影響石油鉆井效率的因素分析與提速對策

【摘 要】提高鉆井工程中的鉆井施工效率，必須依托先進的科學技術，綜合運用鉆井技術來確保鉆井工程優質高效的完成。鉆井過程中常常會遇到各種復雜的情況，嚴重影響鉆井施工效率。通過對影響鉆井施工效率的主要因素進行分析，找出提高鉆井施工效率的對策，從根本上提高鉆井施工效率。

【關鍵詞】石油;鉆井效率;因素分析;提速;對策

1.提高石油鉆井效率意義重大

提高鉆井速度是老油田穩產提效及加快深層復雜油氣藏勘探開發速度、安全鉆井、提高單井油氣產量、降低“噸油”成本、提高鉆探效益的迫切需要，也是提升鉆井工程技術服務核心競爭力的迫切需要。通常鉆井過程中，常常遇到高硬度、可鉆性極差的巖石及受到深層高溫高壓的影響，井壁不穩定，有易剝落的礫巖層，而發生鉆具失效、井斜和卡鉆等各種復雜情況。為了安全高效、快速、優質地鉆深井，在綜合分析了國內鉆井技術現狀以及制約深井鉆井速度的基礎上，本文研究了影響鉆井速度的主要因素。針對不同的影響因素，在井身結構優化、設備配套方案優選等方面進行了分析和探討。

2.影響石油鉆井效率的因素分析

2.1鉆井裝備對機械鉆速的影響

鉆井裝備適用于各種地層，也是影響機械鉆速的關鍵因素。在80年代初，噴射鉆井在油氣勘探開發中被廣泛應用，大幅度提高了鉆井速度。近年來，鉆井裝備及鉆井技術沒有太大的進步，雖然有很多鉆井工程引進了1300馬力的泥漿泵，但是泥漿泵的實際功率發揮不出設計值的60%，大多數泥漿泵只能在50%的額定工況下進行工作，并且泵壓超過20Mpa就會頻繁修泵，從而影響了機械鉆速的提高。

2.2鉆井液對機械鉆速的影響

鉆井液對機械鉆速的影響主要有鉆井液密度、流變性、固相含量、潤滑性、失水量等因素。如果鉆井液中的固相含量越高，機械鉆速就會越低;鉆井液的粘度越高，機械鉆速就越低。鉆井液密度與固相含量有著密切的聯系，同時也和分散的鉆屑或者低密度的劣質土等有害固相含量有關，如果不能及時排除這些有害成份，就會對機械鉆速產生不利的影響。鉆井液的密度直接影響著機械鉆速，它與機械鉆速成反比，機械鉆速越大、當量循環密度越小時，降低鉆井液密度能夠有效減小當量循環的密度。

2.3地層對機械鉆速的影響

地層對鉆速的影響主要表現在地層的壓實程度。隨著地層埋深程度的不斷增加，地層巖石受壓實的程度也會隨之增加，如果地層成巖性好，就會降低機械鉆速。并且地層在不同環境下沉積，它的可鉆性也會存在很大的差異。對于礫巖地層，如果使用牙輪鉆頭，由于礫石的破碎性弱以及地層的不均質性，其機械鉆速就會低于砂泥巖地層。還有對于同樣埋深情況下的高于泥巖地層，其地層的含鈣質膠結也會對地層的可鉆性和機械鉆速產生嚴重的影響。

2.4鉆壓對機械鉆速的影響

鉆壓對機械鉆速也有著十分重要的影響，在井底凈化完善的前提下，機械鉆速會隨著鉆壓的增加而增大。但是鉆壓有上限值，以下兩個臨界條件來決定鉆壓的上限值：（1）在鉆進中要避免鉆桿超過其縱向彎曲的載荷;（2）減少鉆頭的使用數量，降低鉆進的成本。為滿足鉆進的經濟效益及成本最低要求，減少鉆頭能夠降低鉆井的操作費用。在鉆井過程中，鉆壓的取值會有一定的范圍，因此最小化的成本鉆壓不能保證最大化的機械鉆速。

2.5技術水平制約鉆井效率

鉆井技術也是影響鉆速的因素，主要與鉆機裝備與配套工具、破巖方式與破巖工具、鉆井（水力）參數優選、鉆井方式（不同循環介質）、鉆井液體系及性能、井身結構與鉆具組合等密切相關。

3.提高石油鉆井效率的對策

3.1鉆頭優選與個性化設計

“鉆頭不到，油氣不冒”，鉆頭直接接觸地層，是影響鉆井破巖效率最直接、最關鍵的因素。近年來，設計更具針對性和個性化、切削齒材質要求高、功能更全、增強鉆頭耐磨性、可導向性地層適應性更強、PDC等新型鉆頭層出不窮，對于提升鉆井破巖能力起著至關重要的作用。

