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浅析提高深井钻井速度的方法

  【摘要】深井钻井在油田的应用越来越广泛,钻井速度对经济效益提升有着较为重要的作用,本文主要是从深井钻井存在的问题出发,对钻井过程存在的问题以及影响钻井速度的因素进行分析,探讨提升钻井速度的措施和方法。
  【关键词】深井 机械钻速 近平衡
  随着油田的深入发展,出现越来越多的深井和超深井,而深井、超深井钻井技术直接反应了一个国家的钻井技术水平。我国在深井、超深井钻井技术方面相对于国外的先进技术还存在一定的差距,需要全体从业人员不断的提升发展。浅层、中层基本已经探明或正在开采,深井和超深井还存在很大的发展空间,而钻井速度的提升能有效的提高经济效益,探讨深井的钻井速度就有着很重要的作用,值得我们重视。
  1 深井钻井的问题分析
  深井钻井涉及到的地层多,地层跨越的地质时代多且有着较大的变化,形成了较为复杂的地质条件。一口井的施工中需要对多个不同性质的井下情况进行预测和处理,在同一井段还有可能存在较大的压力梯度差,其形成的地层压力体系以及复杂地层都给深井钻井带来了较大的阻力。深地层的高温、高压和高应力更加加剧了这种井下的复杂程度,处理问题的难度也大大加剧。在我国目前的深井钻井中存在一些问题和不足,要提高深井钻井速度首先要对这些问题进行分析。
  在现今的深井钻井过程中使用的钻井设备与国外相比存在很大的差距,性能相对较差,比较陈旧。在钻井技术上,深井定向井和水平井钻井技术存在一定差距,防斜打直技术也有着明显不足,对于上部大尺寸井眼和深部井段的钻井速度不能达到理想值,在多层套管的情况下,深井段小井眼的速度也很难提高。对于问题的处理存在一些不足,主要表现在深井的套管的磨损、套管的破裂、井漏、井塌、井涌和缩径等情况的预防处理,固井质量的保证也有着较大难度。在深井钻井液体系中也存在不足,如包被剂的抗温问题、深井高密度钻井液流变性能稳定问题、高温稳定剂的复配问题、钻井液的环境保护问题和钻井液检测系统的陈旧、不配套。
  2 深井钻井的相关讨论
  针对以上问题进行分析,可以通过适当调整来提高深井大直径井段、深部井段的钻井速度和减小技术套管的磨损情况。
  提高深井大直径井段的钻井速度主要是通过以下几个方面来实现:加大钻井装备的装机功率,满足大尺寸井眼施工时所需的能量和排量要求;加大钻杆和钻铤的尺寸,满足水力能量和破岩能量要求;采用井下动力钻具与复合钻进技术,提升机械钻速;优化大尺寸钻头的结构和性能,使大尺寸钻头的移轴距和在高钻速下的适应性都得到提升。
  深部井段的钻井速度提升需要对岩层进行分析。深部井段由于上覆盖地层压力的作用,泥页岩和泥质砂岩等都会变得致密,密度和硬度都有较大提升,岩石从脆性朝塑脆性和硬塑性转化,这种致密岩石对牙轮钻头的牙齿造成的阻力更大,破碎的过程更加困难。钻井液密度和井深的增加会加大液柱压力对井底破碎产生的岩屑的压持作用,岩屑由牙轮钻头破碎形成后受到压差作用而无法离开井底,形成垫层而影响破碎的效率。除此外还有多种因素都对深井井段的机械钻速产生影响,维持较低的机械钻速。
  钻井的技术难点在于提高机械转速来缩短周期,但是深井的高抗压强度和高研磨性地层都会带来很大的影响。针对此类问题,国外采取人造金刚石孕镶钻头和高速涡轮动力钻具结合的方式来优化钻井参数达到提高钻速的目的,这样的措施可以提高钻速到3倍以上。
  对于减少技术套管磨损的途径可以通过使用井下动力钻具来减少钻具的转动,使用过程中做好粘卡卡钻的预防工作,直井段的施工要保证直,斜井段尽量平滑,减少钻具和套管之间的压力、接触点。可以采用合理的钻杆护箍减少钻杆和套管的磨损,但是护箍需要稳定可靠,不能出现掉落卡钻的情况。尽量保证钻井工具质量,延长使用寿命来减少起下钻次数,提高钻井速度来缩短周期。
  3 提升深井钻井速度的分析
  提高钻井速度主要从设计的优化、应用近平衡钻井技术、使用顶部驱动系统和随钻测量系统技术以及深井钻井模拟技术几个方面来考虑。
  优化设计需要考虑到钻机和设备的选择、套管程序的设计以及钻柱组合设计。钻机和设备的选用尽量保证先进、性能良好,功率满足需求、自动化程度高且配套齐全。钻机和提升系统能满足最重套管管柱和钻杆载荷需求,钻井泵的水功率能满足喷射钻井和清洗井眼要求,此外井架负荷能力、立根盒容量、底座高度、井控系统都满足设计要求,根据深井地层压力选用防喷器组、节流管汇,设计控制系统,使用前确保所有的设备安全、正常。套管的类型和强度要充分考虑到深井不同的压力体系,根据地震资料预测多个地层孔隙压力以及地层破裂压力梯度。为保证较高的抗内压强度,选用小尺寸钻具在悬挂点之下,在套管的下入程序上要合理,保证深井钻井速度。深井钻柱的设计可以采用满眼刚性组合,使用稳定器、减震器以及随钻震击器,对于大井眼多采用大直径塔式钻具组合,而超深井多选用复合钻柱,保证其富余拉力。
  采用近平衡钻井的主要目的是通过水力能量来实现井底岩石的清洗。深井较大的压差是造成钻速低的一个非常重要的原因,井底的岩石和钻头破碎产生的岩屑会因为钻井液的压持作用而很难排出,这种情况随着地层的加深而加大,同时岩石的强度也逐渐增大。施工中,钻头前进时底部的岩石致密且渗透性较差,很难有钻井液虑失水渗入,即将脱离母体的岩屑会因为液柱压力作用而被压住,液柱压力与地层孔隙的压力差越大就越严重。
  顶部驱动系统是用接立柱代替接单根,这样可使接钻杆的时间减少到原来的三分之一,更适用于易垮塌地层,在起下钻的过程中可不断旋转钻杆、循环钻井液等优点,该技术是从海上应用扩大到陆地,处理深井时能保证安全、快速的钻井。随钻测量技术可以实现钻井作业的优化,检测钻进参数,检测气体溢流,提供地层评价参数,保证钻井过程的高效、安全。
  深井钻井模拟是在地面实验室对温度场和压力场进行模拟,采用一比一的钻井设备进行模拟实钻,通过数据采集系统来对钻井过程中的信息尽心采集分析。通过这种全尺寸的模拟,能真实、准确的反应深井钻井的规律和实质,实钻中通过参考此资料能选用更加合适的钻井技术,减少投资,实现钻井速度的有效提高。
  参考文献
  [1] 樊朝斌,补成中.川西深井钻井速度影响因素及提速潜力探讨[J].内蒙古石油化工,2011(1)
  [2] 周冬青.加强钻井工程管理提升钻井速度[J].中国科技博览,2012,14


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