發(fā)布時間：2021-08-20所屬分類：免費文獻瀏覽：1次
摘 要： 中國科技論文
《鉆井水力參數(shù)對鉆頭優(yōu)選的影響》論文發(fā)表期刊：《中國科技論文》；發(fā)表周期：2021年05期
《鉆井水力參數(shù)對鉆頭優(yōu)選的影響》論文作者信息：第一作者：謝靜（1994-），女，碩土研究生，主要研究方向為油氣井工程。通信作者：吳惠梅，講師，主要研究方向為巖石力學在井壁穩(wěn)定中的應用。
摘要：準噶爾盆地瑪湖區(qū)塊三疊系百口泉組地層鉆頭選型困難，嚴重制約著瑪湖區(qū)塊致密油的開發(fā)進度。針對常規(guī)因子分析法優(yōu)選鉆頭過度注重機械破巖參數(shù)而忽略水力參數(shù)影響的問題，提出水力參數(shù)排量與泵壓同時作為主要因子參與優(yōu)選鉆頭，并在瑪18井區(qū)驗證了純理論最優(yōu)排量模型，給出了瑪湖區(qū)塊百口泉組最佳水力參數(shù)范圍，即排量為15~18 L/s，泵壓為18~28 MPa，現(xiàn)場實例證明：在瑪131井區(qū)百口泉組地層中，當MS1613和MD513鉆頭排量與泵壓在最佳水力參數(shù)范圍內(nèi)時，其平均機械鉆速分別為5.45m/h和5.96 m/h，比在最佳水力參數(shù)范圍外分別高出0.74 m/h和3.55 m/h，平均機械鉆速分別提高了16%和60%，這表明該組最佳水力參數(shù)范圍也適合于瑪131井區(qū)百口泉組，對瑪湖區(qū)塊百口泉組地層現(xiàn)場優(yōu)選鉆頭具有一定的指導意義。
關(guān)鍵詞：因子分析;水力參數(shù);鉆頭優(yōu)選;機械鉆速;準噶爾盆地
Abstract: Difficulties in bit selection in the Triassic Baikouquan formation of the Mahu block in Junggar basin have seriously restricted the development of tight oil in the Mahu block. According to the conventional factor analysis method, the optimized dril bit only focuses on mechanical rock breaking parameters, while ignoring the effect of hydraulic parameters. It is proposed that displacement and pump pressure are also the main factors to participate in the optimized drill bit. Practice in the Mal8 well area has verified the theoretical optimal displacement model. The optimal range of hydraulic parameters of Baikouquan formation in Mahu block is given, with displacement of 15-18 L/s and pump pressure of 18-28 MPa. Field examples show that when the displacement and pump pressure of MS1613 and MD1513 bit are within the optimal hydraulic parameters range in the Baikouquan for mation in the Mal31 well area, the average mechanical drilling rate is 5. 45 m/h and 5. 96 m/h respectively, which are 0. 74 m/h and 3. 55 m/h higher than those outside the optimal hydraulic parameters range, and the average mechanical drilling rate is increased by 16% and 60% respectively. The results show that the optimal hydraulic parameters range of this formation is also suitable for Baikouquan formation in the Mal31 well area, which has certain guiding significance for optimizing the drilling bit in the formation site of Baikouquan formation in the Mahu block
