浅析影响车西地区深井钻井速度的原因

浅析影响车西地区深井钻井速度的原因摘要由于车西地区深井钻遇地层多，地质情况复杂，地质预告不准等原因，钻井过程中遇到许多影响因素，使钻井速度有所下降。综合在本地区施工的几口井，分析了影响钻井速度的原因，认为一是由于地层原因和井身结构不合理造成复杂情况影响钻井速度；二是钻头选型不合理，不能满足深井地层变化的要求；三是破岩机械能量不足；四是水利能量不足，井底岩屑清除不干净；五是易斜井段被迫采用小钻压吊打影响施工速度；六是钻井液性能不能满足井下要求。主题深井机械钻速地层岩性钻头事故预防原因分析随着胜利油区勘探的不断深入，向构造、地层的复杂地带找油的机会越来越多。近年来在济阳坳陷的北坡埕南断裂带发现富台油田后，使该区带的勘探开发进入了一个新的发展时期。特别是车西地区4000米以上深井施工数量的增加，钻井过程中遇到不少的复杂情况，严重影响了钻井的施工速度；同时钻井成本也急剧增加，直接影响到车西地区的勘探开发速度和钻井成本。因此就影响车西地区钻井速度的一些原因进行分析，以便找到该区块施工时提高钻速的有效措施。一、由于地质因素和井身结构不合理造成复杂情况影响钻井速度车西区块深井所钻地层跨越地质年代较多，地质条件变化大、断块多，同一井段包括梯度相差较大的多层压力体系等复杂地质因素。钻进过程中一般出现以下几种情况1、上部平原组、明化镇组的流沙层堵水眼；2、进入沙二段大段红泥岩自然造浆能力强，易糊井眼；3、沙三段的泥岩、油泥岩稳定性差，引起井壁垮塌；4、沙三段油页岩地层压力较高，极易发生油气侵而诱发井喷；5、进入古潜山后相对地层压力系数只有09，施工重点是防漏；6、整个古近系地层倾角大，如何控制住井斜往往成为这一段施工的难题；7、潜山顶界的不整合面和断层的存在形成了普遍性的井漏。上述七种地质情况极易引发漏、喷、塌、卡、堵、斜等事故，特别是针对刚进入该区块的施工队伍，常因地质情况不明或地质预告不准而导致井身结构不合理，造成钻井过程中出现复杂情况而耽误施工周期。鉴于上述地质因素，因此本区块的井身结构应该是这样第一层套管封住上部的流沙层；第二层套管封住中部的红泥岩井段；第三层套管封住潜山以上的易塌易掉块地层。进入潜山后地层的稳定性较强，可以裸眼完井或尾管完井。特别是第二层套管对红泥岩的封固尤为重要，对前后相邻施工的车5713井和车5715井进行比较。由于车5713井没有采用技术套管封住沙二段的红泥岩，使易糊的红泥岩和下部易塌的泥页岩层同时处于同一裸眼段施工。由于上下两种地层岩性对钻井液的粘度、切力和失水的要求差别太大，造成红泥岩井段糊井眼。在每次起下钻时都要在这一井段划眼才能将钻具从井内起出，单是划眼这一种复杂情况，车5713井比车5715井多用了90小时。可见合理的井身结构在钻井施工中非常重要。二、工程方面的原因1、钻头尺寸对钻速的影响钻头破岩效率的高低直接关系到钻头的机械钻速，而衡量破岩效率高低的综合技术指标常用破碎单位体积岩石所消耗的机械能量。对旋转钻井来说，机械能量是以在钻头上所加单位井底面积的钻压和钻头转速两相指标的乘积来衡量。有资料表明，目前我国直径4445MM钻头所加的钻压和直径3111MM钻头所加的钻压基本上差不多，而直径4445MM钻头所钻1M井深的破岩量是直径3111MM钻头破岩量的207，是直径2159MM钻头破岩量的424（见表1）。表1、不同直径钻头通常采用的钻压、转速、每米破岩体积和破岩机械能对比表钻头直径MM破岩体积CM3/M体积比值常用钻压KN单位钻压KN/CM2转速R/MIN机械能量能量对比2159365911001201600327904373702295306110031117599920818024002368031587016582211724445155100424180240011580154770811108335由以上数据可以看出直径4445MM钻头单位井底面积上的机械能仅相当于直径3111MM钻头的50，相当于直径2159MM钻头的35。