提高钻井工程质量的措施探索

摘要：在油气勘探与开发过程中，钻井施工质量对后续储层压裂改造、试油生产等产生重要影响，决定了单井产能是否能有效发挥。为了提高钻井施工质量，根据实际的钻井施工经验，系统分析了钻井过程中的各种影响因素，探讨了采取科学合理的措施以提高钻井工程质量，对于指导现场施工具有一定参考意义。

关键词：钻井工程质量；影响因素；钻井液体系；钻井工程参数

钻井工程是油气勘探开发中重要的环节，钻井工程质量对于油气层发现及单井产能的发挥起到关键的作用。在钻井过程中，影响钻井工程质量的因素往往具有动态特征，这种动态特征与钻井工程的工程施工环境相关，也与相关施工资源、施工设备的应用状态相关。现阶段，虽然可以借助一些先进的探测仪器和成像设备，对钻井工程的环境进行可视化分析，但是这种分析的结构可参考性并不强。在实际的工程施工中，依旧会出现与钻井液、钻井设备和钻井工艺等相关的问题，并且此类问题会对钻井工程质量产生持续影响[1-2]。需要注意的是，在选择钻井工程质量提高措施时，需要结合工程施工的实际状态，更需要从质量监管、工艺优化等角度，提升此类质量提高措施的适应性，这样才能强化钻井工程质量提升措施的应用持续性。

1钻井工程质量影响因素分析

1.1钻井液

从钻井液的角度分析，钻井液起到冷却钻头、清洁井眼、增加润滑性的作用，钻井液也是钻孔冲洗液，既然是冲洗液，则其液体的整体流动性就应该相对较好。对于泥页岩地层或易水化膨胀地层，为了提升井壁稳定性，需要使用有机钻井液或者油基钻井液。水基钻井液成膜技术是较为常用的保护井壁稳定性的技术，通过向钻井液中添加水溶性聚合物、交联剂等有机物质，改善钻井液性能，使钻井液失水降至最低，滤失量接近为零，提升钻井液性能。在井壁表面形成一层隔离膜，隔离膜具有较强地抑制泥页岩水化分散的能力，能够阻止钻井液中水分进入地层，从而较好地保护地层稳定性。

1.2钻具

从钻具应用效果的角度分析，普通类型的钻具在深度钻井的过程中并不适用，一般需要选择组合类型的深井钻具。此类组合钻具设备的组合形式并不复杂，但是可以提升钻具的整体应用效能，从而可以在较短的时间内完成更多的钻井任务，使钻井效率提升比较明显。但是，此类组合类型的钻井设备的应用成本较高。在现代化的石油钻井工程中，钻头的消耗问题依旧较为明显，并且在钻头超出了实际的应力极限之后，就需要对钻头进行更换。此时，与钻头相联系的钻盘组合也需要进行拆分更换。这就对工作人员的技术水平提出了更高的要求。此间，除了可以通过选择质量更好的钻具组合之外，还可以通过优化选择钻探路径的方法改善钻具的应用效果。但是，实际上，在钻具的运行和应用过程中，钻井区域的岩石层密度并不均匀，钻头受到的冲击力也会呈现波动性变化[5]。在这种波动性变化的过程中，钻头可能会出现应力疲劳的情况，从而出现比较明显的应力损伤，进而影响钻井的实际效率，此时，与钻具设备更换成本相关的问题就会出现，并且会直接影响石油钻井工程的整体进度和整体经济效益，从而对钻井工程的实际工程质量产生影响。

1.3其他钻井设备

此处所指的钻井设备一般为不同平台上的钻机设备，此类钻机设备内部包含着复杂的钻机系统，从此类钻机系统的分类形式角度分析，一般可以分为仪器仪表控制系统、旋转效率控制系统、力传动系统以及中央控制系统。在大型的钻井设备中，仪器仪表控制系统往往较为复杂，其实际的仪器仪表数量相对较多，并且存在控制数据层面的复杂性特点。在现代化的钻井设备系统控制过程中，已经发展成了触摸类型的控制操作界面，工作人员可以直接使用这种操作系统对钻井设备进行精确控制。但是，在这个过程中，需要注意的是，系统中的远程控制信号传输大多数并不是有线传输，而是依据钻井区域内部搭建的控制局域网。由于钻井区域的范围比较有限，此种钻井区域内部搭建的局域网在网络传输强度方面具有优势。但是，如果受到地层中的强磁干扰，系统的信号传输依旧会受到影响。虽然，现阶段，很多钻井设备已经具备了闭环反馈系统，此系统可对信号的传输过程进行数据修正，并且其抗干扰能力相对较强。但是，这种闭环反馈系统的修整能力依旧相对有限，如果控制系统内部存在信号问题，或者出现了控制硬件层面的损坏，则会出现信号传输的不稳定问题，相应的信号传输流程也会受到影响，从而导致钻井设备运行系统的运行效能降低。

