钻井参数优选之钻压、顶驱转速配比分析

钻井参数优选之钻压、顶驱转速配比分析

谭健

西南工程湖南钻井分公司 湖南，长沙 410000

摘要：钻井是利用钻井工具在地层中形成一个油气通道，为了更好的经济效益，需要合理的钻井参数优选来帮助优快钻井，其中钻压的大小决定了牙齿吃入岩石的深度和岩石破碎体积的大小, 因此钻压是影响钻速最直接和最显著的因素之一；机械钻速与转速的关系为指数关系，是影响钻速最另一主要原因。过去的文献中均对其单独对机械钻速的影响做出分析，本文将两者相结合，讨论钻压与钻速的关系对机械钻速的影响，对钻井参数优选的影响

关键字：钻井参数优选，机械钻速，钻压，顶驱转速，钻压和顶驱转速配比

1前言

为了优快钻井，提高钻井施工效率和效益。需要对钻井参数进行优选，科威特工区基本为一趟钻一开次、一钻头，因此钻井参数的优选的重点也就放在如何提高机械钻速上。

其中钻压的大小决定了牙齿吃入岩石的深度和岩石破碎体积的大小, 因此钻压是影响钻速最直接和最显著的因素之一。

机械钻速与转速的关系为指数关系, 且指数一般小于1 。主要原因是岩石破碎的时间效应, 即随转速提高, 钻头的切削齿接触岩石的时间缩短, 从而引起吃入深度减少。

其中钻压和转速对机械钻时的影响最为显著，本文尝试通过实钻资料找出合理且科学的钻压及顶驱转速之间的最优配比，在此种配比下机械钻时最优。

2 参照物确定及资料收集

钻井技术条件和参数影响着机械钻速，在钻进过程中通过优化钻井液性能、钻压、转速以及水功率等可控制因素提高机械钻速。为了尽可能的减少其它因素对分析结果的影响。决定选用WARA,MAUDDUD地层、油基泥浆、RSS钻进，最大可能的排出泥浆性能，钻具结构，钻井工况、地层岩性等对机械钻速的影响，以求结果更加准确。

2.1地层简介

2.1.1WARA地层简介

该地层的主要标志就是见到砂岩，由于上部有良好页岩盖层，油气含量丰富，见明显气测显示，钻时变快。砂岩为主，含部分散沙及页岩。底部为灰绿色、棕色泥岩。

2.1.2MAUDDUD地层简介

该地层主要标志就是岩性由砂岩变为灰岩，空缝发育良好，含较好油气显示，气测值变高。

2.2资料收集

选取北部区块SP175施工井RA922，RA920,

RA922：井深：7970-8945FT，钻压30KLBS，顶驱转速105RPM，平均机械钻速40.63FT/HR,钻头类型：VRT616GX（PDC钻头）

RA920：井深：7759-9000FT，钻压20KLBS，顶驱转速120RPM，平均机械转速40.67FT/HR，钻头类型：HCD506X              （PDC钻头）             

RA832：井深：7338-8315FT，钻压15KLBS，顶驱转速100RPM，平均机械转速21.23FT/HR，钻头类型：MDI616LPXG（PDC钻头）             

SA-893：井深：7271-8400FT，钻压28KLBS，顶驱转速100RPM，平均机械转速25.54FT/HR，钻头类型：MDL616LPXG（PDC钻头）

SA-811：井深：7288-8465FT，钻压25KLBS，顶驱转速100RPM，平均机械转速22.94FT/HR，钻头类型：MMD65H（PDC钻头）             

RA-902：井深：7544-8390FT，钻压20KLBS，顶驱转速110RPM，平均机械转速24.31FT/HR,钻头类型：SFE65CH（PDC钻头）

SA-811：井深：7288-8465FT，钻压20KLBS，顶驱转速105RPM，平均机械转速22.94FT/HR，钻头类型：MMD65H（PDC钻头）                                         

2.3数据整理

钻进时的机械钻速与钻压成正比，只有超过一定值之后钻压增加方才不影响机械钻速的增加，在我们本文所选取的井段中，考虑到轨迹调整、岩性可钻性强等因素，均不会将钻压施加至钻头推荐最优钻压，因此本文考虑机械钻速与钻压的关系简化为：

υ∝M式中 :υ─钻速, FPH; W─钻压, KLBS ;

机械钻速与转速的关系为指数关系，关系式为：

υ ∝nλ 式中 :n ─转速, RPM ; λ─转速指数, 一般小于 1 。

其中RA920及RA922的机械钻速分别为40.63FT/HR和40.67FT/HR，考虑到工程数据的部分误差，将其理解成相等，用于求取λ。将RA920及RA922的钻压及钻速带入上述两式，可得如下等式：

M1/n1λ=M2/n2λ

式中：M1─RA920钻压，KLBS

n1─RA920转速,RPM

M2─RA922钻压,KLBS

N2─RA922转速,RPM

将2.2的数据代入其中，求得λ值为-3。将钻压与转速的指数值得比值设定为D，将λ值代入2.2的各井中，得出各井D值如下表所示：

表2.1各井钻压和顶驱转速配比值计算结果

 将钻压和顶驱转速配比值与机械钻速放入坐标图中，得到如下图所示

3 数据分析

从图2.1中可以看出，机械钻速与D值成正相关关系，即钻压和顶驱转速的指数的比值越大，机械转速越大，尝试将图中各点连接成线，得到图如下所示： 

由此可以得到一个钻压和顶驱转速配比值与机械钻速的一个3次方程  

y = 6E-21x3 - 4E-13x2 + 8E-06x - 30.172 

将这个方程应用于对于已确定的钻压和顶驱转速配比值，用来预测机械钻速，或者根据我们需要的机械钻速，来确定需要的钻压和顶驱转速配比值。从而选择最优的钻压和顶驱转速，提高机械钻速，优快钻井；优化钻井参数。

4、结论和建议

4.1结论 

4.1.1优化钻井参数，需综合考虑钻压和顶驱转速的关系；

4.1.2钻压和顶驱转速的配比值与机械钻速的关系成正比关系，且符合3次方程；

4.2建议

4.2.1在优化钻井参数时，可以将钻压和顶驱转速的配比值代入方程式，求得最优的钻压和顶驱转速值；

4.2.2这是科威特北部油区7口井的数据，其中的计算结果在北部油区有较好的效果，如果推广到其它油区，需根据本文的方法用以计算适用于本区块的方程；

4.2.3获取更加精确的数据、更多的数据，可以不断优化该方程式，用以更好的指导和预测井眼的科学施工

参考文献

[1]彭 烨, 侯庆勇, 李百胜, 刘以明，PDC 钻头的“低转速 —高钻压”钻井参数模式及应用，《钻 采 工 艺》2004年

[2]李志刚，最佳机械钻速的优化设计方法，《钻 采 工 艺》2011年