浅析优选浅层水平井钻井参数

衣利明

摘  要：钻井参数的优选是用最优化理论来分析和处理钻井中的数据和资料，从而获得最佳钻井效益的重要依据，它可使钻井进程保持在最优的经济状态。而我们所讨论的浅层水平井机械钻速比较容易提高因而通过优化钻井参数和钻头参数就可以大大缩短完井周期提高钻井效率，从而节约成本达到降本增效的双赢目的。本文着重分析浅层水平井的钻头参数钻井参数选择情况，并对钻井所遇到的问题提出了一些建议。

关键词：优选;钻井参数;钻头参数;浅层水平井

引言

作者从事定向井施工多年，有机会在国内大部分油田实施过各种井型和不同深度的钻井作业，其间先后在胜利油田、塔里木油田、华北油田和冀东油田的许多区块进行过大量的浅层水平井的施工。作者從多年的施工经验看来，浅层水平井既普通水平井的特性，又有其独特的施工特点，因此在施工过程中浅层水平井体现出一定的钻井工程的难点和复杂性，其主要表现在：

（1）直井段钻柱重量轻，造斜段前期施加钻压困难。

（2）地层松软，工具实际造斜率难以确定，部分油层落实不够精确，要求井身剖面能够对垂深误差进行一定的调整，使井眼轨迹控制难度进一步增大;

（3）地层岩性不均质，表现为夹层多，钻速时快时慢，且同一岩性结构特别复杂。

（4）设计造斜率高，施工井段短，钻井液携砂困难。

以上这些问题对浅层水平井钻井的提速提出了严峻挑战，能否解决钻头参数和钻井参数的优选这个钻井难题也关系到钻井完成计划和勘探开发的总体效益。

一、钻井参数优选的基础

1、优选参数的条件

1.1 配置有相应的钻井技术装备和钻井参数采集系统;

1.2 有反映本地区钻井特点的钻井数据库、程序库;

1.3 配备有优选参数钻井设计、计算的软件包和相应的计算机及辅助设备。

2、优选参数的目的是根据不同地层、井段、及钻头类型，选择合理的钻压、转速及排量，以获得最大钻速同时根据经济效果延长钻头使用寿命。

3、优选钻井参数和钻头参数的依据是：

3.1选用的钻井参数应保证钻头工作平稳，以不产生蹩跳钻作为先决条件。

3.2调整钻井参数时应以机械钻速的提高作为参考依据进行，否则应适当退回原先的参数。

3.3 适应地层岩性，提高机械钻速，适合定向施工。

3.4 提高钻井液射流对井底岩屑的冲刷和携带作用。

二、钻井参数的优选方法

1、机械参数

1.1 不同的地层需要不同的破岩的机械能量，但是浅层水平井由于整体井段比较短，相对来说定向施工井段长，复合钻进井段短且控制要求严格，因此一般同一区块采用一套的钻具组合进行施工，因此钻压和钻速在轨迹控制和提高钻速方面起到非常重要的的作用。大量的施工资料统计表明，钻压和转速在钻速总变异中所占权重分别为21.84%和41.66%，这两项共占63.5%，机械参数的重要性可见一斑。

1.2 牙轮钻头转速的高低关系到牙轮齿接触岩石的速度，关系到岩石的冲击作用和齿间交替纵振频率冲击破岩的作用，对钻进效率影响很大。当转速增加时，轮齿对岩石产生的冲击速度也增加，而冲击功也随着增加，可有效地提高钻进效率;从安全角度来讲，转速超过了钻头的额定转速，钻头的轴承、密封及锁定装置会加速磨损而提早失效;转速偏低时，则会影响钻进效率的提高;从轨迹控制来讲，转速的快慢影响水平段的方位变化，转速快，方位增速快，转速慢，方位增速慢。钻头转速能保护钻头、提高钻进效率及优化井眼轨迹。