3.2最優化鉆井（鉆井參數優選）

鉆井參數表征鉆進過程中可控因素（設備、工具、鉆井液以及操作條件）的重要性質的量，如鉆頭類型、鉆井液性能參數、鉆壓、轉速、泵壓、排量、鉆頭噴嘴直徑、鉆頭水功率等。鉆井參數優選是指在一定的客觀條件下，根據不同參數配合時各因素對鉆進速度和鉆頭壽命的影響規律，采用最優化方法，選擇合理的鉆進參數配合，使鉆進過程達到最優的技術和經濟指標。

3.3提高鉆速的鉆井液

現場試驗結果表明，優化鉆井液提高機械鉆速效果顯著，并有效減少起下鉆過程中的阻卡情況，井徑規則。因此，通過研究鉆井液提高鉆速的作用機理，提出提高鉆速的處理劑分子結構和鉆井液性能要求，研制能提高不同地層鉆速的處理劑新材料，形成針對不同地層能提高鉆速的水基鉆井液配套技術，并建立評價方法。

3.4優化作業模式

工廠化作業是鉆完井作業模式的一次重大突破，已被推廣到頁巖氣等非常規油氣資源的開發中。一體化設計、井場布置;快速移動鉆機;同步作業;遠程決策;批量鉆/壓是助推未來非常規油氣高效開發的一大優勢。

3.5基于大數據的鉆井綜合提速技術

基于大數據的鉆井綜合提速技術根據實際開發經驗總結而成的高效分析工具，所需要的鉆井數據都是客戶已有數據的大數據模式分析，基于客觀的鉆井數據和事實，無需客戶花費額外的成本去收集新數據，所提出的解決方案通常是成本低廉并且提速效果突出。

3.6優化鉆進參數

為了進一步提高鉆速，在優化井身結構和優選鉆頭的同時，分別在上部地層和下部地層開展了優化鉆進參數試驗。鉆進上部地層時，將轉盤轉速由原來的117～135r/min提高到175～205r/min，鉆壓由原來的120～140kN提高到160～180kN，通過強化鉆進參數機械鉆速提高35.04%。鉆進下部地層時，鉆壓由原來的160 kN提高到220kN，機械鉆速提高了42.78%。

3.7采用近平衡鉆井工藝技術

采用近平衡鉆井的主要目的是通過水力能量來實現井底巖石的清洗。尤其是深井，較大的壓差是造成鉆速低的一個非常重要的原因，井底的巖石和鉆頭破碎產生的巖屑會因為鉆井液的壓持作用而很難排出，這種情況隨著地層的加深而加大，同時巖石的強度也逐漸增大。施工中，鉆頭前進時底部的巖石致密且滲透性較差，很難有鉆井液慮失水滲入，即將脫離母體的巖屑會因為液柱壓力作用而被壓住，液柱壓力與地層孔隙的壓力差越大就越嚴重。

3.8采取的安全措施確保施工效率

鉆井工程程序繁多，工種數量多，需要高額的投資成本，施工中也面臨來自各個環節的風險。所以在提高鉆井施工效率的同時要尤為注意對鉆井工程事故的預防和控制，做好安全措施和管理。應用提高鉆井施工效率的先進技術后，要對操作規程嚴格控制，對所有的技術規則都要注意，防止造成憋漏;加重按循環周不能過急，防止壓差過大造成壓漏，等等。

4、結語

總之，鉆井提速不是簡單的提高鉆速，其最終目的是縮短鉆井周期、降低噸油成本為了提高石油鉆井效率，要優化鉆井施工設計，加強對鉆井施工過程的管理，達到高效鉆探施工管理的技術要求。要認真分析影響鉆井施工的各種技術難點問題，結合當前自動化鉆井技術措施的應用，實現鉆井施工管理的目標。加強對鉆井施工過程的安全管理，杜絕發生安全事故，保證順利完成鉆井進尺。不斷研究和應用鉆井施工的新技術措施，適應油田開發不同時期鉆井施工的需要。

【參考文獻】

[1]王恩泉，張盼，朱建東.鉆井工程技術中存在的問題及提高鉆井效率研究[J].中國石油和化工標準與質量，2016，36（13）.

[2]張蘇，顧冰，李義剛，等.鉆井工程技術中存在的問題及提高鉆井效率的對策[J].云南化工，2018（5）.

[3]馬立強.探究鉆井工程中提高鉆井效率的措施[J].化學工程與裝備，2016（7）：94-95.

作者簡介：吳海強（1974—），男，助理工程師，從事油田鉆井工作。