Keywords: factor analysis; hydraulic parameters; bit optimization; penetration rate; Junggar basin
近年來，國內(nèi)外對優(yōu)選鉆頭的關(guān)注度逐漸加大，投入的研究力度也隨之增大。隨著鉆頭品種的增多，地層優(yōu)選鉆頭類型日益受到重視，鉆頭的合理選型對提高鉆進速度、降低鉆井綜合成本起著重要作用[-3]。文獻[4-5]指出：迄今為止，國內(nèi)外學者就優(yōu)選鉆頭得出了一系列的選型方法，例如基于神經(jīng)網(wǎng)絡優(yōu)選鉆頭、主成分分析法等。但由于影響因素的復雜性，鉆頭選型模型的適用性受到嚴重制約。文獻[6-8]指出，由于常規(guī)因子分析法優(yōu)選鉆頭時過度注重機械破巖參數(shù)而忽略水力參數(shù)，導致現(xiàn)場使用的鉆頭與所在地層的匹配程度較差，鉆進速度緩慢。
文獻[9-14]指出，水力參數(shù)中排量與泵壓的變化對鉆頭鉆進影響重大，在優(yōu)選鉆頭時，排量與泵壓的影響不應忽視。本文運用因子分析法優(yōu)選鉆頭，因子分析的可旋轉(zhuǎn)性使得因子分析的解并不唯一，有利于解釋變量的含義，并且在考慮變量間的內(nèi)部關(guān)系時，也更加貼近實際情況[15]
因此，水力參數(shù)的選擇是鉆井的核心問題之一，尤其是水力參數(shù)排量與泵壓的改變直接影響到優(yōu)選鉆頭的最終結(jié)果、鉆井的工期乃至工程的成敗。本文針對瑪湖區(qū)塊鉆井特點，提出水力參數(shù)排量與泵壓作為主要因子參與優(yōu)選鉆頭，最終給出瑪湖區(qū)塊百口泉組地層最佳水力參數(shù)排量與泵壓范圍，并現(xiàn)場驗證其可靠性。
1優(yōu)選鉆頭
1.1區(qū)塊概況
新疆油田公司近年來對于準噶爾盆地瑪湖油田進行了重點技術(shù)攻關(guān)，但是在開發(fā)過程中還存在著許多技術(shù)瓶頸，尤其是瑪湖區(qū)塊三疊系百口泉組地層機械鉆速低下，嚴重制約了瑪湖區(qū)塊致密油的開發(fā)進度。位于百口泉組的致密砂礫巖儲層物性差，機械鉆速極低，可鉆性變差，一般聚晶金剛石復合片(polycrystalline diamond compact，PDC)鉆頭無法成功穿過底礫巖就會致使鉆頭報廢，因此百口泉組地層將是重點攻關(guān)提速層位[-1，基于此，研究瑪湖區(qū)塊瑪18井區(qū)鉆頭的優(yōu)選將有助于瑪湖區(qū)塊致密油氣井鉆井的提速增效。
1.2 優(yōu)選分析
首先統(tǒng)計出瑪湖區(qū)塊瑪18井區(qū)百口泉組的現(xiàn)場鉆頭資料，按照型號和尺寸大小進行歸類整理，建立鉆頭數(shù)據(jù)庫。鉆頭優(yōu)選分析的主要參數(shù)分別為鉆頭尺寸、進尺、機械鉆速、鉆壓、鉆速、排量和泵壓。
該研究重點內(nèi)容是對比增添水力參數(shù)排量和泵壓后對鉆頭優(yōu)選結(jié)果的影響程度。優(yōu)選鉆頭的整體流程如圖1所示。
根據(jù)圖1所示的鉆頭優(yōu)選流程，計算得到2種優(yōu)選結(jié)果，分別見表1和表2。對比這2種優(yōu)選結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在瑪18井區(qū)百口泉組地層中，水力參數(shù)排量和泵壓的引入導致了最終優(yōu)選的鉆頭出現(xiàn)差異，由表2結(jié)果可知改進優(yōu)選的鉆頭機械鉆速均高于常規(guī)優(yōu)選的鉆頭;表1和表2中的綜合得分大小代表該只鉆頭的現(xiàn)場使用效果，改進優(yōu)選的鉆頭綜合得分均高于常規(guī)優(yōu)選的鉆頭。因此可見改進優(yōu)選的鉆頭更加適合百口泉組，與該地層的匹配程度更高。
為了研究增添水力參數(shù)排量和泵壓后對優(yōu)選鉆頭結(jié)果的影響程度，將常規(guī)和改進優(yōu)選鉆頭的機械鉆速及綜合得分進行對比，機械鉆速對比結(jié)果如圖2所示，綜合得分對比結(jié)果如圖3所示。
由圖2看出，在百口泉組中，改進優(yōu)選的鉆頭型號出現(xiàn)SF44H3和SD1513這2種不同于常規(guī)優(yōu)選的鉆頭。但是這2種型號的鉆頭相比常規(guī)優(yōu)選鉆頭SF54H3和SF44的機械鉆速分別高出0.73m/h和0.86 m/h.
