应用数字技术优化钻头选型降低钻井成本

1、应用数字字技术优优化钻头头选型降降低钻井井成本胡泽萍 编译胡胡湘炯 审校摘 要 本文文阐述了了在意大大利的多多伦特、斯格诺诺油田，如何运运用数字字化技术术优选钻钻头,以以显著降降低钻井井成本。译自 SSPE/1ADDC 5528777引 言言位于意大大利中部部多伦特特斯格格诺油田田的蒙特特恩1井井，设计计井深223500米,钻钻到上白白垩纪含含亚平宁宁酸气的的石灰岩岩，穿过过一系列列夹层，岩性预预测及相相关套管管深度和和尺寸参参见图11。该地地区地质质状况复复杂，砂砂岩和泥泥岩上覆覆有中新新世逆掩掩断层，使得钻钻头设计计比较困困难，最最靠近的的邻井是是玛沙利利亚韦韦斯利11井，蒙蒙特恩11井的

2、设设计主要要基于该该井的记记录。作作业商最最初设计计42天天钻至设设计井深深，不包包括下套套管和完完井作业业。811/2井段是是最具挑挑战性的的，也是是本文的的主题。该地区区通常的的做法是是将套管管下到中中新世的的底部，以防止止下部上上新世高高压地层层发生井井涌。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”。这些些措施将将缩小井井眼，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，包括全全部非钻钻进作业业。 根根据预测测，11100-21110米之之间的8

3、81/22井段段由致密密的中新新世石灰灰岩和含含上新世世胶结石石英砂岩岩的淤积积泥岩夹夹层组成成。玛沙利亚亚韦斯斯利1井井邻井的对对应段是是用三个个1211/4和四个个81/2牙牙轮钻头头钻进，见表11所示。仅考虑虑钻进和和起下钻钻时间，钻完该该段用了了16.7天，按照目目前汇率率成本为为62330000美元。第一个个1211/4 IAADC 5177型镶齿齿钻头，用于钻钻过上新新世地层层的石灰灰岩/泥泥岩段。 起出出后大部部分切削削刃损坏坏，看起起来象是是断齿。第二个个1211/4 1AADC 4377 镶齿齿钻头钻钻完上中中新世底底部的880米地地层和中中新世中中部的泥泥岩/砂砂岩地层层，

4、其它它的钻头头钻完了了中新世世中段和和下段的的泥岩/砂岩。这些钻钻头起出出后，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 地地质柱状状图表1 玛沙利利亚韦韦斯利11井部部分钻头头记录尺寸IAD C水眼下入起出进尺小时钻速泥浆岩性磨损分级121/451721611511441321177424.21WBMLS68BT A0E JD PR121

5、/444721611513211477156374.22WBMSH-LS140(T.B.G.)121/45171162151477179331678.54.03WBMSH180(T.B.G.)81/211631417931959166642.59WBMSH280(T.B.G.)81/21161142121960213917954.53.28WBMSH150(T.B.G.)81/211611421221392239100392.56 WBMSH-LS240(T.B.G.)81/2517316223922531443.5WBMSH-LS010(T.B.G.)LS石灰岩岩 SHH泥岩岩 T牙齿 B轴

6、轴承 GG保径径图2是最最初的钻钻头设计计，要求求用一只只81/2 IADDC-4447型型牙轮钻钻头钻过过3000米的石石灰岩，一只881/22 IIADCCM3332型PPDC钻钻头钻过过中新世世泥岩。第一个个牙轮钻钻头应以以4.55m/hh的钻速速钻完致致密的石石灰岩，PDCC钻头应应以5mm/h钻钻完全段段。预计计该段可可以用99.6天天钻完，总成本本约26660000美元元。 图2 钻钻井进度度曲线为这一目目的，作作业者向向几个钻钻头厂商商提供了了玛沙利利亚韦韦利斯11井的电电缆测井井资料。这些资资料先后后用多种种软件分分析。所所有钻头头厂商起起初设计计要求用用一个或或两个牙牙轮钻头

7、头钻过上上中新世世和一个个钻速高高的PCCD钻头头钻过中中新世中中段。但但是，一一个钻头头厂商提提议用一一只PDDC钻完完全段。基于这这些结果果和计算算分析，作业者者选中了了一个特特殊钻头头生产商商的结果果，这是是由于它它对预测测下部无无约束压压缩的可可靠性。该程序序计算出出中新世世石灰岩岩的无约约束压缩缩强度值值为1000000-2000000psii。 其其声波数数据传输输值为445-660/ft，如图33。该程程序建议议这些石石灰岩可可以用PPDC钻钻头，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，作业者者决定使使用该

