆進(jìn)響應(yīng)、最終起鉆響應(yīng)、下套管響應(yīng)。

2.1鉆進(jìn)響應(yīng)

鉆進(jìn)響應(yīng)對井身質(zhì)量的衡量有一定的局限性，原因是在鉆進(jìn)過程中有許多工作參數(shù)（例如鉆壓、轉(zhuǎn)速、機械鉆速和泵排量）是很活躍的并且從不同方面影響著井身質(zhì)量［9］。這些參數(shù)大多是相互影響的，加大了參數(shù)分析的復(fù)雜性。

鉆進(jìn)響應(yīng)在計分系統(tǒng)的得分情況如表1所示。鉆進(jìn)響應(yīng)最大的得分是5分，占總井身質(zhì)量得分的25%。鉆進(jìn)響應(yīng)及其他響應(yīng)的最終得分取的是最差響應(yīng)得分，即最低得分。若井身幾何參數(shù)（傳統(tǒng)井身質(zhì)量評價單項）有一項未符合工程設(shè)計要求，鉆進(jìn)響應(yīng)得分則為0分。在鉆進(jìn)過程，若發(fā)生卡鉆或近卡鉆事故，則反映出非常差的井身質(zhì)量，也對應(yīng)著最低的鉆進(jìn)響應(yīng)得分。該事故的發(fā)生表明操作上存在問題，或者是正鉆進(jìn)地層的地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜。一般性鉆進(jìn)問題如形成巖屑床及循環(huán)漏失等，在鉆進(jìn)過程中普遍存在，對井身質(zhì)量的影響不大，這些事故也容易處理，因此對應(yīng)著適度的響應(yīng)得分。接單根過程中上卸扣所記錄的上提和下放值變化很大，并不是評價井身質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。地表扭矩則是鉆進(jìn)過程主要的響應(yīng)參數(shù)。若整個鉆進(jìn)過程中觀測到的所有參數(shù)（主要是扭矩和摩阻）遵循光滑的趨勢線，則反映了一個優(yōu)良的鉆進(jìn)響應(yīng)。除了光滑的趨勢線外，如果扭矩和摩阻值比探井的或正常預(yù)期的更低，該階段的鉆進(jìn)響應(yīng)可認(rèn)為是極佳的。

表1　鉆進(jìn)響應(yīng)評分表

2.2最終的起鉆響應(yīng)

起鉆響應(yīng)的得分情況如表2所示。起鉆響應(yīng)能更有效地衡量井身質(zhì)量。該響應(yīng)最大得分可達(dá)到7分，占到總井身質(zhì)量得分的35%。卡鉆或近卡鉆事故對應(yīng)著最低的起鉆響應(yīng)得分。其次是存在殘余巖屑床或壓差卡鉆環(huán)境，如果在一個連續(xù)井段發(fā)生超載提升現(xiàn)象，則可能發(fā)生了此情況。若起鉆時鉆柱重量對應(yīng)著較小異常、光滑的趨勢線（即低超載提升），則表明了一個高質(zhì)量的響應(yīng)。若記錄的摩阻比預(yù)期的更低，可以認(rèn)為起鉆響應(yīng)是極佳的。有時需要劃眼，可以用來在下套管之前盡量增加井眼圓整性及清潔度，但是會掩蔽掉井身的不足之處。所以在使用劃眼情況下，計分系統(tǒng)的得分應(yīng)該主要以扭矩響應(yīng)為基礎(chǔ)。一旦最后鉆具能取回到地表，就可把套管下到指定深度。所以當(dāng)使用井身質(zhì)量計分卡方法獲得經(jīng)驗之后，若起鉆響應(yīng)得分超過某個等級，就可斷定一個設(shè)計合理的下套管過程會很成功。

表2　最終起鉆響應(yīng)評分表

2.3下套管響應(yīng)

下套管響應(yīng)是衡量井身質(zhì)量最重要的一個響應(yīng)。下套管響應(yīng)的得分情況如表3所示。其最大得分是8分，占總分?jǐn)?shù)的40%。較高的得分權(quán)重是基于下套管對井身缺陷敏感度這個經(jīng)驗［10］。