这样直径4445MM钻头的机械能不足的因素就明显暴露出来。如车5713井井段571400M用直径4445MM钻头平均机械钻速为2398M/H，相邻的车5715井用直径3111MM钻头在相同井段的机械钻速为3268M/H。由于在上部软地层井段所需机械破岩能量小、水利因素影响较大，两只钻头的机械钻速差别还不十分明显，但随着井深的增加，地层逐步变硬，大直径钻头破岩机械能量不足的影响因素越来越显示出它的重要性。遇到可钻性差的地层，机械能量不足会明显影响钻头的机械钻速。所以在条件允许的前提下，必须提高钻头钻压和转盘转速这两个参数来提高钻头的破岩机械能量。2水利能量对钻速的影响合理的水马力设计和水眼组合能在上部软地层有效的破碎岩石并及时清洗井底，将井底岩屑携带到地面。不同井眼尺寸对水利能量的要求也不一样，仍以直径4445MM井眼和直径3111MM井眼作比较。直径4445MM井眼直径比直径3111MM井眼直径要大429，比直径2159MM井眼直径大106。而直径4445MM的井眼井底面积是直径3111MM井眼的204倍，是直径2159MM井眼的424倍。因此为了保证携带钻屑所许需的最低返速，要求钻井排量不低于50L。在钻具外径、壁厚一定的情况下，水利参数随井深的增加，沿程水利损失也大幅度增加，钻头可利用水马力就随着井深增加而急剧下降。即使在相同水马力条件下，由于直径4445MM钻头井底面积大，比水功率只相当于直径3111MM钻头的1/4左右，只有直径2159MM钻头的1/9（见表2）。表2、不同直径钻头在2500M井深条件下水利能量对比表钻头直径MM排量L/S泵压MPA钻头压降MPA循环压耗MPA返速M/S水功率KW比水功率KW/CM2比水功率比值水功率利用率2159252014753104367100100735311140208911190673160424244644455020356164403517801111178由于直径4445MM钻头井底水利能量的降低，因此水力清除井底岩屑的能力也大大降低，在很多情况下因岩屑不能及时清除而导致重复破碎，甚至泥包，致使钻头的机械钻速下降。3钻头类型对机械钻速的影响车西地区的深井一般井深都在4000M以上，所钻遇的地层为新生界到下古生界，甚至个别深井钻至太古界。钻遇地层多、岩性变化大。而钻头在满足破岩机械能量和水力能量的同时，钻头类型的选择也相当重要。在三牙轮钻头中，上部软中软地层使用抗冲击力较强的硬质合金镶齿钻头和钢齿钻头就有较大的区别（见表3）。表3、上部软中软地层使用硬质合金镶齿钻头和钢齿钻头对比表井号钻头尺寸MM型号井段M进尺M泵压MPA排量L/S纯钻时间H机械钻速M/H车古201232413HAT127钢齿16651808143183224596车57132413HJ517镶齿140019515511832411344高效钻头的选用更能有效的提高机械钻速，缩短钻井周期，节约钻井成本（见表4）。表4、牙轮钻头与PDC钻头使用对比表井号钻头类型钻头个数井段M进尺M纯钻时间H机械钻速M/H泵压MPA水眼组合MM个车古201232413MMHJ537牙轮218082800992211546918102111车57132413MMGP536PDC1195128799281108441694383由表4可以看出在进尺和井段差不多的情况下，使用高效能PDC钻头，不仅机械钻速远远超过牙轮钻头，同时也大大缩短了钻井周期。而且PDC钻头适用于高转速、低钻压，对泵压的要求也不高，大大减轻了钻井设备的负荷，有利于延长钻井设备使用寿命，减少设备投资。但PDC钻头成本却高出牙轮钻头成本，对地层岩性的适应程度要求也比牙轮钻头高的多。因此在选择长寿命高效能PDC钻头时衡量地层岩性、进尺、钻井成本等多方面的综合效益。