张宪

摘 要：本文结合陕北石油钻井实际情况，深刻讨论了最优化钻井的基本理论，从钻井的井身结构、水力参数、泥浆性能、钻压、以及钻头类型等方面分析了陕北石油钻井施工中最优化钻井的设计程序，提出了今后陕北石油钻井中发展的方向。

关键词：陕北地区；最优化钻井；钻井参数

一、最优化钻井设计程序

首先在充分掌握陕北地区所有地质钻井资料的基础上，按照平衡钻井技术要求，确定该井的地质分层深度、井段的泥浆密度、测定和绘制破裂压力以及地层孔隙压力的梯度曲线，优选井身结构参数并设计各层套管柱的强度。其次，分析参考井的水力参数，设计井的泥浆泵效率和井身结构，优选水力参数。再次，根据以前钻井中收集整理的资料，通过成本分析，选定钻井成本最低的邻近井作为设计的主要参考井，参照参考井的相应措施和钻井承包商的投标资料，具体分析最大泵压排量对钻井成本的影响和各类钻头的起下钻时间，优选钻机类型。次之，综合分析设计井的水力参数和泥浆性能对钻井工作的影响，调整最优泥浆性能和水力参数。最后，根据参考井的钻头使用情况，优选钻头类型和相应的钻压。

二、优选井身结构

根据抽汲压力允差和地层孔隙压力梯度，确定各井段的最小泥浆密度；根据压力激动允差、井眼稳定等工程附加量和井内最大泥浆密度，确定施工泥浆密度，并绘制井内压力梯度曲线，其中技术套管应下的适易深度为地层破裂压力梯度与井内压力梯度曲线的交点。从陕北地区钻孔的深度分析，一般钻孔深度在2000m以内，为低渗透油层，因此，从油井的钻井费用、出油率、安全性等方面综合考虑，优选全套管井的典型井身结构。

三、优选泥浆性能

泥浆性能是影响钻井速度、确保钻井作业安全的重要因素。从理论上分析，泥浆的性能与钻速之间有着密不可分的影响，其中泥浆密度对钻速的影响最大，密度越高则钻速越慢。在实际作业中，泥浆粘度主要通过携带岩屑、清洗井底和改变循环压等作用间接影响钻速，但在增加泥浆粘度的同时也提高了泥浆携带岩屑的能力。在泥浆性能选择中，务必选用剪切稀释特性较强，且粘度随着剪切速率的增加而相应下降的泥浆。在钻头水眼喷向井底时，这种泥浆的粘度很低，有利于提高钻速，清洗井底，一旦进入环形空间以后，泥浆的粘度随着剪切速率的下降而大幅度升高，泥浆携岩能力随之提高。

因为钻井泥浆是具有符合幂律模式的假塑性液体，所以在优选泥浆的流变性能时务必根据稠度系数和流性指数。增加稠度系数则可提高泥浆的携岩能力，减小流性指数可提高泥浆的剪切稀释性能，为了得到最优的泥浆，务必选用具有最优稠度系数和流性指数的泥浆。

四、优选水力参数

水力参数的选择对于钻进速度的影响较大，涉及泥浆流变学和环空水力学等知识。其中探讨岩屑的滑落和携带以及岩屑浓度对钻井的影响，对提高机泵的工作参数以及机泵进行喷射钻进具有重要的意义。实践证明，当最大环隙的上返流速在0.5-1m/s之间时，冲洗液的流态为紊流，并且携带岩粉的效果最佳。所以，在实际作业中，务必要求冲洗液的上返速度大于0.5m/s。其中，最优的上返流速为0.75m/s，泵量为1200L/min。

五、优选钻头类型

在具体作业中，邻近井的钻头资料越多，各项记录就越精确可靠，从而优选钻头的准确性也越高。钻进速度（机械钻速或行程钻速）、钻头进尺以及钻头单位进尺成本是分析钻头工作效益的主要对比指标。由于成本指标全面反映钻头工作的经济效益，所以在钻头类型选择中一般采用成本指标作为钻头工作效益评价标准。其公式为C=〔B+R（T+t）〕/F（元/m）。其中C为钻头单位进尺成本；B为钻头成本；T为钻头工作时间；t为起下钻时间；R为钻机作业费；F为钻头进尺。

由于地层不同，作业中所优选的钻头类型也不相同，并且在钻头类型选择时，务必考虑钻头的齿型，在陕北石油钻井中，钻头主要采用镶齿钻头，并且在硬地层选择球形齿，在中硬地层选择楔形齿，在软地层选择瓢形齿和楔形齿。

六、优选钻压

在井底清洗良好的条件下，机械钻速与与转速的幕成正比，与钻压成正比。

在石油钻井工程中，钻压主要来自于钻挺加压，钻具组合中的点务必落在最上面的钻挺上，使钻杆处于受拉状态，实践证明当钻挺的总质量为最大钻压的1.2-1.3倍之间时，才能达到钻头以体积方式破岩。

结论：最优化钻井技术是实现科学钻井的重要手段，但由于各地区的地质条件千差万别，所以务必根据本地区油田的基本情况全面收集资料，进行准确的理论计算，这样才能适应本地区的钻井情况，同时大力加强技术培训，不断提高钻井技术人员和工人的技术素质，为陕北地区普遍推广最优化钻井技术创造必要的条件。

参考文献：

[1] 姚爱国，龚元明，鄢泰宁.借助于钻探现场数据库进行最优化钻进[J].煤田地质与勘探， 2011（29） .

[2] 段晓青.韩城区块煤层气钻井堵漏技术措施的探讨[J].中国煤炭地质， 2009（10）.