钻井与完井工程教材第四章钻进工艺.docVIP

PAGE  PAGE 113 钻进工艺 在钻井工程中，大量的工作是破碎岩石、加深井眼的钻进过程。钻进工艺就是在分析和处理钻井数据和资料的基础上，全面、准确地认识钻井过程的客观规律，立足于现有装备条件，采用各种数学、物理方法确定合理的钻井参数及钻井措施，使钻进过程的整体经济效果达到最优的工艺技术。显然，掌握良好的基础理论知识，了解国内外先进技术动态，富有进取和创新精神，是学习钻进工艺必不可少的基础条件。 第一节 钻进过程的系统分析 一、系统特征 钻进过程是由多个子系统综合运行作业而汇集的复杂系统，其系统特征表现为“五多一长”，即：多工序的作业环节；多工种的操作配合；多专业的协调管理；多因素的环境影响；多渠道的横向调节；长战线的后勤保障规模。各子系统间的相互作用、约束及各子系统本身的行为构成了系统的整体行为。显然，各子系统的运行是否良好，各子系统之间的相互作用是否正常，对钻进过程全局有着直接的、重要的影响。 根据钻进过程的系统特征可知，系统目标主要体现在安全、成功、效益三个方面。在系统目标中，最重要的应该安全，即：人身安全、设备安全、井眼安全。如果安全得不到保证，出了事故，所造成的损失往往是非常严重的。系统目标中第二位的应该是成功：井身质量好、固井质量高、录井资料齐全、油气层得到保护等。系统目标中第三位的是效益指标：钻井速度、建井周期、成本等。实践证明：不安全、不成功的井，其经济效益指标肯定是很差的。这说明安全、成功与效益三个指标往往是相互联系的，不顾安全、不顾质量地一味追求高钻速、短周期、低成本，结果往往适得其反；而严密的安全措施、合理的质量保障本身就是效益。由于钻进过程系统目标中安全与成功二大因素是比较复杂的，难以量化，因而系统目标函数也难以建立。一般的解决办法，是把容易量化的效益指标作为系统目标，把安全与成功作为系统约束条件，建立系统目标函数。 按照系统论的观点与方法，钻进过程总是在自觉与不自觉中追求系统目标的实现。例如在一个新构造上，开始的几口井钻的不会太好，但随着这个地区钻井活动的增加，各种经验教训的积累，以后的井就会越钻越好。这个趋势可用“学习曲线”来表示，如图4-1所示。 图4-1 钻井学习曲线 “学习曲线”表明，如果不采用科学的理论与方法，而只依靠经验教训的简单积累，则“学习曲线”下降缓慢，说明离系统目标还有一定距离；反之，如果有意识地、积极地采用科学的理论与方法指导，分析钻进过程中出现的问题，寻找解决办法，则“学习曲线”下降十分迅速并趋于稳定，说明已十分接近系统目标。真正比较完善、成熟的钻进工艺技术，应该是在新区钻探少数几口井后，就可以使“学习曲线”下降到相对稳定的低点。而钻进工艺技术的优劣又取决于对钻进过程影响因素的了解和变化规律的的掌握程度。 二、影响因素 影响系统目标的因素很多，其中直接与钻进过程有关的主要因素，一般可分为两大类：一类是地层岩性等不可改变或不可任意改变的客观因素；一类是钻头类型、钻井液性能、水力参数和钻压、转速等可任意确定的可调变量。深入研究、掌握这些可调变量对钻进过程的影响规律，是实现系统目标的重要基础。 1、地层岩性 地层岩性是影响因素中不可改变的客观因素，因此对它的研究工作主要是认识它，以便在钻进过程中去适宜它。对地层岩性认识的准确和可靠与否，决定了钻进工艺技术的合理性。要达到这个目的，必须从二方面入手：一是充分了解和掌握岩石的基本物理机械性质、基本破碎规律；二是准确预报、预测钻遇地层的岩石类型。对症下药必将收到预期的效果。 2、钻井液性能 钻井液性能是影响系统目标的重要可调变量。近三十年来许多科技人员对钻井液性能与系统目标中的重要指标——钻进速度的关系，进行了大量的深入研究。大量实验证明，钻井液的各性能对钻速都有一定影响，其中对钻速影响较大的钻井液性能主要是： （1）密度； （2）固相含量； （3）粘度； （4）失水，尤其是初失水； （5）含油量。 这些钻井液性能对钻速的影响规律如图4-2示。 图4-2 钻井液性能对钻速的影响 钻井液密度对钻速的影响最大，密度越低则钻速越快。根据油田统计资料表明，钻井液密度由1.20以上降低到1.10-1.06的范围内时，平均机械钻速将提高近一倍。同时， 钻速在密度1.08处有一个突变点。小于1.08时钻速会大幅度上升，而大于1.08时钻速又下降很快。钻井液密度影响钻速的原因很多。有人认为，液柱与地层流体之间的压差（即岩层压持压力）使被钻头破碎的岩屑紧紧附在井底，井底净化不良自然要造成重复切削，降低钻头破碎岩石的效率，从而影响机械钻速和钻头进尺。还有人认为，液柱压力与地层压力之差可以增大井底岩石的可钻强度使钻速降低；水马力一定时，钻井液密度越大，压