1.3以新疆油田某浅层水平井为实例进行说明，此井创造了同类型同区块钻井周期最短纪录。此井采取的机械参数如下：

钻头顺利到达井底，先小钻压20kN进行钻头的井底造型，进入造斜段，前期采用40kN钻压定向钻进，机械钻速为21.45m/h，造斜率满足设计要求，后期120kN高钻压定向钻进，机械钻速为12.14m/h，造斜率高，复合井段较多;进入水平段，开始使用钻压60kN、转速20r/min复合钻进，机械钻速为15.23 m/h，井斜微降，方位小飘，后调整钻压到100kN，转速40r/min复合钻进，机械钻速为23.37m/h，井斜微增，方位稳定，后滑动钻进3m，而后调整钻压到80kN，转速40r/min复合钻进，机械钻速为20.19m/h，此后井斜较稳，方位也较稳，此后只滑动微调了3次，并以此机械参数施工完450m水平段。

2、水力参数

2.1 对不同的地层破岩机械能存在一个最低值，提高破岩能力还要相应提高井底水马力，才能获得较高的转速，从而达到提高钻速目的。

2.2 当泵的条件受到限制时，根据满足环空返速条件选择钻片泵的额定泵压。现场最优泵压就是在用泵的最高工作泵压，一般取额定泵压的75%左右。

三、钻头参数选择

1、根据地层可钻性选择钻头，就会取得钻速高、进尺多、降成本的效果。为此，建立浅层水平井地层级别与钻头类型的对应关系，就可以确定所钻井段的级值与适合于这种级别地层的钻头类型。充分考虑岩石特性与钻头的相互关系，就可以选好在每一个区块所使用的钻头类型。

2、浅层水平井选用高转速的镶齿滑动轴承牙轮钻头或镶齿滚动轴承牙轮钻头，配合高转速、大压降、大扭矩的螺杆钻具，使用时注意以下几点：

（1）牙轮钻头的排量30L/m-50 L/m，钻压40～120kN左右为宜。

（2）在扭矩不太大和运转平稳的条件下，高转速为宜。

（3）地层硬度较高，钻头工作不平稳，钻头纵向振动和横向摆动力都会加剧钻头磨损，要从钻具结构和转速来调整。

（4）钻头使用前期采用小钻压、中后期用大钻压。

（5）钻头使用前期不要随意增大钻压，遇到低钻速时要考虑可能是硬夹层的影响，如果钻压过大会严重损坏钻头，这时用小钻压钻进有利于减小钻头磨损，增加单只钻头进尺，只要机械钻速不低，钻压越小越好。

（6）钻头纯钻时间不宜超过50小时（当然不同厂家不同型号使用寿命不尽相同，以使用手册为准），最长进尺不宜超过400m。

3、钻头喷嘴是在钻头体的适当位置开出的孔道，与钻头体内腔流道相连通，构成了钻井液由钻杆内部进入井底的通道。

3.1钻头水眼大小的选择应满足以下三个条件

3.1.1井底获得最大能量。钻井流体通过钻头时，能量损失最小，有助于水力破岩或水力與机械联合破岩。

3.1.2合理分配井底能量。喷嘴射流到达井底时，流体流动要满足岩屑脱离基岩、运移和举升三个基本动作的协调配合，从而获得最佳的井底净化效果。

3.1.3有效排屑的通道。

3.2浅层水平井一般采用“一大两小（等径）”三个喷嘴组合，比如新疆油田浅层水平井一般造斜段采用14+14+16，水平段采用12+14+14的水眼组合。

四、结论

（1）对于浅层水平井的钻井参数优选，应建立起具有科学性、可行性、可操作性的区块钻井模式。从区域地层可钻性分析入手，根据岩性特点找出合适的钻井参数组合是提高机械钻速的有效途径。

（2）保持排量、转速等参数不变的情况下，在不同地层、井段，采用不同的钻压实现钻压的优选。如果机械钻速与钻压呈直线关系，说明该排量已满足或超过清洁井底所需的排量，会有利于提高钻井速度。同理，单参数变，其他不变的分析方法特别适用于浅层水平井的施工。

（3）为达到快速优质钻井速度的目的，根据设备具体情况，探索合理的钻压、排量、转速、泵压及喷嘴组合等，使钻井参数最优化。

（4）从满足水平井施工方面来看，强化钻井参数、钻头参数是优质快速钻井最佳手段。

参考文献

[1]  《钻井工艺原理》

[2]  《胜利油田浅海地区探井优化钻井技术的实践与认识》

[3]  《江汉钻头使用手册》

[4]  《钻井手册（甲方）》

[5]  《优选参数钻井基本方法及应用》