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1、提高 PDC 定向钻进时机械钻速一、 工序简介定向钻进（包括在定向过程中穿插的复合钻进）时开窗侧钻井施工中不可或缺的一个工序，是小井眼开窗侧钻井完成既定的侧钻目标的必要工序。其主要任务是根据钻井设计，通过一定的钻具组合，采用定向井的施工工艺来使井眼达到预定轨迹直至最终中靶。二、 选题理由井下测试公司侧钻 102 队是负责江汉油田老井开窗侧钻的队伍之一。由于是在老井的基础上进行侧钻，在钻进施工的过程中，就要求该侧钻井所在的油区与该井处于同层位的生产井停采，而该油区内的注水井得停注。所以在施工时，最直接的影响就是导致油田的日产量的减少，因此提高定向钻进的机械钻速就可以缩短钻进施工工期，见影响的时间
2、降低减少。另一方面，为了响应公司“增产增效”的号召，提高定向钻进的机械钻速，就可以缩短侧钻施工的工期，提高生产的效率。三、三、 活动目标活动目标2010 年侧钻井使用 PDC 定向钻进时机械钻速平均值为开窗修窗定向钻进复合钻进中靶测斜确定工具面正常钻进达到目标井斜，方位1.17m/s，平均钻时为 51.2min/m。应上级要求，再根据侧钻井定向钻进施工需要，我们将目标定为 1.40m/s，平均钻时为42min/m。图图 1 提高提高 PDC 定向钻进时机械钻速计划图定向钻进时机械钻速计划图表表 1 2010 年年 PDC 定向钻进基本情况反馈表定向钻进基本情况反馈表井号PDC 定向进尺 m单井
3、总进尺 m定向总钻时 min平均钻时min机械钻速 m/h备注钟新 8-23CZ65.58833.00334351.01.18挤堵马 7-14CZ105.34344.11448842.61.41王 76 斜-5CZ28.48620.5860521.22.830.75螺杆严 5-9CZ75.76250.39545272.00.83黄 16-8CZ124.43574.45510941.11.46高 42CZ106.53537.93445741.81.44沙 27 斜-7CZ68.47422.82457166.80.90周 30 斜-13CZ103.08787.63552353.61.12张斜 39
4、CZ121.39395.97654053.91.111.171.411.11.21.31.4活动前计划 机机械械钻钻速速mm/ /h h增加增加20%四、 原因分析小组成员在多次活动讨论中，使用头脑风暴法，获得了导致PDC 定向钻进机械钻速低的 17 个原因。根据其中的因果关系，绘制了因果分析图，从地质、设备、井眼状态、钻井参数、工艺技术及泥浆性能 6 个方面进行分析概括，找到了 12 个末端因素。表 2 导致 PDC 定向钻进机械钻速低的原因分析末端因素施工要求要因确定地质地层可钻性差侧钻井段含有砾岩、玄武岩等难钻地层地层主要是砂岩、泥岩、盐岩、膏岩等可钻性强的地层非要因设备老化钻头及螺杆等
5、失效钻头、螺杆都处于最佳工作状态非要因设备螺杆弯度大螺杆弯度大螺杆弯度适中，能够完成侧钻施工要求非要因钻井参数钻压不稳司钻操作水平低钻压不能稳定在一定范围（20-40KN）之内，能够稳住工具面并使螺杆处于最佳工作状态非要因工艺技术工具面摆放不科学工具面摆放不科学工具面位于增井斜扭方位的最佳位置，同时能够保证工具面易稳定非要因狗腿度过大连续定向钻进时间过长狗腿度小于 0.8非要因 井眼状态 井眼不规则缺少划眼、短起下井眼扩大率小于等于 30%要 因润滑性差摩擦系数高定向井摩擦系数小于 0.1要 因含沙量高设计要求含沙量小于等于 0.5非要因 流变性能差 动塑比低小井眼定向井要求高于 0.3 要
6、因泥浆性能密度高密度过高能够实现一级井控，同时还能变化非要因不能太大。 五、五、 确定要因确定要因确认一：司钻操作水平低司钻是控制刹把最至关重要的人员，司钻操作水平的高低直接关系到整个钻进的送钻水平。由于定向钻进过程涉及到工具面的稳定，要求钻压稳定性高，所以对司钻的要求更高。表表 3 侧钻侧钻 102 队司钻取证登记表队司钻取证登记表姓名姓名单位单位岗位岗位取得时间取得时间操作证号操作证号张大俊CZ102 队司钻2010.06.24JHDESC-SZ-20101034柳建坡CZ102 队司钻2010.06.24JHDESC-SZ-20101033任 铃CZ102 队司钻2010.06.24JH
