一种新的钻井井身质量评价方法

李　琪　王　涛　王再兴　张成秀　张立君（.西安石油大学，陕西西安　70065；. 中国石油新疆油田分公司，新疆克拉玛依　84000；. 川庆钻探钻采院长庆工程院，陕西西安　7008）

一种新的钻井井身质量评价方法

李琪1王涛1王再兴1张成秀2张立君3
（1.西安石油大学，陕西西安710065；2. 中国石油新疆油田分公司，新疆克拉玛依834000；3. 川庆钻探钻采院长庆工程院，陕西西安710018）

准确、全面地评价井身质量在钻井质量评价中占有至关重要的地位。传统的显性井身质量评价大多只能得到单项的评价报告，并未考虑下套管过程对井身质量的反映。在分析国际钻井承包商协会（IADC）钻头磨损分级系统及格拉斯哥昏迷评分方法（GCS）的基础上，结合井身质量影响因素，提出了一种新的井身质量评价方法——井身质量计分卡方法，该方法针对钻井作业的整个过程，通过分析扭矩和摩阻来评价井身质量，并可对井身质量进行分级，具有简单、可靠和使用灵活的特点。井身质量计分卡方法还有利于不同油田不同区块井身质量的比较，可为甲方钻井监督及乙方井身质量控制提供了一个有力的工具。其应用也将强化施工人员对导致低井身质量因素的认识，从而间接提高钻井完井质量。

井身质量；质量评价；隐性方法；显性方法；计分卡

钻井工程是油气勘探开发过程中一个高投资、高风险、高技术、且多学科交叉的复杂行业。一口井钻井施工质量的好坏，会直接影响到该井是否符合钻井、地质设计，施工能否正常进行，能否最大限度保护油气层，能否保证油井的长期正常生产等，继而会影响到巨额的投资是否能得到经济合理的回报。随着国内外油气投资方对钻井的投资越来越大，对钻井质量的要求则越来越高［1］。为保证钻井施工质量，进行现场质量评价是必不可少的。现场一般用三大质量评价体系来评价钻井施工质量，即取心质量评价、井身质量评价以及固井质量评价。井身质量是钻井施工质量的重要组成部分，是实现勘探开发目的和要求的重要保证，对钻井后续工程（如固井、采油等）的质量和安全生产也有重要影响。因此，准确全面的井身质量评价在钻井质量评价中占有至关重要的地位。

1　井身质量的评价方法分析

传统的井身质量评价方法是依据国家石油天然气行业标准（SY/T 5088—2008），分别按照垂直探井、开发井，定向探井、开发井及水平开发井进行质量评价［2］。垂直探井、开发井评价项目有：数据采集间隔，井斜角，目标点水平位移，全角变化率，目的层平均井径扩大率，井口头倾斜角；定向探井、开发井评价项目有：数据采集间隔，靶区半径，全角变化率，目的层平均井径扩大率，井口头倾斜角；水平开发井评价项目有：数据采集间隔，全角变化率，着陆点水平靶靶区，水平段纵横偏移，井口头倾斜角。国标中只规定了井身质量的评价项目及其计算方法，各项目必须满足的指标值则由各油田针对其所在地区的具体情况来制定。因此在进行井身质量评价前，应根据需要选择相应的评价标准。在通过计算得到评价项目值后，对比相应的评价项目标准值，若连续3个测量点或井段同一项目不合格，则可认定该井井身质量不合格。

传统的井身质量评价方法涉及到许多评价单项，对各单项的评定也是完全独立的。单项的、独立的指标往往也很难反映出井身质量的总体效果。针对传统评价的不足之处，国内有学者提出了综合评价方法［3］。该方法是在单项分析的基础上，应用层次分析法和模糊综合评价相结合的方法对井身质量进行综合评价。该方法可将单项评价描述进行量化及综合化，但未能考虑下套管过程对井身质量的反映，评价结果仍不够全面准确，具有一定的缺陷。

目前的评价方法都是建立在测量表征井身几何特征（井斜角、全角变化率、平均井径扩大率等）的一些参数的基础上，然后进行深入分析来评价井身质量。这种方法可称之为显性方法。其评价结果不能直接反映出井身质量的好坏，对井身质量和下套管作业之间的关系也无体现。为了弥补显性方法的不足，能更加全面、准确地评价井身质量，笔者提出了一种通过测量一些与井身质量相关的参数来评价井身质量的方法—隐性方法。

