1、應(yīng)用數(shù)字技術(shù)優(yōu)化鉆頭選型降低鉆井本錢胡澤萍編譯胡湘炯審校摘 要？本文闡述了在意大利的多倫特、斯格諾油田，如何運用數(shù)字化技術(shù)優(yōu)選鉆頭，以顯著降低鉆井本錢。譯自 SPE/1ADC 52877引？言位于意大利中部多倫特斯格諾油田的蒙特恩1井，設(shè)計井深2350米,鉆到上白堊紀(jì)含亞平寧酸氣的石灰?guī)r，穿過一系列夾層，巖性預(yù)測及相關(guān)套管深度和尺寸參見圖1。該地區(qū)地質(zhì)狀況復(fù)雜，砂巖和泥巖上覆有中新世逆掩斷層，使得鉆頭設(shè)計比擬困難，最靠近的鄰井是瑪沙利 亞韋斯利1井，蒙特恩1井的設(shè)計主要基于該井的記錄。作業(yè)商最初設(shè)計42天鉆至設(shè)計井深，不包括下套管和完井作業(yè)。81/2 井段是最具挑戰(zhàn)性的，也是本文的主題。該地區(qū)

2、通常的做法是將套管下到中新世的底部，以防止下部上新世高壓地層發(fā)生井涌。 瑪沙利亞韋斯利1井說明將套管下到1100米中新世泥灰?guī)r可以有足夠的平安系數(shù)保證平安鉆進。作業(yè)商也了解到主油藏石灰?guī)r可以“裸眼完井。這些措施將縮小井眼，大幅度降低本錢。作業(yè)商設(shè)計19天鉆過該井段，包括全部非鉆進作業(yè)。 根據(jù)預(yù)測，1100-2110米之間的81/2 井段由致密的中新世石灰?guī)r和含上新世膠結(jié)石英砂巖的淤積 泥巖夾層組成。瑪沙利亞韋斯利1井鄰井的對應(yīng)段是用三個121/4 和四個81/2 牙輪鉆頭鉆進，見表1所示。僅考慮鉆進和起下鉆時間，鉆完該 段用了天，按照目前匯率本錢為 623000美元。第一個121/4 IADC

3、 517型鑲齒鉆頭，用于鉆過上新世地層的石灰?guī)r /泥巖段。起出后大局部切削刃損壞,看起來象是斷齒。第二個121/4 1ADC437鑲齒鉆頭鉆完上中新世底部的 80米地層和中新世中部的泥巖/砂巖地層，其它的鉆頭鉆完了中新世中段和下段的泥巖 /砂巖。這些鉆頭起出后，切削結(jié)構(gòu)幾乎完好無損。 基于上述考慮和巖性描述,顯示81/2 井段的最好方法是：下入鉆速高的 PDCB頭鉆過中新世泥巖段，但是,第一個121/4 鉆頭的磨損情況說明，上中新世地層的石灰?guī)r不適于用PCDI占頭，因此應(yīng)選擇一只牙輪鉆頭。litB1MI Lirno11 (bMIW會自也石缶神曲肛綿也淀G底部宥&耳品槨出觀和石機石壩碧九莞饑舉一

4、陽蚯心致也TTMM邀胡庶屋4曲巖圖1 地質(zhì)柱狀圖表一1瑪沙利亞韋斯利1井一局部鉆頭記錄121/45172X 161X 1511441321177421WBMLS68BT A0E JD PR121/44472X 161X 151321147715637?WBM? SH-LS140?121/45171X 162X 15WBMSH?180?81/ 2116?3X 14?1793195916664?WBMSH?280?81/ 21161 X 142X 1219602139179?WBMr sh?150?81/ 21161 X 142X 12?2139223910039WBM?

5、SH-LS?240?WBMSH-LS?010?LS石灰?guī)rSH 泥巖T 牙齒B 軸承G 保徑圖2是最初的鉆頭設(shè)計，要求用一只81/2 IADC-447型牙輪鉆頭鉆過300米的石灰?guī)r，一只81/2 IADCM332 型PDC鉆頭鉆過中新世泥巖。第一個牙輪鉆頭應(yīng)以h的鉆速鉆完致密的石灰?guī)r，PDC鉆頭應(yīng)以5m/h鉆完全段。 預(yù)計該段可以用天鉆完，總本錢約 266000美元。%謝葉14 ?圖2 鉆井進度曲線為這一目的，作業(yè)者向幾個鉆頭廠商提供了瑪沙利亞韋利斯 1井的電纜測井資料。這些資料先后用多種軟件 分析。所有鉆頭廠商起初設(shè)計要求用一個或兩個牙輪鉆頭鉆過上中新世和一個鉆速高的 PCD鉆頭鉆過中新世中