4地层倾角对钻井速度的影响车西勘探区块的构造位置是济阳坳陷车镇凹陷的埕南断裂、断阶带，构造东西呈100KM的长条形，南北宽25KM，在南北方向上地层倾角比较陡峭。在车古201区块自2500米左右开始地层自然增斜，方位在320340度左右；3400米后又处于地层自然降斜状态，方位在50度左右。上下两段方位相反，如不及时控制井斜任其发展，井底位移就会超标。而车571区块在21002300M井段开始地层自然增斜，方位始终在210230度之间，地层倾角也比车古201区块大。在这一区块施工必须严格控制井斜也仅能保证井身质量不超标准。对中深井、深井来说，在易斜井段尚没有好的防斜措施，只有采取钟摆钻具组合轻压吊大，确保井斜不超过企业标准，这对较深井段井眼的机械钻速影响很大。同时钟摆钻具有以下特点，在使用钟摆钻具时要合理运用，以避免钟摆钻具在使用中起到相反的作用钟摆钻具组合的钟摆力随井斜的大小而改变。井斜大，钟摆力就大；井斜等于零则钟摆力也等于零。所以钟摆钻具组合适用于井斜角已经较大的井进行纠斜。钟摆钻具组合的性能对钻压特别敏感。钻压大则增斜力加大钟摆力减小；但钻压再增大就会将扶正器以下的钻柱压弯，甚至出现新的接触点，从而失去钟摆钻具的作用，所以钟摆钻具组合在使用中必须严格控制钻压。在井尚未井斜或井斜很小时，想要继续钻进而保持不斜，只能减小钻压进行吊打，吊打的速度在较深井眼时很慢。扶正器与井眼的间隙对钟摆钻具性能的影响特别明显，当扶正器直径因磨损而减小时应及时更换或修复。使用多扶正器的钟摆钻具需要进行很复杂的设计和计算。三、钻井液对钻井速度的影响钻井液是钻井施工的血液，钻井液性能的好坏与地层的适应情况对钻井施工来说至关重要，甚至说钻井液性能是决定一口井成败的关键。车西区块的地层岩性复杂，易发生砂卡、糊井眼、掉块、井塌、油气侵、井漏、堵水眼等复杂情况，引起长井段的划眼、卡钻等事故，这就需要钻井液性能适应各个井段的地层需要。针对本区块不同井段的地层特点，应分段采用不同的钻井液体系及相应的维护手段和处理措施，使钻井液具有较好的悬浮、携带、护壁、防塌、润滑、防卡能力以满足钻井施工的要求（见表5）。表5、车西地区不同井段使用适合的钻井液性能范围井段G/CM3FVSAPIFLMLHTHPFLMLFVMPAGELPA/PAPH一开105/11070/807二开113/11530/3510/1510/2012/248流砂层115/11835/458/1010/2512/468易塌层123/12545/5551515/2559/10209红泥岩124/12545/5551015/25510/10209高压层124/12545/5551015/25510/102089三开103/10430/4010205/1512/249四、几种事故预防提示钻井井下事故是长期困扰钻井施工正常运行的弊病，严重影响钻井施工时效，增大了钻井消耗。本区块主要有以下几种复杂事故及处理措施供参考。1一开和流砂层防塌、堵水眼，可采用适当的粘度切力，具有悬浮能力的钻井液体系。2流砂层防蹩漏。除要求钻井液体系具有悬浮携砂能力外，还要求工程方面开泵时排量要由小到大逐级开通，而且尽量缩短停泵时间。3加强坐岗，防止沙河街组的油气侵及古生界防漏，贮备充足的加重材料和堵漏材料。4东营组以下地层要加强测斜工作，及时跟踪和监控井身质量，及时采取防斜打直措施，以保证井身质量合格。5深井施工周期长，套管程序多。在钻进施工中需在井口和套管内的适当位置加接防磨接头，以保证井口质量和完井套管质量。6泥岩井段要控制好API失水和HTHP失水，以防止泥岩吸水膨胀，造成井壁坍塌等一系列复杂情况发生。五、认识和结论1新区地质情况不明和井身结构不合理造成井下情况复杂影响深井钻速。2根据各层地层的岩性成份和形成环境，合理的选择钻头选型；使用高效能长寿命的PDC钻头能有效的提高机械钻速。3根据地质构造和岩性特征的变化进