应用数字技术优化钻头选型降低钻井成本23237.docx

应用数字技技术优化化钻头选选型降低低钻井成成本 胡泽萍 编编译胡湘湘炯 审审校摘 要  本文阐阐述了在在意大利利的多伦伦特、斯斯格诺油油田，如如何运用用数字化化技术优优选钻头头,以显显著降低低钻井成成本。译自 SPPE/11ADCC 5228777引  言位于意大利利中部多多伦特··斯格诺诺油田的的蒙特恩恩1井，设设计井深深23550米,钻到上上白垩纪纪含亚平平宁酸气气的石灰灰岩，穿穿过一系系列夹层层，岩性性预测及及相关套套管深度度和尺寸寸参见图图1。该该地区地地质状况况复杂，砂砂岩和泥泥岩上覆覆有中新新世逆掩掩断层，使使得钻头头设计比比较困难难，最靠靠近的邻邻井是玛玛沙利亚亚·韦斯斯利1井井，蒙特特恩1井井的设计计主要基基于该井井的记录录。作业业商最初初设计442天钻钻至设计计井深，不不包括下下套管和和完井作作业。881/22井段段是最具具挑战性性的，也也是本文文的主题题。该地地区通常常的做法法是将套套管下到到中新世世的底部部，以防防止下部部上新世世高压地地层发生生井涌。玛玛沙利亚亚·韦斯斯利1井井表明将将套管下下到11100米米中新世世泥灰岩岩可以有有足够的的安全系系数保证证安全钻钻进。 作业商商也了解解到主油油藏石灰灰岩可以以“裸眼眼完井”。这这些措施施将缩小小井眼，大大幅度降降低成本本。作业业商设计计19天天钻过该该井段，包包括全部部非钻进进作业。 根据预预测，111000-21110米米之间的的81/2井井段由致致密的中中新世石石灰岩和和含上新新世胶结结石英砂砂岩的淤淤积泥岩岩夹层组组成。玛沙利亚··韦斯利利1井邻井的对应应段是用用三个1121/4和和四个881/22牙轮轮钻头钻钻进，见见表1所所示。仅仅考虑钻钻进和起起下钻时时间，钻钻完该段段用了116.77天，按按照目前前汇率成成本为66230000美美元。第第一个1121/4 IADDC 5517型型镶齿钻钻头，用用于钻过过上新世世地层的的石灰岩岩/泥岩岩段。 起出后后大部分分切削刃刃损坏，看看起来象象是断齿齿。第二二个1221/44 11ADCC 4337 镶镶齿钻头头钻完上上中新世世底部的的80米米地层和和中新世世中部的的泥岩/砂岩地地层，其其它的钻钻头钻完完了中新新世中段段和下段段的泥岩岩/砂岩岩。这些些钻头起起出后，切切削结构构几乎完完好无损损。基于于上述考考虑和岩岩性描述述,显示示81/2井井段的最最好办法法是：下下入钻速速高的PPDC钻钻头钻过过中新世世泥岩段段，但是是，第一一个1221/44钻头头的磨损损情况表表明，上上中新世世地层的的石灰岩岩不适于于用PCCD钻头头，因此此应选择择一只牙牙轮钻头头。图1 地质质柱状图图表1 玛玛沙利亚亚·韦斯斯利1井井部分分钻头记记录尺寸IAD C水眼下入起出进尺小时钻速泥浆岩性磨损分级121/45172×161×1511441321177424.21WBMLS68BT A0E JD PR121/44472×161×1513211477156374.22 WBM SH-LS140(T.B.G.) 121/45171×162×15 1477179331678.54.03 WBMSH 180(T.B.G.) 81/2116 3×14 17931959166642.59 WBMSH 280(T.B.G.) 81/21161×142×121960213917954.53.28 WBMSH 150(T.B.G.) 81/21161×142×12 21392239100392.56  WBM  SH-LS 240(T.B.G.)81/25173×16223922531443.5 WBMSH-LS 010(T.B.G.)  