表3　下套管響應(yīng)評分表

由于井底問題套管柱必須修復(fù)或者套管柱卡住時響應(yīng)得分是最低的。在易發(fā)生壓差卡鉆區(qū)域、井壁上存在有厚濾餅或者堵漏材料形成的淤泥時，套管會受到靜態(tài)摩擦力的影響，其大小可由接頭摩阻來確定，計分卡系統(tǒng)則根據(jù)靜摩擦力的大小來打分。井筒中的臺肩、縮徑、穩(wěn)固的巖屑床或者沖蝕引發(fā)的一些井眼問題可以在下套管的過程中進(jìn)行補救。此類情況的得分是基于是否優(yōu)先采取一些處理措施：第一種應(yīng)對措施是清除一些接頭來消除超額的摩阻；其次采取的方案是恢復(fù)循環(huán)來凈化環(huán)形空間；最后如果還能旋轉(zhuǎn)的話可以向下擴(kuò)孔。同樣，若摩阻趨勢線光滑且比預(yù)期摩阻更低，則下套管響應(yīng)可給出8分的高分。

由上述分析可知，井身質(zhì)量計分卡方法包含3個響應(yīng)的得分即鉆進(jìn)響應(yīng)、最終起鉆和下套管響應(yīng)，最大的得分分別是5分、7分和8分，最終得分取3個響應(yīng)得分之和，評分范圍是0～20分，0分對應(yīng)著非常低的井身質(zhì)量（通常是遇到了非常嚴(yán)重的卡鉆事故）而20分對應(yīng)著最優(yōu)的井身質(zhì)量。可用表4對井身質(zhì)量進(jìn)行分級。其評價過程簡單明了，靈活性很強，各響應(yīng)得分可根據(jù)現(xiàn)場實踐進(jìn)行靈活調(diào)整。井身質(zhì)量計分卡方法不僅可直接、準(zhǔn)確、全面地評價出井身質(zhì)量，也克服了不同油田不同評價標(biāo)準(zhǔn)的弊端，有利于不同區(qū)塊不同油田井身質(zhì)量的比較，并為甲方鉆井監(jiān)督及乙方井身質(zhì)量控制提供了一個有力的工具。

表4　井身質(zhì)量分級

3　現(xiàn)場應(yīng)用

表5所示是用井身質(zhì)量計分卡方法對長慶油田某水平井進(jìn)行質(zhì)量評價的結(jié)果。該水平井鉆水平井段時由于存在不穩(wěn)定的扭矩走勢，因此鉆進(jìn)響應(yīng)得分是3分。起鉆過程中在2個井段觀測到的摩阻較預(yù)測值超出23 000 kg，因此對應(yīng)的得分為2分。下套管施工非常不順利，發(fā)生了軸向黏附事故并且隨著深度增加加劇，由于需要往復(fù)活動管柱，該響應(yīng)的得分是3分。各響應(yīng)得分相加可得總井身質(zhì)量得分是8分，通過分級系統(tǒng)可查出該得分對應(yīng)中等井身質(zhì)量。用傳統(tǒng)的井身質(zhì)量評價方法評價的各單項結(jié)果均符合設(shè)計要求，但是全角變化率明顯過大，這直接導(dǎo)致了下套管施工未能順利進(jìn)行?？梢钥闯?，井身質(zhì)量計分卡方法可以更準(zhǔn)確地評價出井身質(zhì)量并給出分級。

表5　長慶某水平井井身質(zhì)量計分卡得分

4　結(jié)論

（1）評價井身質(zhì)量的顯性評價方法最常見并廣泛為人們所認(rèn)可，缺陷是評價結(jié)果不能直接反映出井身質(zhì)量的好壞，對井身質(zhì)量和下套管作業(yè)之間的關(guān)系也沒有明確的衡量。隱性評價方法評價結(jié)果卻可以直接、準(zhǔn)確、全面反映出井身質(zhì)量的級別。

（2）井身質(zhì)量計分卡方法通過解釋鉆進(jìn)、起鉆和下套管的響應(yīng)來完成計分卡的記錄，具有簡單性、可靠性和靈活性。通過現(xiàn)場的大量應(yīng)用，該方法將會得到很好的論證并被本行業(yè)所采納。

（3）井身質(zhì)量計分卡方法克服了不同油田不同評價標(biāo)準(zhǔn)的弊端，有利于不同油田不同區(qū)塊井身質(zhì)量的比較，并為甲方鉆井監(jiān)督及乙方井身質(zhì)量控制提供了一個有力的工具。它的應(yīng)用也將強化施工人員對導(dǎo)致低井身質(zhì)量因素的認(rèn)識，從而間接提高鉆井完井質(zhì)量。

［1］李健，胡貫平，楊軍.談鉆井井身質(zhì)量的控制措施［M］ .石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2006，22（3）：42-43.

