提高鉆井工程質量的措施探索

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摘要：在油氣勘探與開發過程中，鉆井施工質量對后續儲層壓裂改造、試油生產等產生重要影響，決定了單井產能是否能有效發揮。為了提高鉆井施工質量，根據實際的鉆井施工經驗，系統分析了鉆井過程中的各種影響因素，探討了采取科學合理的措施以提高鉆井工程質量，對于指導現場施工具有一定參考意義。

關鍵詞：鉆井工程質量；影響因素；鉆井液體系；鉆井工程參數

鉆井工程是油氣勘探開發中重要的環節，鉆井工程質量對于油氣層發現及單井產能的發揮起到關鍵的作用。在鉆井過程中，影響鉆井工程質量的因素往往具有動態特征，這種動態特征與鉆井工程的工程施工環境相關，也與相關施工資源、施工設備的應用狀態相關。現階段，雖然可以借助一些先進的探測儀器和成像設備，對鉆井工程的環境進行可視化分析，但是這種分析的結構可參考性并不強。在實際的工程施工中，依舊會出現與鉆井液、鉆井設備和鉆井工藝等相關的問題，并且此類問題會對鉆井工程質量產生持續影響[1-2]。需要注意的是，在選擇鉆井工程質量提高措施時，需要結合工程施工的實際狀態，更需要從質量監管、工藝優化等角度，提升此類質量提高措施的適應性，這樣才能強化鉆井工程質量提升措施的應用持續性。

1鉆井工程質量影響因素分析

1.1鉆井液

從鉆井液的角度分析，鉆井液起到冷卻鉆頭、清潔井眼、增加潤滑性的作用，鉆井液也是鉆孔沖洗液，既然是沖洗液，則其液體的整體流動性就應該相對較好。對于泥頁巖地層或易水化膨脹地層，為了提升井壁穩定性，需要使用有機鉆井液或者油基鉆井液。水基鉆井液成膜技術是較為常用的保護井壁穩定性的技術，通過向鉆井液中添加水溶性聚合物、交聯劑等有機物質，改善鉆井液性能，使鉆井液失水降至最低，濾失量接近為零，提升鉆井液性能。在井壁表面形成一層隔離膜，隔離膜具有較強地抑制泥頁巖水化分散的能力，能夠阻止鉆井液中水分進入地層，從而較好地保護地層穩定性。

1.2鉆具

從鉆具應用效果的角度分析，普通類型的鉆具在深度鉆井的過程中并不適用，一般需要選擇組合類型的深井鉆具。此類組合鉆具設備的組合形式并不復雜，但是可以提升鉆具的整體應用效能，從而可以在較短的時間內完成更多的鉆井任務，使鉆井效率提升比較明顯。但是，此類組合類型的鉆井設備的應用成本較高。在現代化的石油鉆井工程中，鉆頭的消耗問題依舊較為明顯，并且在鉆頭超出了實際的應力極限之后，就需要對鉆頭進行更換。此時，與鉆頭相聯系的鉆盤組合也需要進行拆分更換。這就對工作人員的技術水平提出了更高的要求。此間，除了可以通過選擇質量更好的鉆具組合之外，還可以通過優化選擇鉆探路徑的方法改善鉆具的應用效果。但是，實際上，在鉆具的運行和應用過程中，鉆井區域的巖石層密度并不均勻，鉆頭受到的沖擊力也會呈現波動性變化[5]。在這種波動性變化的過程中，鉆頭可能會出現應力疲勞的情況，從而出現比較明顯的應力損傷，進而影響鉆井的實際效率，此時，與鉆具設備更換成本相關的問題就會出現，并且會直接影響石油鉆井工程的整體進度和整體經濟效益，從而對鉆井工程的實際工程質量產生影響。

1.3其他鉆井設備

此處所指的鉆井設備一般為不同平臺上的鉆機設備，此類鉆機設備內部包含著復雜的鉆機系統，從此類鉆機系統的分類形式角度分析，一般可以分為儀器儀表控制系統、旋轉效率控制系統、力傳動系統以及中央控制系統。在大型的鉆井設備中，儀器儀表控制系統往往較為復雜，其實際的儀器儀表數量相對較多，并且存在控制數據層面的復雜性特點。在現代化的鉆井設備系統控制過程中，已經發展成了觸摸類型的控制操作界面，工作人員可以直接使用這種操作系統對鉆井設備進行精確控制。但是，在這個過程中，需要注意的是，系統中的遠程控制信號傳輸大多數并不是有線傳輸，而是依據鉆井區域內部搭建的控制局域網。由于鉆井區域的范圍比較有限，此種鉆井區域內部搭建的局域網在網絡傳輸強度方面具有優勢。但是，如果受到地層中的強磁干擾，系統的信號傳輸依舊會受到影響。雖然，現階段，很多鉆井設備已經具備了閉環反饋系統，此系統可對信號的傳輸過程進行數據修正，并且其抗干擾能力相對較強。但是，這種閉環反饋系統的修整能力依舊相對有限，如果控制系統內部存在信號問題，或者出現了控制硬件層面的損壞，則會出現信號傳輸的不穩定問題，相應的信號傳輸流程也會受到影響，從而導致鉆井設備運行系統的運行效能降低。