LS石石灰岩 SH泥岩 T牙牙齿 BB轴承承 G保径图2是最初初的钻头头设计，要要求用一一只811/2 IAADC-4477型牙轮轮钻头钻钻过3000米的的石灰岩岩，一只只81/2 IADDCM3332型型PDCC钻头钻钻过中新新世泥岩岩。第一一个牙轮轮钻头应应以4.5m/h的钻钻速钻完完致密的的石灰岩岩，PDDC钻头头应以55m/hh钻完全全段。预预计该段段可以用用9.66天钻完完，总成成本约22660000美美元。        图2 钻井井进度曲曲线为这一目的的，作业业者向几几个钻头头厂商提提供了玛玛沙利亚亚·韦利利斯1井井的电缆缆测井资资料。这这些资料料先后用用多种软软件分析析。所有有钻头厂厂商起初初设计要要求用一一个或两两个牙轮轮钻头钻钻过上中中新世和和一个钻钻速高的的PCDD钻头钻钻过中新新世中段段。但是是，一个个钻头厂厂商提议议用一只只PDCC钻完全全段。基基于这些些结果和和计算分分析，作作业者选选中了一一个特殊殊钻头生生产商的的结果，这这是由于于它对预预测下部部无约束束压缩的的可靠性性。该程程序计算算出中新新世石灰灰岩的无无约束压压缩强度度值为1100000-2200000pssi。 其声波波数据传传输值为为45-60/ftt，如图图3。该该程序建建议这些些石灰岩岩可以用用PDCC钻头，只只要它坚坚固足以以破坏地地层强度度。作业业者最初初怀疑这这一建议议。但签签订了一一个共担担经济风风险的协协议后，作作业者决决定使用用该钻头头。钻头头公司不不得不研研究切削削刃技术术以便能能经受研研磨性石石灰岩的的磨损，并并在保持持高钻速速的同时时防止下下部泥岩岩段井斜斜和泥包包。                   钻头头进展钻进中新世世中等强强度石灰灰岩时，牙牙轮耐用用性通常常是钻头头性能的的决定性性因素。底底部钻具具组合和和钻头的的震动经经常导致致坚固的的切削刃刃破裂，使使切削结结构不能能有效地地钻进后后续的泥泥岩。对对上部石石灰岩通通常加大大钻压以以减轻底底部钻具具及钻头头的震动动。相对对而言，石石灰岩下下部的泥泥岩段适适用低钻钻压，且且钻进最最快。它它具有好好的水力力流型以以利于有有效清洁洁钻头，钻钻头顶部部有足够够空间以以利于快快速钻进进泥岩时时容纳大大量岩屑屑。为获获得在石石灰岩中中的耐用用性和泥泥岩中的的高钻速速，决定定选择较较低钻压压的PDDC钻头头,选择择较低钻钻压的钻钻头意味味着在石石灰岩地地层中切切削件必必须耐用用，在泥泥岩中钻钻头有出出色的清清洁特征征。在实实验室里里，用每每一新切切削件刨刨切赛里里拉白色色花岗岩岩（抗压压强度约约为2550000psii），改改变切削削深度和和其它参参数以改改变极值值载荷,在一定定时间范范围内引引发切削削件破坏坏。每一一次实验验进行到到切削件件破坏或或破坏岩岩石的预预定上限限。由于于实验数数据的分分散性， 所以实实验了许许多切削削刃。 有两个个切削刃刃在卡图图沙实验验中心进进行现场场评价中中（“甲甲”和“乙乙”），性性能明显显优于其其它切削削刃，被被选中用用作控制制现场实实验。在在此之后后，三个个切削刃刃在卡图图沙实验验中心进进行现场场评价。“甲甲”和“乙乙”是具具有新特特征的切切削件，在在实验室室实验的的性能很很好。而而“丙”是是目前不不易磨损损的标准准切削件件，它已已是商业业产品作作为对比比的基准准。卡图图沙的地地层包括括几段石石灰岩，其其声波传传输时间间为ss/ftt。在卡卡图沙共共钻进112000到15500英英尺。第第一部分分的特点点是泥岩岩中带有有硬石灰灰岩夹层层，而后后者是泥泥岩/石石灰岩，接接下来是是大量石石灰岩和和白云岩岩床。881/22 IIADCC-M3332 PDCC钻头被被选中在在实验台台上作切切削件试试验，钻钻头含三三种型号号，一个个标准切切削件及及两个试试验件。切切削件的的排列经经过仔细细筛选以以使每一一个都有有大约相相同的静静态破裂裂几率。