［2］SY/T 5088—2008,鉆井井身質(zhì)量控制規(guī)范［S］.

［3］李琪，楊飛，張冰.鉆井井身質(zhì)量評價方法研究及軟件實現(xiàn)［J］ .石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2008，24（11）：18-20.

［4］WINTERS W J, DOIRON H H. The 1987 IADC fixed cutter bit classification system［R］ . SPE 16142, 1987.

［5］TEASDALE G. Adding up the glasgow coma score［J］．Acta Neurochir,1979,28：13-16

［6］GAYNOR T, HAMER D. Quantifying tortuosities by friction factors in torque and drag model［R］ . SPE 77617,2002.

［7］CHEN D C-K ,GAYNOR T. Hole quality： gateway to efficient drilling［J］ . OTC 14277,2002.

［8］GAYNOR T, CHEN D C-K. Tortuosity versus microtortuosity—why little things mean a lot ［R］ . SPE 67818,2001.

［9］MASON C J, CHEN D C-K .The perfect wellbore［R］ . SPE 95279,2005.

［10］MASON C J, CHEN D C-K .Drilling metrics for improved casing ruing performance［R］ . SPE 89912,2004.

（修改稿收到日期2015-01-23）

〔編輯薛改珍〕

A new evaluation method for wellbore quality

LI Qi1, WANG Tao1, WANG Zaixing1, ZHANG Chengxiu2, ZHANG Lijun3
（1. Xi'an Petroleum University, Xi’an 710065, China; 2. Xinjiang Oilfield Company, CNPC, Karamay 834000, China; 3. Changqing Engineering Institute of Chuanqing Drilling & Exploration Co. Ltd., Xi’an 710018, China）

Accurate and comprehensive evaluation of wellbore quality is of great importance in drilling quality evaluation. The traditional explicit wellbore quality evaluation mostly leads to an evaluation report of single item, not considering the effect of casing running on wellbore quality. Based on analysis of IADC bit wear classification system and GCS (Glasgow Coma Score) method, and in conjunction with factors affecting the wellbore quality, a new wellbore quality evaluation method is presented — wellbore quality scorecard approach. This method will evaluate the wellbore quality through analyzing the torque and friction drag during the whole drilling process and will classify the wellbore quality; it is easy, reliable and flexible to use. The scorecard for wellbore quality is also helpful in comparing wellbore quality in different oilfields and blocks, and can be a useful tool for Party A drilling supervision and Party B wellbore quality control. Its application will also enhance the understanding of drilling crew on factors leading to low wellbore quality, so as to improve wellbore drilling and completion quality indirectly.

wellbore quality; quality evaluation; implicit method; explicit method; scorecard

TE28

A

1000 – 7393（ 2015 ） 02 – 0001 – 04

10.13639/j.odpt.2015.02.001

國家自然科學(xué)基金項目“基于隨鉆信息和知識集成的鉆井風(fēng)險動態(tài)管理與決策控制研究”（編號：51074125）。

李琪，1963年生。1983畢業(yè)于西南石油學(xué)院油氣井工程專業(yè)，1987年獲油氣田勘探開發(fā)工程專業(yè)碩士學(xué)位，2002年獲石油與天然氣工程專業(yè)博士學(xué)位，主要研究方向：石油鉆井信息技術(shù)、導(dǎo)向鉆井等，教授，博士生導(dǎo)師。電話：029-88382690。E-mail：liqi@xsyu.edu.cn。

引用格式：李琪，王濤，王再興，等.一種新的鉆井井身質(zhì)量評價方法［J］.石油鉆采工藝，2015，37（2）：1-4.