圖3綜合得分情況表明：水力參數(shù)排量和泵壓的引入對優(yōu)選結(jié)果造成影響;當考慮排量和泵壓參與優(yōu)選時，所選鉆頭得分比常規(guī)優(yōu)選鉆頭得分高，說明改進優(yōu)選的鉆頭在百口泉組使用效果更佳。
2水力參數(shù)影響分析
選擇合理的水力參數(shù)是提高機械鉆速的一個重要前提，分析水力參數(shù)對優(yōu)選鉆頭的影響可為現(xiàn)場鉆井提供數(shù)據(jù)支撐。其中，水力參數(shù)排量與泵壓是影響機械鉆速的主要因素。噴射鉆井常規(guī)的水力參數(shù)優(yōu)選方法[s]是首先確定計算井深與優(yōu)選標準，然后對排量進行優(yōu)選，最后依據(jù)排量和壓耗關(guān)系得到對應的最優(yōu)噴嘴截面積。鉆進成本作為衡量鉆進效果好壞的目標函數(shù)，該模式的基本點在于鉆進中各種技術(shù)措施的組合，只要能取得最低的鉆進成本，則這種措施便是最合理的鉆進措施[)。
2.1 最優(yōu)排量模型
胡明君等[2]利用多元鉆速模式，結(jié)合泥漿泵的工作狀態(tài)，以鉆速為目標函數(shù)，建立了噴射鉆井的最大鉆速工作方程。其中，關(guān)于水力參數(shù)影響的最大鉆速方程為
排量變化影響著泥漿泵的工作狀態(tài)，在不同泥 漿泵的工作狀態(tài)下，泵功率和泵壓隨排量變化的規(guī) 律不同，當泥漿泵處于額定泵壓狀態(tài)時，Ps=Pr，鉆 頭水功率可以表達為
根據(jù)式(4)可計算具體井深處的對應排量大小，此時該排量即為該井深處獲取最大鉆速的最優(yōu)排量。根據(jù)最優(yōu)排量表達式(式(4))可知，用最大鉆速工作方式優(yōu)選水力參數(shù)排量可以提高鉆速，這說明可通過調(diào)整水力參數(shù)達到最佳工作狀態(tài)。由于最優(yōu)排量表達式(式(4))僅為理論推導所得，缺乏實踐檢驗，因此，將該模型應用在瑪湖區(qū)塊進行實踐檢驗。
2.2排量和泵壓分析
為了檢驗最優(yōu)排量模型的可靠性，采用瑪18井區(qū)的鉆井參數(shù)進行分析。收集整理現(xiàn)場鉆頭所使用的鉆井水力參數(shù)排量與泵壓，再根據(jù)理論模型與瑪18井區(qū)現(xiàn)場數(shù)據(jù)相結(jié)合，可反映出機械鉆速、排量及泵壓三者的關(guān)系。首先，通過因子分析將優(yōu)選得到的鉆頭按照機械鉆速大小進行排列;其次，選取大于平均機械鉆速的鉆頭并研究其排量與泵壓的變化范圍;最后，得出瑪18井區(qū)最佳排量為15~18 L/s，最佳泵壓為18~28 MPa，具體變化如圖4和圖5所示。
3實例應用
為了驗證給出的最佳水力參數(shù)范圍是否對瑪湖其他區(qū)塊同樣有效，統(tǒng)計了瑪湖區(qū)塊瑪131井區(qū)在百口泉組地層現(xiàn)場使用的鉆頭。首先，收集整理瑪131井區(qū)百口泉組地層所使用的鉆頭，主要對該層位鉆頭的水力參數(shù)排量與泵壓進行分析;其次，將該批鉆頭分成2個部分進行研究，一部分在給出的最佳水力參數(shù)范圍內(nèi)，另一部分則不在給定的水力參數(shù)范圍內(nèi);最后，整理出每種類型鉆頭的機械鉆速情況，并對比水力參數(shù)范圍內(nèi)外鉆頭的整體平均機械鉆速大小。
瑪131井區(qū)百口泉組鉆頭統(tǒng)計結(jié)果見表3，可見型號為MS1613，MDI513的鉆頭與瑪18井區(qū)優(yōu)選出的鉆頭相同。
再對比瑪131井區(qū)百口泉組最佳水力參數(shù)范圍內(nèi)外鉆頭的平均機械鉆速，如圖6所示，可見當MS1613鉆頭、MD1513鉆頭的排量與泵壓在最佳水力參數(shù)范圍內(nèi)時，其平均機械鉆速分別為5455.96 m/h，比不在最佳水力參數(shù)范圍內(nèi)時分別高出0.74.3.55 m/h，平均機械鉆速分別提高了16%、60%，這表明了最佳水力參數(shù)排量為15~18 L/s、最佳泵壓為18~28 MPa也適用于瑪131井區(qū)，說明該組最佳水力參數(shù)對瑪湖區(qū)塊百口泉組地層現(xiàn)場優(yōu)選鉆頭具有一定參考意義。
4結(jié) 論
1)通過現(xiàn)場檢驗純理論推導的最優(yōu)排量模型證 實了該模型的可靠性，通過調(diào)整水力參數(shù)達到最佳工作狀態(tài)，使其機械鉆速最大化。
2)水力參數(shù)排量和泵壓作為主要影響因子對優(yōu)選鉆頭至關(guān)重要，給出的最佳水力參數(shù)范圍排量為15-18 L/s，壓為18~28 MPa，適用于瑪湖區(qū)塊百口泉組地層，對現(xiàn)場優(yōu)選鉆頭有一定的指導意義。
3)在瑪18井區(qū)百口泉組地層，最佳水力參數(shù)范圍內(nèi)的最低平均機械鉆速比最佳水力參數(shù)范圍外高出2.11 m/h，這表明水力參數(shù)對機械鉆速的影響較大，在進行鉆頭優(yōu)選時，排量與泵壓不應忽視。
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