8、钻钻头。钻钻头公司司不得不不研究切切削刃技技术以便便能经受受研磨性性石灰岩岩的磨损损，并在在保持高高钻速的的同时防防止下部部泥岩段段井斜和和泥包。 钻钻头进展展钻进中新新世中等等强度石石灰岩时时，牙轮轮耐用性性通常是是钻头性性能的决决定性因因素。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，使切削削结构不不能有效效地钻进进后续的的泥岩。对上部部石灰岩岩通常加加大钻压压以减轻轻底部钻钻具及钻钻头的震震动。相相对而言言，石灰灰岩下部部的泥岩岩段适用用低钻压压，且钻钻进最快快。它具具有好的的水力流流型以利利于有效效清洁钻钻头，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

9、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， 所以以实验了了许多切切削刃。 有两两个切削削刃在卡卡图沙实实验中心心进行现现场评价价

10、中（“甲”和和“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”和“乙乙”是具具有新特特征的切切削件，在实验验室实验验的性能能很好。而“丙丙”是目目前不易易磨损的的标准切切削件，它已是是商业产产品作为为对比的的基准。卡图沙沙的地层层包括几几段石灰灰岩，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，接下来来是大量量石灰岩岩和白云云岩床。81/2 IADDC-MM3322 PDDC钻

11、头头被选中中在实验验台上作作切削件件试验，钻头含含三种型型号，一一个标准准切削件件及两个个试验件件。切削削件的排排列经过过仔细筛筛选以使使每一个个都有大大约相同同的静态态破裂几几率。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、台阶和和外周环环境相同同。混合合牙轮试试验的结结果大体体上与实实验室结结果一致致。明显显看出“甲”刃刃是最持持久的，因此它它被选中中用于钻钻中新世世地层。确保成成功的第第二个要要求，是是通过平平衡水眼眼或排屑屑槽及排排除岩屑屑的能量量实现钻钻头清洁洁。均匀匀分布排排出的岩岩屑量也也是必要要的。例例如，成成功的做做法意味味着主切切削刃排排出岩屑

12、屑体积比比例与第第二个及及第三个个产生的的比例相相同。为为提高在在泥岩中中的效率率，选中中了获得得专利的的抛光切切削刃。高压钻钻井模拟拟器的一一系列实实验室试试验显示示，通过过平衡流流量及每每一刃产产生的岩岩屑，在在泥岩中中不再堵堵塞，钻钻速比未未经平衡衡水力参参数的标标准钻头头快得多多。 图3，玛玛1井岩岩石强度度计算蒙特恩11井81/22 IIADCC-M4423型型PDCC钻头被被选中用用于该试试验， 因为该该钻头的的剖面和和分布使使最小冲冲击力负负荷的稳稳定性增增强，当当新钻头头长时间间在上中中新世石石灰岩地地层钻进进时,不不会过度度磨损。作业者者在能否否一趟钻钻完全段段的怀疑疑中，同

13、同意试一一下其性性能。按按照计划划,该钻钻头一次次入井钻钻过浮鞋鞋，上中中新世石石灰岩和和中新世世泥岩到到16886米。水眼为为：411和和2112/332 以以平衡水水力参数数。底部部钻具组组合如下下：钻头头近钻钻头稳定定器短短钻铤扶正器器2根根钻铤稳定器器100根钻铤铤震击击器44根钻铤铤配合合接头12根根加重钻钻杆。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，平均机机械钻速速为100.255m/hh。该段段有扭矩矩变化和和钻柱遇遇阻。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。作者希希望强调调的是对对钻井参参数的良

14、良好控制制是必要要的。以以避免夹夹层构造造应力引引起的跳跳钻。钻钻头公司司工程师师的现场场指导对对于获得得钻头高高性能也也是很重重要的。由于地地质原因因起钻后后又下到到同一深深度，钻钻过剩余余的中新新世泥岩岩到22283米米,由于于气体显显示限制制了钻井井参数，尽管降降低了参参数，但但钻头第第二次下下井的瞬瞬时钻速速为2-35mm/h，平均为为6.115m/h。钻钻头起出出状况良良好，切切削刃和和基体少少量磨损损。这一一应用使使作业者者以7.1天钻钻完该段段，包括括两趟起起钻，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

15、.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。为便于于比较，作业调调整了玛玛沙利亚亚韦斯斯利1井井的电测测井深以以与蒙特特恩1井井相对应应，如图图5。分分析表明明，蒙特特恩1井井石灰岩岩段夹有有比玛沙沙利亚韦斯利利1井多多的泥岩岩夹层。81/2段段地层的的厚度为为3100米，比比玛沙利利亚韦韦斯利11井厚118米。分析也也表明蒙蒙特恩11井石灰灰岩声波波数据传传输值在在45-60s/fft的范范围变化化。这些些石灰岩岩的计算算无约束束压缩强强度与玛玛沙利亚亚韦斯斯利1井井的相同同，这在在上中新新世石灰灰岩地层层的底部部更明显显。结 论论(1)计计算机程程序的新新算法使使作业者者可从邻邻井的电电测数据据更精确确地预测测下部岩岩层的