为找到一个合理的评价井身质量的方法，对2个相似事例进行了调研，虽然这2 个事例都存在一定程度上的主观性，但其评价方法都已完善并广泛应用于各自领域。（1）国际钻井承包商协会（IADC）钻头磨损分级系统［4］，该系统钻头磨损的状况需要8项信息来进行描述，每项信息单独分级，所以钻头磨损分级方法简单，但缺点是没有一个能够反映钻头整体状况的单独评价结果。（2）格拉斯哥昏迷评分方法（GCS）［5］，是医学上评估病人头部创伤程度的方法，是现如今使用最广泛的通过量化昏迷程度来判断外伤性大脑损伤的一个评分系统。它可直接反映出大脑的损伤程度。由于简易性以及较高的可靠性，该方法迅速被所有的医疗工作者所认可。事例（1）的评价方法是建立在观测几何特征的基础上，类似于传统井身质量评价方法，可称作显性方法，但缺陷是未能给出反映钻头整体状况的一个单独评价结果；事例（2）通过量化昏迷程度来判断大脑损伤情况，借助于可反映出昏迷程度的3个反应来实现对大脑损伤的评价，最终给出了一个明确的评价结果。这种方法即为隐性评价方法。GCS方法的成功性已为世界医学界所公认，因此可借鉴其隐性评价思想进行井身质量评价，来克服传统评价方法的不足，更加准确、全面的评价井身质量。

把GCS的隐性评价思想应用到井身质量的评价上，并结合传统井身质量评价方法，提出了井身质量评价新方法即井身质量计分卡方法，主要通过分析受井身质量影响的各种钻井作业响应来实现质量评价，如钻进及下套管过程中的扭矩摩阻曲线、是否发生卡钻事故等。它包含3个关键响应变量、含有全面质量得分并可根据特殊情况灵活调整。

2　井身质量计分卡法

井身质量计分卡法主要通过分析钻进、起钻和下套管过程中的扭矩和摩阻曲线来实现的。扭矩和摩阻曲线是钻井过程中判断井下状况的一个重要信息来源，可帮助追踪井下环境和井眼不稳定性问题，能够反映出井身质量的优良情况［6-8］。它包含3个部分：钻进响应、最终起钻响应、下套管响应。

2.1钻进响应

钻进响应对井身质量的衡量有一定的局限性，原因是在钻进过程中有许多工作参数（例如钻压、转速、机械钻速和泵排量）是很活跃的并且从不同方面影响着井身质量［9］。这些参数大多是相互影响的，加大了参数分析的复杂性。

钻进响应在计分系统的得分情况如表1所示。钻进响应最大的得分是5分，占总井身质量得分的25%。钻进响应及其他响应的最终得分取的是最差响应得分，即最低得分。若井身几何参数（传统井身质量评价单项）有一项未符合工程设计要求，钻进响应得分则为0分。在钻进过程，若发生卡钻或近卡钻事故，则反映出非常差的井身质量，也对应着最低的钻进响应得分。该事故的发生表明操作上存在问题，或者是正钻进地层的地质环境较为复杂。一般性钻进问题如形成岩屑床及循环漏失等，在钻进过程中普遍存在，对井身质量的影响不大，这些事故也容易处理，因此对应着适度的响应得分。接单根过程中上卸扣所记录的上提和下放值变化很大，并不是评价井身质量的一个重要指标。地表扭矩则是钻进过程主要的响应参数。若整个钻进过程中观测到的所有参数（主要是扭矩和摩阻）遵循光滑的趋势线，则反映了一个优良的钻进响应。除了光滑的趋势线外，如果扭矩和摩阻值比探井的或正常预期的更低，该阶段的钻进响应可认为是极佳的。

表1　钻进响应评分表

2.2最终的起钻响应

起钻响应的得分情况如表2所示。起钻响应能更有效地衡量井身质量。该响应最大得分可达到7分，占到总井身质量得分的35%。卡钻或近卡钻事故对应着最低的起钻响应得分。其次是存在残余岩屑床或压差卡钻环境，如果在一个连续井段发生超载提升现象，则可能发生了此情况。若起钻时钻柱重量对应着较小异常、光滑的趋势线（即低超载提升），则表明了一个高质量的响应。若记录的摩阻比预期的更低，可以认为起钻响应是极佳的。有时需要划眼，可以用来在下套管之前尽量增加井眼圆整性及清洁度，但是会掩蔽掉井身的不足之处。所以在使用划眼情况下，计分系统的得分应该主要以扭矩响应为基础。一旦最后钻具能取回到地表，就可把套管下到指定深度。所以当使用井身质量计分卡方法获得经验之后，若起钻响应得分超过某个等级，就可断定一个设计合理的下套管过程会很成功。

