探井鉆井速度的影響因素探討

1、探井鉆井速度的影響因素探討 探井鉆井速度的影響因素探討 摘 要在石油天然氣勘探中，由于深層常常遇到巖石可鉆性較差、巖石硬度大、溫度高，常常會遇到各種復(fù)雜的情況，嚴(yán)重影響鉆井速度。本文主要對影響探井鉆井速度的主要因素進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的可行性建議，提高鉆頭及鉆井式使用的技術(shù)含量、提高裝備水平、欠平衡鉆井技術(shù)提速等技術(shù)措施，從根本上解決探井鉆井速度，加快石油天然氣勘探開發(fā)的步伐。 關(guān)鍵詞探井鉆井；速速；因素探討 中圖分類號：TE142 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X33-0035-01 1.影響鉆井速度的主要影響因素分析 1.1 地質(zhì)因素影響 深部地層硬度大，巖石可鉆性差，在縱向上砂

2、泥巖互層且存在礫石層井深超過2 700 m地層的可鉆性級值為61O級，其中礫石層可鉆性級值高達(dá)l0.38級；井深在30004100m 的地層可鉆性級值為7-9級。對于區(qū)塊深部井段，在高溫高壓的作用下，巖石可鉆性變差。一些泥巖、泥質(zhì)砂巖也由常壓下的脆性向塑性或彈塑性轉(zhuǎn)化，破碎這種地層特別困難。在縱向上砂泥巖互層且存在礫石層，鉆進(jìn)困難且跳鉆嚴(yán)重，降低了鉆頭和鉆具使用壽命。 深層地層孔隙壓力低，常規(guī)鉆井壓差大地層當(dāng)量密度一般約為1lOg/cm3，儲層保護(hù)難度大。由于井筒和地層孔隙流體的壓差作用使巖石強(qiáng)化，塑性和硬度增加，破碎方式也相應(yīng)有了變化。在低壓差下易破碎的巖石，在高壓差下那么塑性增大，難于破碎

3、。另外，由于壓差對剛破碎的巖屑有壓持作用，阻礙巖屑的及時(shí)去除，造成重復(fù)破碎，使鉆速下降。 深部地層巖性不均質(zhì)，常發(fā)生礫石塊剝落，井下復(fù)雜情況發(fā)生幾率增多深部地層不但宏觀上巖性復(fù)雜，而且同一巖性結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在鉆井過程中，常有剝落坍塌的礫石塊，致使鉆頭先期損壞。對于營城組流紋巖、角礫巖、凝灰?guī)r地層，鉆頭的平均進(jìn)尺缺乏60m ，起、下鉆頻繁。 地層溫度高。高溫高壓對鉆井液性能影響較大，也致使鉆頭保徑齒和切削齒脫落、井下工具密封失效和鎢鋼柱脫落，造成井下復(fù)雜情況增加和固井難度增大。 地層傾角大。對于地層傾角大約為206O。的井，為了控制井身質(zhì)量，常常需要輕壓吊打，這就嚴(yán)重影響了深井的機(jī)械鉆速。 1.2

4、鉆井工程因素 影響外圍深探井鉆井速度的鉆井工程因素包括以下方面： 1.2.1鉆井方式。在井身結(jié)構(gòu)確定以后，對于每個(gè)井段來說，優(yōu)選鉆井方式是提高單位井段鉆井速度、進(jìn)而提高整個(gè)深井鉆井速度的關(guān)鍵因素。以往對于鉆井工程來說，在上部松軟地層大多是采用噴射鉆井方式，那么主要是水力破巖為主、機(jī)械破巖為輔：在中深部井段的中硬地層采用機(jī)械破巖為主、水力破巖為輔的鉆井方式；在深部硬地層，由于管內(nèi)壓力損失較大，主要采用機(jī)械破巖為主的原那么。但是這種鉆井方式機(jī)械鉆速很低，周期較長，一般井深為4 300 m的井平均建井周期為140 d左右，不能滿足加快深井勘探開發(fā)的需要。 1.2.2鉆井設(shè)備。在深井鉆井過程中，現(xiàn)有的

5、鉆井裝備也制約著鉆井速度的提高。由于上部大直徑井段要求排量較大，必須保證雙泵打鉆，同時(shí)沒有大尺寸外徑的鉆桿鉆鋌，使上部井段鉆井的井下鉆壓的機(jī)械能量缺乏；泥漿凈化的固控設(shè)備不能保證泥漿中固相含量盡可能的少，目前只有局部特殊工藝才能實(shí)現(xiàn)四級固控凈化設(shè)備的功能，這使得泥漿中固相含量及井下泥漿密度的增加，增大了井下壓差，造成重復(fù)破碎。同時(shí)，由于鉆桿鉆鋌內(nèi)徑較小，使下部井段水力能量損失過大，鉆頭壓降較小，對井底清洗存在一定影響。 1.2.3鉆井液。深層鉆井液應(yīng)該具有防井塌、防縮徑和抗高溫的能力。在鉆井過程中，使用的鉆井液密度應(yīng)該盡可能地降低，以減少井底壓差及提高鉆速。作用于井底的壓差是影響鉆速的重要因素