6、段。但是，一個鉆頭廠商提議用一只 PDCB完全段。基于這些結(jié)果和計算分析，作業(yè)者選中了一個特殊鉆頭生產(chǎn)商的結(jié)果，這是由于它對預(yù)測下部無約束壓縮的可靠性。該程序計算出中新世石灰?guī)r的無約束壓縮強度值為psi。其聲波數(shù)據(jù)傳輸值為450“ft ,如圖3。該程序建議這些石灰?guī)r可以用 PDC鉆頭，只要它鞏固足以破壞地層強度。作業(yè)者最初疑心這一建議。但簽訂了 一個共擔(dān)經(jīng)濟風(fēng)險的協(xié)議后，作業(yè)者決定使用該鉆頭。鉆頭公司不得不研究切削刃技術(shù)以便能經(jīng)受研磨性石灰?guī)r的磨損， 并在保持高鉆速的同時防止下部泥巖段井斜 和泥包。? 鉆 頭 進 展鉆進中新世中等強度石灰?guī)r時， 牙輪耐用性通常是鉆頭性能的決定性因素。 底部鉆具

7、組合和鉆頭的震動經(jīng)常導(dǎo) 致鞏固的切削刃破裂， 使切削結(jié)構(gòu)不能有效地鉆進后續(xù)的泥巖。 對上部石灰?guī)r通常加大鉆壓以減輕底部鉆具及 鉆頭的震動。 相對而言， 石灰?guī)r下部的泥巖段適用低鉆壓， 且鉆進最快。 它具有好的水力流型以利于有效清潔 鉆頭，鉆頭頂部有足夠空間以利于快速鉆進泥巖時容納大量巖屑。為獲得在石灰?guī)r中的耐用性和泥巖中的高鉆速，決定選擇較低鉆壓的PDC鉆頭，選擇較低鉆壓的鉆頭意味著在石灰?guī)r地層中切削件必須耐用，在泥巖中鉆頭有出色的清潔特征。在實驗室里，用每一新切削件刨切賽里拉白色花崗巖抗壓強度約為 25000psi ，改變切削深度和其它參數(shù) 以改變極值載荷,在一定時間范圍內(nèi)引發(fā)切削件破壞。每

8、一次實驗進行到切削件破壞或破壞巖石的預(yù)定上限。由于實驗數(shù)據(jù)的 分散性， 所以實驗了許多切削刃。 有兩個切削刃在卡圖沙實驗中心進行現(xiàn)場評價中“甲和“乙，性 能明顯優(yōu)于其它切削刃，被選中用作控制現(xiàn)場實驗。在此之后， 三個切削刃在卡圖沙實驗中心進行現(xiàn)場評價。 “甲和“乙是具有新特征的切削件， 在實驗室實 驗的性能很好。而“丙是目前不易磨損的標(biāo)準(zhǔn)切削件，它已是商業(yè)產(chǎn)品作為比照的基準(zhǔn)。卡圖沙的地層包括幾段石灰?guī)r，其聲波傳輸時間為卩s/ft。在卡圖沙共鉆進1200到1500英尺。第一局部的特點是泥巖中帶有硬石灰?guī)r夾層，而后者是泥巖 / 石灰?guī)r，接下來是大量石灰?guī)r和白云巖床。81/2 IADC-M332 P

9、DC鉆頭被選中在實驗臺上作切削件試驗，鉆頭含三種型號，一個標(biāo)準(zhǔn)切削件及兩個試驗 件。切削件的排列經(jīng)過仔細篩選以使每一個都有大約相同的靜態(tài)破裂幾率。 并確保每一切削刃從中心到邊緣分 布均勻以使鉆頭的錐體頂部、臺階和外周環(huán)境相同。混合牙輪試驗的結(jié)果大體上與實驗室結(jié)果一致。 明顯看出“甲刃是最持久的， 因此它被選中用于鉆中新世地確保成功的第二個要求，是通過平衡水眼或排屑槽及排除巖屑的能量實現(xiàn)鉆頭清潔。 均勻分布排出的巖屑量也 是必要的。例如，成功的做法意味著主切削刃排出巖屑體積比例與第二個及第三個產(chǎn)生的比例相同。 為提高在 泥巖中的效率，選中了獲得專利的拋光切削刃。高壓鉆井模擬器的一系列實驗室試驗顯