表2　最终起钻响应评分表

2.3下套管响应

下套管响应是衡量井身质量最重要的一个响应。下套管响应的得分情况如表3所示。其最大得分是8分，占总分数的40%。较高的得分权重是基于下套管对井身缺陷敏感度这个经验［10］。

表3　下套管响应评分表

由于井底问题套管柱必须修复或者套管柱卡住时响应得分是最低的。在易发生压差卡钻区域、井壁上存在有厚滤饼或者堵漏材料形成的淤泥时，套管会受到静态摩擦力的影响，其大小可由接头摩阻来确定，计分卡系统则根据静摩擦力的大小来打分。井筒中的台肩、缩径、稳固的岩屑床或者冲蚀引发的一些井眼问题可以在下套管的过程中进行补救。此类情况的得分是基于是否优先采取一些处理措施：第一种应对措施是清除一些接头来消除超额的摩阻；其次采取的方案是恢复循环来净化环形空间；最后如果还能旋转的话可以向下扩孔。同样，若摩阻趋势线光滑且比预期摩阻更低，则下套管响应可给出8分的高分。

由上述分析可知，井身质量计分卡方法包含3个响应的得分即钻进响应、最终起钻和下套管响应，最大的得分分别是5分、7分和8分，最终得分取3个响应得分之和，评分范围是0～20分，0分对应着非常低的井身质量（通常是遇到了非常严重的卡钻事故）而20分对应着最优的井身质量。可用表4对井身质量进行分级。其评价过程简单明了，灵活性很强，各响应得分可根据现场实践进行灵活调整。井身质量计分卡方法不仅可直接、准确、全面地评价出井身质量，也克服了不同油田不同评价标准的弊端，有利于不同区块不同油田井身质量的比较，并为甲方钻井监督及乙方井身质量控制提供了一个有力的工具。

表4　井身质量分级

3　现场应用

表5所示是用井身质量计分卡方法对长庆油田某水平井进行质量评价的结果。该水平井钻水平井段时由于存在不稳定的扭矩走势，因此钻进响应得分是3分。起钻过程中在2个井段观测到的摩阻较预测值超出23 000 kg，因此对应的得分为2分。下套管施工非常不顺利，发生了轴向黏附事故并且随着深度增加加剧，由于需要往复活动管柱，该响应的得分是3分。各响应得分相加可得总井身质量得分是8分，通过分级系统可查出该得分对应中等井身质量。用传统的井身质量评价方法评价的各单项结果均符合设计要求，但是全角变化率明显过大，这直接导致了下套管施工未能顺利进行。可以看出，井身质量计分卡方法可以更准确地评价出井身质量并给出分级。

表5　长庆某水平井井身质量计分卡得分

4　结论

（1）评价井身质量的显性评价方法最常见并广泛为人们所认可，缺陷是评价结果不能直接反映出井身质量的好坏，对井身质量和下套管作业之间的关系也没有明确的衡量。隐性评价方法评价结果却可以直接、准确、全面反映出井身质量的级别。

（2）井身质量计分卡方法通过解释钻进、起钻和下套管的响应来完成计分卡的记录，具有简单性、可靠性和灵活性。通过现场的大量应用，该方法将会得到很好的论证并被本行业所采纳。

（3）井身质量计分卡方法克服了不同油田不同评价标准的弊端，有利于不同油田不同区块井身质量的比较，并为甲方钻井监督及乙方井身质量控制提供了一个有力的工具。它的应用也将强化施工人员对导致低井身质量因素的认识，从而间接提高钻井完井质量。

［1］李健，胡贯平，杨军.谈钻井井身质量的控制措施［M］ .石油工业技术监督，2006，22（3）：42-43.

［2］SY/T 5088—2008,钻井井身质量控制规范［S］.

［3］李琪，杨飞，张冰.钻井井身质量评价方法研究及软件实现［J］ .石油工业技术监督，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）

〔编辑薛改珍〕

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

国家自然科学基金项目“基于随钻信息和知识集成的钻井风险动态管理与决策控制研究”（编号：51074125）。

李琪，1963年生。1983毕业于西南石油学院油气井工程专业，1987年获油气田勘探开发工程专业硕士学位，2002年获石油与天然气工程专业博士学位，主要研究方向：石油钻井信息技术、导向钻井等，教授，博士生导师。电话：029-88382690。E-mail：liqi@xsyu.edu.cn。

引用格式：李琪，王涛，王再兴，等.一种新的钻井井身质量评价方法［J］.石油钻采工艺，2015，37（2）：1-4.