6、之一，隨著井底壓差的增加，鉆速會大幅度降低。因此在保證正常平安鉆進(jìn)的前提下，使作用于井底的壓差降低到最小是提高鉆井速度的關(guān)鍵。另外，鉆頭型號優(yōu)選、鉆井參數(shù)優(yōu)化、鉆具組合以及完井方式確實(shí)定都是影響深探井鉆井速度的因素。 2.提高鉆井速度措施 2.1提高鉆頭及鉆井式使用的技術(shù)含量，提高機(jī)械鉆速。就旋轉(zhuǎn)鉆井而言，從破巖機(jī)理上講，提高機(jī)械鉆速的唯一方法就是增加井底鉆頭的破巖能量 ，而井底鉆頭的破巖機(jī)械能量主要以鉆壓和轉(zhuǎn)速這兩項(xiàng)指標(biāo)來衡量。由于受很多因素如鉆具強(qiáng)度、動(dòng)力能量及地層易斜等的限制，進(jìn)一步提高鉆壓的潛力有限，目前行之有效的措施就是提高轉(zhuǎn)速。提高轉(zhuǎn)速有兩種：一是增加轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速或采用頂部驅(qū)動(dòng)裝置，二

7、是采用井下動(dòng)力鉆具加低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)鉆柱的復(fù)合鉆井技術(shù)。但第一種方法受鉆具強(qiáng)度、鉆機(jī)能量限制，轉(zhuǎn)速提高幅度有限。而采用PDC+井下動(dòng)力鉆具的復(fù)合鉆井技術(shù)，可充分發(fā)揮PDC鉆頭適宜高轉(zhuǎn)速剪切地層的特性，大大提高PDC鉆頭轉(zhuǎn)速和機(jī)械破巖能量，從而提高機(jī)械鉆速。 2.2提高裝備水平、實(shí)現(xiàn)高壓噴射鉆井根據(jù)噴射鉆井理論，射流沖擊力的大小決定水力破巖效果。室內(nèi)試驗(yàn)證明巖石所能承受的抗外壓強(qiáng)度比抗內(nèi)壓和抗張強(qiáng)度高，在相當(dāng)水力壓力作用下，巖石發(fā)生水力壓裂和水力破碎。特別是對提高深井中上部井段機(jī)械鉆速成效顯著，因?yàn)樯罹蟪叽玢@頭鉆速較低的主要原因是鉆頭破巖能量缺乏，而深井大尺寸井段地層巖性相對較軟.如果能充分發(fā)揮利用

8、高壓水力射流能量破巖，其水力高壓射流能量與鉆頭機(jī)械能量聯(lián)合破巖就會大幅度提高大尺寸井段機(jī)械鈷速。 2.3欠平衡鉆井技術(shù)提速。液體欠平衡鉆井許多室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和大量現(xiàn)場實(shí)鉆統(tǒng)計(jì)都說明：過平衡鉆井的正壓差不僅導(dǎo)致污染油氣儲層，也容易加重地層漏失，特別是在低壓、虧空及裂縫地層；同時(shí)由于正壓對地層巖石的壓持作用，也是影響鉆速的最重要因素之一，欠平衡鉆井可以明顯地提高機(jī)械鉆速，同時(shí)減少漏失復(fù)雜情況，從而提高探井鉆井速度。條件成熟時(shí)可轉(zhuǎn)為霧化鉆井、泡沫鉆井、充氣液鉆井。 2.4優(yōu)化鉆井液技術(shù)，提高探井鉆井速度經(jīng)過多年的探索與時(shí)間，目前已根本形成適合于快速鉆井的鉆井液技術(shù)。深井的上部井段使用鉆井液體系，歸納起來可以劃分為三大類：鉀銨聚合物鉆井液體系；聚合物腐植酸鉀鉆井液體系聚磺鉀石灰鉆井液體系。中部地層在原聚合物鉆井液的根底上，參加磺化處理劑、含有鉀離子的無機(jī)鹽或聚合物、防塌劑、潤滑劑等分別組成聚磺鉆井液、鉀基聚磺鉆井液、聚磺防卡防塌鉆井液體系。下部須家河組地層，巖性為砂巖、頁巖、碳質(zhì)頁巖夾煤層易剝落掉塊、垮塌，裂縫發(fā)育，并存在兩個(gè)不同壓力系統(tǒng)。其中以聚磺防卡防塌鉆井液體系應(yīng)用較多、效果較好。 3.結(jié)語 通過對鉆井速度影響因素的分析，可以看出，根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)合理設(shè)