2鉆井工程質量提高措施分析

2.1應用鉆井液循環體系，改善鉆井液物理性能

鉆井液循環體系的應用可以有效平衡不同類型的鉆孔沖洗液的應用性能，并且在這種鉆井液循環系統的支持下，鉆井液的應用適應性也會得到強化。首先，針對不同的鉆井沖洗液，應該選擇不同的鉆井液循環體系。從鉆井液循環方向的角度分析，一般可以將這種循環方向分為內部循環方向和外部循環方向。如果選擇了內部循環方向，則此時，沖洗液循環系統與鉆頭的實際距離比較小，鉆頭周圍需要同時布置出水孔與進水孔。這就對鉆井液循環系統的空間利用率提出了更高的要求。在要求下，技術人員需要對內部鉆井液循環系統的熱吸收材質進行合理地選擇，避免在較小的空間內出現熱應力集中的情況，從而影響鉆孔的結構強度。如果選擇的是外部鉆井液循環系統，則需要保證有充足的液體回收空間。一般而言，在外部鉆井液循環系統中，并不會出現較為明顯的熱應力集中現象。為此，在選擇外部鉆井液循環系統時，技術人員可以選擇泥漿作為循環沖洗液。雖然這種沖洗液的溫度吸收效能相較于清水會低一些，但是其沖洗應力比較大，可以在短時間內實現更好的沖洗效果；其次，為了改善鉆井液的物理性能，包括鉆井液的粘度、密度等。技術人員可以選擇向鉆井液中加入一些調和溶劑，此類調和容積一般為粘性調和溶劑[6]。雖然在這種粘性調和溶劑的作用下，鉆井液的熱吸收效能會下降，但是其實際的沖擊應力會增加，進而可以改善鉆井孔的實際沖洗效果。

2.2引進新型鉆井工藝，提高鉆具應用質量

新型的鉆井工藝需要適應新型組合鉆具的應用要求，但是這種要求在鉆具的實際應用過程中并不是十分明顯，而是會以一種相對穩定的形式出現在鉆具工藝的創新和發展過程中，這種相對穩定的形式即為高速螺旋鉆井形式。從這種新型鉆井工藝的應用流程角度分析高速螺旋鉆井工藝并不要求鉆頭具有較高的應力強度其會鉆頭頂部的應力強度要求并不高，但是這種工藝對鉆頭側面的應力強度要求較高。實際上，在旋轉鉆井的過程中，橫向的鉆井應力會在螺旋鉆井形式的影響下被分解成不同方向的螺旋應力，這種螺旋應力會與鉆頭的內部擠壓應力達到一種平衡（前提是轉速達到了應力平衡閾值），在這個平衡狀態的影響下，鉆頭的內部擠壓應力不會對鉆頭的結構產生較為明顯地損傷[7]。此時，技術人員即可選擇一些組合鉆具，改善鉆頭的實際應用效果。從此角度分析，高速旋轉鉆井工藝為新型組合鉆具的使用提供了可能，也提高了鉆頭工作持續性，可以有效降低鉆頭結構的使用成本。另外，從石油鉆井質量監管的角度分析，其實際的質量監管標準也需要符合鉆具應用質量的基礎監管標準。但是，需要注意的是，這種質量監管標準在新型工藝的應用初期其實并不穩定，需要結合實際的技術應用經驗進行修正，這也是新時期鉆井工藝優化的主要方向之一。

2.3調整鉆井參數，優化鉆井設備應用流程

鉆井參數包括鉆井壓力、鉆具轉速以及洗井凈度鉆進速度等。首先，針對鉆壓，技術人員需要根據鉆井區域的地質條件進行選擇，包括巖石層的厚度、應力強度等。在此基礎上，需要考慮到實際的鉆井效率因素如果鉆井效率要求較高，則需要增加實際的鉆井壓力。但是，雖然此時的破巖效率提升了，但是鉆頭承受的壓力也隨之增加。此時，鉆頭的磨損程度可能進一步上升，從而導致鉆頭出現較為明顯的應力損傷。為了解決這個問題，就需要從鉆具設備應用流程的角度進行優化。實際上，在選擇鉆具設備的鉆壓預估值時可以先從較小的數值開始輸入，之后，根據鉆具在鉆井中的實際運行狀態，隨時進行調整，這樣即可提升此類壓力參數的整體合理性；其次，針對轉速，轉速越高，鉆頭的發熱量就越大，此時，相應的沖洗液應用量就會增加。在相同的鉆井條件下，應該合理控制鉆頭外緣的最大線速度，此時的線速度需要控制在1.5~3.0m/s，這樣，才能為主鉆頭的應力平衡，避免出現局部應力灼傷；再者，針對洗井凈度，需要以徹底清除巖石碎屑為基礎，并且在這個過程中，需要適應高速破巖的實際需求，也只有這樣，才能有效降低功耗。同時，在選擇鉆進速度時，需要同時考慮鉆井壓力以及鉆具的實際轉速，換言之，鉆進速度是一種綜合性的調整參數，需要在合理選擇其他參數的基礎上，進行優化調整，這樣才能適應鉆井工程的實際工程施工質量要求。

3結束語

總之，鉆井工程質量的影響因素相對固定，但是此類影響因素在實際工程中的具體表現有所差異，技術人員需要在明確鉆井工作地質環境特點的基礎上，從鉆井液、鉆具以及鉆井參數等角度合理選擇具體的鉆井工程質量控制措施。此間，技術人員需要結合工程設備的實際應用狀態，積累設備應用經驗，并將此種應用經驗與技術應用經驗聯系起來，綜合調整鉆井設備的運行參數，促使其可在穩定運行的同時，能夠實現更為完整的運行過程，并且可為提升鉆井工程的整體質量提供有效支持。

作者：鹿超 單位：大慶油田鉆探工程公司國際事業部蘇丹項目經理部