10、示，通過平衡流量及每一刃產(chǎn)生的巖屑，在泥巖中不再堵塞，鉆速比未 經(jīng)平衡水力參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)鉆頭快得多。巧前利聽卡床利1干釧苗150 210L何半卅API )1511 3JI加112011M11SO11601迦I卿0124012Wizwn1300133(1IH4UI苗(11330100122014401卿皿11I rnn169010 0 丙戳 10000 20Ss/ri、40 fl cpsi 議 lb圖3 ,瑪1井巖石強度計算蒙特恩1井81/2 IADC-M423型PD(鉆占頭被選中用于該試驗，因為該鉆頭的剖面和分布使最小沖擊力負荷的穩(wěn)定性增強, 當(dāng)新鉆頭長時間在上中新世石灰?guī)r地層鉆進時，不會過度磨損

11、。作業(yè)者在能否一趟鉆完全段的疑心中，同意試 一下其性能。按照方案，該鉆頭一次入井鉆過浮鞋，上中新世石灰?guī)r和中新世泥巖到 1686米。水眼為：4X 11和2X 12/32以 平衡水力參數(shù)。 底部鉆具組合如下： 鉆頭近鉆頭穩(wěn)定器短鉆鋌扶正器 2 根鉆鋌穩(wěn)定器 10 根鉆鋌 震擊器4根鉆鋌配合接頭 12根加重鉆桿。泥漿比重為。鉆頭鉆過石灰?guī)r/泥巖夾層的瞬時鉆速為4-35m/h ,平均機械鉆速為h。該段有扭矩變化和鉆柱遇阻。為控制這 些情況，要不斷調(diào)整鉆井參數(shù)，見圖 4。作者希望強調(diào)的是對鉆井參數(shù)的良好控制是必要的。以防止夾層構(gòu)造 應(yīng)力引起的跳鉆。鉆頭公司工程師的現(xiàn)場指導(dǎo)對于獲得鉆頭高性能也是很重要的

12、。由于地質(zhì)原因起鉆后又下到同一深度， 鉆過剩余的中新世泥巖到 2283米,由于氣體顯示限制了鉆井參數(shù)， 盡管 降低了參數(shù)，但鉆頭第二次下井的瞬時鉆速為 2-35m/h，平均為h0鉆頭起出狀況良好， 切削刃和基體少量磨損。這一應(yīng)用使作業(yè)者以天鉆完該段， 包括兩趟起鉆， 比鄰井縮短了 天作業(yè)時間。該井比作業(yè)者的設(shè)計提前了天，比鉆頭公司的設(shè)計提前了天。該井的鉆井本錢約 200,000 美元，比鄰井節(jié)約本錢 423,000 美元，比鉆井公司的起初設(shè)計節(jié)約 66,000 美元。蒙特恩1井的電測數(shù)據(jù)用同一軟件分析，并與鄰井巖石強度比擬。為便于比擬，作業(yè)調(diào)整了瑪沙利亞韋斯利1 井的電測井深以與蒙特恩 1 井

13、相對應(yīng)，如圖 5。分析說明，蒙特恩1井石灰?guī)r段夾有比瑪沙利亞韋斯利 1井多的泥巖夾層。81/2 段地層的厚度為310米, 比瑪沙利亞韋斯利1井厚18米。分析也說明蒙特恩1井石灰?guī)r聲波數(shù)據(jù)傳輸值在45-60卩s/ft的范圍變化。這些石灰?guī)r的計算無約束壓縮強度 與瑪沙利亞韋斯利1井的相同，這在上中新世石灰?guī)r地層的底部更明顯。結(jié)? 論(1) 計算機程序的新算法使作業(yè)者可從鄰井的電測數(shù)據(jù)更精確地預(yù)測下部巖層的無約束壓縮強度。(2) 這一新的數(shù)字工具向作業(yè)者提供了第一次在特殊構(gòu)造層位使用PDCB頭的依據(jù)。(3) PDC技術(shù)的開展已能使一只鉆頭在保持高鉆速的同時可以承受碳酸巖或砂巖的磨損，而且防止塑性地層引起的井斜和泥包(4) 新PDC鉆頭技術(shù)的開展與精確的巖石強度算法相結(jié)合，可以應(yīng)用到全球的類似夾層，從而大幅度降低鉆井 時間和本錢。12 UUL2b&I藥Q1400UOO1060Hi OU17001HFI01S5C?n(Mi11)V片俺丸世I常敬專骨門 卅!：匕仙如筒蟲耙RIH：貼因杵1抽