钻井工程优化设计对钻井施工节能降耗提供科学依据

孙景涛 郑淑杰 李梅 李秀丽

（大港油田公司石油工程研究院 天津 300280）

能源是国民经济的基础，关系到社会的可持续发展。节能降耗也是石油企业一项长期战略任务，近几年，钻井科研科技单位认真贯彻《节能法》，坚持“资源开发与节约并举，把节约放在首位，提高资源利用效率”的工作方针，结合钻井工程不同区块、不同井型的特点，加强节能管理，大力推进节能技术进步，提高能源利用效率，节能管理水平不断提高，取得了较好的经济效益和社会效益。

钻井开发过程中需要消耗大量能源，直接间接能源，直接能源包括原油、煤油、水电等，间接能源各种仪器设备、套管、钻杆各种易耗材料等等。那么作为钻井工程的第一道源头工作——钻井工程设计对能源的合理、科学的优化无疑起着举足轻重的作用，在2009年大港油田设计单位在钻井工程节能方面的采取的措施，说明了节能降耗的途径与对策。通过科学的优化设计实现了节能降耗，挖潜增效，降低成本，为节能降耗作出了贡献。

1 通过对埕海油田井身结构和钻井液优化设计避免卡钻事故，节能效果显著

埕海油田是大港油田未来几年产能建设的主要油田之一。但是在2008年的开发实验阶段，钻井施工并不顺利，在实施钻井的7口井中，有3口井出现卡钻事故，不仅使钻具和仪器落井，而且延长了钻井周期，浪费了大量人力物力资源，同时也制约了开发进程。

因此，2009年开展了埕海油田井身结构和钻井液等方面优化研究，认为埕海油田特殊岩性地层（页岩、泥质灰岩）井段的卡钻复杂事故，是延长钻井周期、增加成本、浪费资源的主要原因，因此开展解决卡钻事故发生入手，通过优化井深结构和使用优质钻井液等方法解决卡钻事故。

经过2009年对泥页岩井段地层应力分布、泥页岩井段地层坍塌因素、泥页岩井段钻井液体系优选及性能优化、泥页岩井段钻井工艺措施等分析研究，掌握了泥页岩井段井眼失稳机理，形成了泥页岩井段井壁稳定技术。通过研究认为：①该区块卡钻井段一般在东营组和沙一段，通过优化井身结构延长技术套管下深，把危险井段封起来，为下步安全顺利钻进提供保障；②卡钻井段东营组地层易水化膨胀造成卡钻，为此优化优质钻井液，提出提高钻井液的抑制性和严控钻井液失水的建议。

在2009年张海29-22L、张海33-22L、张海13-26L、张海21-23L、张海12-22L五口井的钻井中，没有发生恶性卡钻事故，钻井施工基本顺利，平均钻井周期43.14d，同比钻井周期缩短32.99%，合计缩短钻井周期：（55.38-43.14）d×5=61.2d，每天按 5m3水计算，可节约水5×61.2d=306m3。每天发电按1t柴油计算可节约柴油62t。

表1 2008年钻井经济技术指标统计表

表2 2009年钻井经济技术指标统计表

2 准确对滨海斜坡探区地层压力进行预测，应用到设计中，避免地层漏失，节能降耗成绩突出

滨海斜坡探区存在目的层埋藏深，同一裸眼段压力系统多、钻井液密度窗口窄、漏层涌层同存。由于缺少地层压力资料，使井身结构、钻井液密度设计缺乏可靠依据，在钻井过程中可能发生复杂事故，造成钻井周期的延长和钻井成本的增加。为此，应从地应力和地层力学特性入手，提高孔隙压力、坍塌压力、破裂压力的预测精度，确保安全、快速钻井，为滨海地区勘探开发提供技术保障。

2008 年该地区已完钻滨21、滨海1、滨海4、滨海5、滨海28井。但是在钻井工程中发生了一些复杂情况。08年完钻的滨海4井，漏失严重，四开井段共漏失泥浆1351 m3。215.9mm井眼4450-5050m井段最大井径为390.31mm，平均井径261.59mm，平均扩大率21.16%。滨海5井四开漏失严重，总计漏失泥浆 649m3。

因此，2009年开展 《滨海斜坡探区地层压力预测研究与应用》科研攻关，通过对滨海斜坡探区的岩心取样分析，根据凯塞尔效应实验和井壁崩落椭圆法 ，测定了滨海斜坡探区地应力的大小、方向和地层力学特性，为三压力预测奠定基础，精确预测孔隙压力、坍塌压力、破裂压力，并应用到设计中。2009年实施的滨海9、滨海8井钻井液密度设计的符合率达到91.8-92.7%。解决了严重塌漏等井下复杂事故，节约了钻井周期。

表3 09年与08年滨海斜坡探区钻井指标对比表

《滨海斜坡探区地层压力预测研究与应用》课题在滨海8、滨海9井应用2口深井，比去年邻井滨海4、滨海5井平均提缩短钻井周期9.5d，合计缩短钻井周期：9.5d×2=19d，每天按 5m3水计算，可节约水5×19d=95m3。每天发电按1t柴油计算可节约柴油19t。同时避免了因钻井液漏失而遭受的损失。

3 应用优快钻井技术，钻井机械钻速连年攀升

滨海地区储藏分布较深，而且地层压力系数大小不一，存在多套压力层系，深井地层存在高压油气水层，钻井过程中频繁发生油气水侵现象，处理这些复杂情况时，往往要采取压井、排气等措施，严重制约了钻井速度。

为了提高机械钻速、缩短钻井周期，减少钻井工程事故和复杂，最大程度上保护油气层，提高勘探、开发效益，对2009年的7口井进行了优化设计，通过对井身结构、钻具组合、钻头的优化及钻井液优选，采用PDC＋ECD＋LWD一体钻井技术提高了机械转速，缩短了钻井周期。

从表中可以看出2009年滨海地区完钻井在平均井深增加200m的情况下，机械钻速提高了10.96%，建井周期缩短了5.07%，钻井周期缩短了16.22%。滨海地区完成井事故复杂时效由2008年的3.44%降低到2.31%，降幅48.92%。每口井钻井周期平均缩短7.5天，合计缩短钻井周期：7.5d×7=52.5d，每天按 5m3水计算，可节约水 5×52.5d=262.5m3。每天发电按1t柴油计算可节约柴油52.5t。

表4 2008年与2009年完钻深井指标对比表

结论

1、石油工程院设计人员，在节能降耗方面通过一年的共同努力研究，在钻井工程设计对井身结构优化、组合钻具优选，钻井液体系、性能等方面的优选，新技术的应用，为钻井施工大大降低成本，节约了能源从源头上提供了科学、准确的依据。

2、提高了设计人员节能意识,依靠技术进步，加强科学管理，建立和完善与市场经济体制相适应的能源节约与资源综合利用管理体系和运行机制，促进企业效益的提高。

3、提高节约能源与资源综合利用技术水平

应用先进适用的节能新技术，把节能与技术进步相结合，摈弃以大量消耗物质资源为主要途径的粗放型经济增长方式和企业发展道路。实现技术进步节能。