2钻井工程质量提高措施分析

2.1应用钻井液循环体系，改善钻井液物理性能

钻井液循环体系的应用可以有效平衡不同类型的钻孔冲洗液的应用性能，并且在这种钻井液循环系统的支持下，钻井液的应用适应性也会得到强化。首先，针对不同的钻井冲洗液，应该选择不同的钻井液循环体系。从钻井液循环方向的角度分析，一般可以将这种循环方向分为内部循环方向和外部循环方向。如果选择了内部循环方向，则此时，冲洗液循环系统与钻头的实际距离比较小，钻头周围需要同时布置出水孔与进水孔。这就对钻井液循环系统的空间利用率提出了更高的要求。在要求下，技术人员需要对内部钻井液循环系统的热吸收材质进行合理地选择，避免在较小的空间内出现热应力集中的情况，从而影响钻孔的结构强度。如果选择的是外部钻井液循环系统，则需要保证有充足的液体回收空间。一般而言，在外部钻井液循环系统中，并不会出现较为明显的热应力集中现象。为此，在选择外部钻井液循环系统时，技术人员可以选择泥浆作为循环冲洗液。虽然这种冲洗液的温度吸收效能相较于清水会低一些，但是其冲洗应力比较大，可以在短时间内实现更好的冲洗效果；其次，为了改善钻井液的物理性能，包括钻井液的粘度、密度等。技术人员可以选择向钻井液中加入一些调和溶剂，此类调和容积一般为粘性调和溶剂[6]。虽然在这种粘性调和溶剂的作用下，钻井液的热吸收效能会下降，但是其实际的冲击应力会增加，进而可以改善钻井孔的实际冲洗效果。

2.2引进新型钻井工艺，提高钻具应用质量

新型的钻井工艺需要适应新型组合钻具的应用要求，但是这种要求在钻具的实际应用过程中并不是十分明显，而是会以一种相对稳定的形式出现在钻具工艺的创新和发展过程中，这种相对稳定的形式即为高速螺旋钻井形式。从这种新型钻井工艺的应用流程角度分析高速螺旋钻井工艺并不要求钻头具有较高的应力强度其会钻头顶部的应力强度要求并不高，但是这种工艺对钻头侧面的应力强度要求较高。实际上，在旋转钻井的过程中，横向的钻井应力会在螺旋钻井形式的影响下被分解成不同方向的螺旋应力，这种螺旋应力会与钻头的内部挤压应力达到一种平衡（前提是转速达到了应力平衡阈值），在这个平衡状态的影响下，钻头的内部挤压应力不会对钻头的结构产生较为明显地损伤[7]。此时，技术人员即可选择一些组合钻具，改善钻头的实际应用效果。从此角度分析，高速旋转钻井工艺为新型组合钻具的使用提供了可能，也提高了钻头工作持续性，可以有效降低钻头结构的使用成本。另外，从石油钻井质量监管的角度分析，其实际的质量监管标准也需要符合钻具应用质量的基础监管标准。但是，需要注意的是，这种质量监管标准在新型工艺的应用初期其实并不稳定，需要结合实际的技术应用经验进行修正，这也是新时期钻井工艺优化的主要方向之一。

2.3调整钻井参数，优化钻井设备应用流程

钻井参数包括钻井压力、钻具转速以及洗井净度钻进速度等。首先，针对钻压，技术人员需要根据钻井区域的地质条件进行选择，包括岩石层的厚度、应力强度等。在此基础上，需要考虑到实际的钻井效率因素如果钻井效率要求较高，则需要增加实际的钻井压力。但是，虽然此时的破岩效率提升了，但是钻头承受的压力也随之增加。此时，钻头的磨损程度可能进一步上升，从而导致钻头出现较为明显的应力损伤。为了解决这个问题，就需要从钻具设备应用流程的角度进行优化。实际上，在选择钻具设备的钻压预估值时可以先从较小的数值开始输入，之后，根据钻具在钻井中的实际运行状态，随时进行调整，这样即可提升此类压力参数的整体合理性；其次，针对转速，转速越高，钻头的发热量就越大，此时，相应的冲洗液应用量就会增加。在相同的钻井条件下，应该合理控制钻头外缘的最大线速度，此时的线速度需要控制在1.5~3.0m/s，这样，才能为主钻头的应力平衡，避免出现局部应力灼伤；再者，针对洗井净度，需要以彻底清除岩石碎屑为基础，并且在这个过程中，需要适应高速破岩的实际需求，也只有这样，才能有效降低功耗。同时，在选择钻进速度时，需要同时考虑钻井压力以及钻具的实际转速，换言之，钻进速度是一种综合性的调整参数，需要在合理选择其他参数的基础上，进行优化调整，这样才能适应钻井工程的实际工程施工质量要求。

3结束语

总之，钻井工程质量的影响因素相对固定，但是此类影响因素在实际工程中的具体表现有所差异，技术人员需要在明确钻井工作地质环境特点的基础上，从钻井液、钻具以及钻井参数等角度合理选择具体的钻井工程质量控制措施。此间，技术人员需要结合工程设备的实际应用状态，积累设备应用经验，并将此种应用经验与技术应用经验联系起来，综合调整钻井设备的运行参数，促使其可在稳定运行的同时，能够实现更为完整的运行过程，并且可为提升钻井工程的整体质量提供有效支持。

作者：鹿超 单位：大庆油田钻探工程公司国际事业部苏丹项目经理部