并并确保每每一切削削刃从中中心到边边缘分布布均匀以以使钻头头的锥体体顶部、台台阶和外外周环境境相同。混合牙轮试验的结果大体上与实验室结果一致。明显看出“甲”刃是最持久的，因此它被选中用于钻中新世地层。确保成功的第二个要求，是通过平衡水眼或排屑槽及排除岩屑的能量实现钻头清洁。均匀分布排出的岩屑量也是必要的。例如，成功的做法意味着主切削刃排出岩屑体积比例与第二个及第三个产生的比例相同。为提高在泥岩中的效率，选中了获得专利的抛光切削刃。高压钻井模拟器的一系列实验室试验显示，通过平衡流量及每一刃产生的岩屑，在泥岩中不再堵塞，钻速比未经平衡水力参数的标准钻头快得多。 图3，玛11井岩石石强度计计算蒙特恩1井井81/2 IAADC-M4223型PPDC钻钻头被选选中用于于该试验验， 因因为该钻钻头的剖剖面和分分布使最最小冲击击力负荷荷的稳定定性增强强，当新新钻头长长时间在在上中新新世石灰灰岩地层层钻进时时,不会会过度磨磨损。作作业者在在能否一一趟钻完完全段的的怀疑中中，同意意试一下下其性能能。按照照计划,该钻头头一次入入井钻过过浮鞋，上上中新世世石灰岩岩和中新新世泥岩岩到16686米米。水眼眼为：44×111和2××12/32 以平衡衡水力参参数。底底部钻具具组合如如下：钻钻头近近钻头稳稳定器短钻铤铤扶正正器22根钻铤铤稳定定器110根钻钻铤震震击器4根钻钻铤配配合接头头122根加重重钻杆。泥泥浆比重重为1.181.220SGG。钻头头钻过石石灰岩/泥岩夹夹层的瞬瞬时钻速速为4-35mm/h，平平均机械械钻速为为10.25mm/h。该该段有扭扭矩变化化和钻柱柱遇阻。为为控制这这些情况况，要不不断调整整钻井参参数，见见图4。作作者希望望强调的的是对钻钻井参数数的良好好控制是是必要的的。以避避免夹层层构造应应力引起起的跳钻钻。钻头头公司工工程师的的现场指指导对于于获得钻钻头高性性能也是是很重要要的。由由于地质质原因起起钻后又又下到同同一深度度，钻过过剩余的的中新世世泥岩到到22883米,由于气气体显示示限制了了钻井参参数，尽尽管降低低了参数数，但钻钻头第二二次下井井的瞬时时钻速为为2-335m/h，平平均为66.155m/hh。钻头头起出状状况良好好，切削削刃和基基体少量量磨损。这这一应用用使作业业者以77.1天天钻完该该段，包包括两趟趟起钻，比比邻井缩缩短了99.6天天作业时时间。该该井比作作业者的的设计提提前了44.5天天，比钻钻头公司司的设计计提前了了2.55天。该该井的钻钻井成本本约2000,0000美美元，比比邻井节节约成本本4233,0000美元元，比钻钻井公司司的起初初设计节节约666,0000美元元。蒙特特恩1井井的电测测数据用用同一软软件分析析，并与与邻井岩岩石强度度比较。为为便于比比较，作作业调整整了玛沙沙利亚··韦斯利利1井的的电测井井深以与与蒙特恩恩1井相相对应，如如图5。分析表明，蒙特恩1井石灰岩段夹有比玛沙利亚·韦斯利1井多的泥岩夹层。81/2段地层的厚度为310米，比玛沙利亚·韦斯利1井厚18米。分析也表明蒙特恩1井石灰岩声波数据传输值在45-60s/ft的范围变化。这些石灰岩的计算无约束压缩强度与玛沙利亚·韦斯利1井的相同，这在上中新世石灰岩地层的底部更明显。结  论(1)计算算机程序序的新算算法使作作业者可可从邻井井的电测测数据更更精确地地预测下下部岩层层的无约约束压缩缩强度。(2)这一新的数字工具向作业者提供了第一次在特殊构造层位使用PDC钻头的依据。(3)PDC技术的发展已能使一只钻头在保持高钻速的同时可以承受碳酸岩或砂岩的磨损，而且防止塑性地层引起的井斜和泥包。(4)新PDC钻头技术的发展与精确的岩石强度算法相结合，可以应用到全球的类似夹层，从而大幅度降低钻井时间和成本。图4，钻井井参数曲曲线图5，蒙11井与玛玛1井的的对应曲曲线