7、DESC-SZ-20101036刘 蔺CZ102 队司钻2010.06.24JHDESC-SZ-20101210表表 4 2010 年各井定向钻进钻压泵压统计表年各井定向钻进钻压泵压统计表井号钻进类型钻压KN泵压L/min井号钻进类型 钻压 KN泵压L/min钟新 8-23CZPDC 定向30450高 42CZPDC 定向30450马 7-14CZPDC 定向30450沙 27 斜-7CZPDC 定向30450王 76 斜-5CZPDC 定向40450周 30 斜-13CZPDC 定向30450严 5-9CZPDC 定向30450张斜39CZPDC 定向30450黄 16-8CZPDC 定向3
8、0450经过对本队司钻取证（司钻操作证）情况进行统计（表 3）可以发现，司钻取证率为 100%；同时队 2010 年 9 口井定向钻进是钻压进行统计（表 4），得出钻压都在 30-40KN 之间，满足设计要求及施工需要。故鉴定为“非要因”。确认二：工具面摆放不科学摆放工具面是实现定向钻进最为关键一步。工具面是由专门从事定向工程服务的人员亲自摆放的。据调查，负责本队定向任务的是江汉油田定向中心，其工程师从业资格证件齐全，经验丰富，工具面摆放复合施工要求。在实际钻进过程中也没有发生因为工具面摆放而导致的工程问题。故鉴定为“非要因”。确认三：地层中含有砾岩、玄武岩等可钻性低的地层地层岩性是影响钻进机
9、械钻速的最重要的参数之一，像砾岩、玄武岩等这些可钻性低碾磨性强的地层，其不仅会导致机械钻速降低，还会加快钻头的磨损。根据江汉地区的地质特点，开窗侧钻井钻遇的下部地层地层大都是以砂泥岩、岩盐为主的软地层，除荆沙组、新沟嘴组及广华寺组因含有玄武岩、砾岩等研磨性强的地层，但其含量少，对钻速影响不大。故鉴定为“非要因”。确认四：螺杆钻头实效定向钻进是通过井下动力钻具（螺杆）来带动钻头转动来实现钻进的。所以螺杆质量的好坏、钻头是否失效直接关系到机械钻速的高低。经调查，本队每口井都会使用 3-4 根螺杆，每根时间都在90-100 小时左右，在规定时效（120）之内；PDC 钻头根据磨损情况及时更换。同时每
10、次下钻前，技术人员会专门对螺杆进行测试，确保能正常运行后才下钻使用。建立螺杆使用实效统计表，到一定时间（80h）后会加强对机械钻速、泵压、排量的监测，如有异常及时起钻更换新螺杆。故鉴定为“非要因”。确认五：螺杆钻具弯度从表 1 可以看出，使用 0.75螺杆钻具的王 76 斜-5CZ 钻速可达 2.83m/s，比 2010 年的平均钻速高 142%，可知螺杆钻具弯度对定向钻进机械钻速有很大的影响。但是螺杆钻具弯度的选择与钻井涉及有关，如果一口井定向任务较轻就可以使用 0.75螺杆钻具，但是如果定向任务重就要使用1.25甚至更高度数的螺杆钻具。所以螺杆钻具弯度的选择为非可控因数。故鉴定为“非要因”
11、。确认六：连续定向钻进时间过长定向钻进主要的目的就是增井斜扭方位，使井身轨迹沿着方向延伸。连续长时间定向钻进就会导致该井段的全角变化率过大。一方面会导致仪器以及套管的通过较难；同时还会增大钻柱与井壁的接触面积，导致摩阻的增大，造成送压困难。据统计，2010 年连续定向井段平均为 18m 左右，根据表 5，全角变化率也都小于 0.4，复合施工要求。表表 5 2010 年侧钻井最大全角变化率统计表年侧钻井最大全角变化率统计表井号钻进类型测深 m最大全角变化率井号钻进类型测深 m最大全角变化率钟新 8-23CZ复合2400.000.10高 42CZ定向1432.000.22马 7-14CZ定向147
12、9.830.31沙 27 斜-7CZ 复合1762.600.29王 76 斜-5CZ定向2794.730.24周 30 斜-13CZ复合2077.170.34严 5-9CZ复合2585.480.31张斜 39CZ定向1348.550.38黄 16-8CZ定向2496.940.28故鉴定为“非要因”。确认七：缺少划眼、短起下划眼和短起下是定向过程中的两个不可或缺的辅助工序，其主要其稳定井壁、保持井眼畅通、降低虚泥饼厚度、降低井壁摩阻等作用。由于其为辅助工序，其进行的次数一般没有用硬性规定，特别是划眼（短起下设计要求是 50m 一次）。而一般情况是为了缩短时间就尽量减少这两项工序的时间次数。根据调
13、查，2010 年每十米平均划眼时间只有 15 分钟左右，短起下次数也小于设计要求。鉴定为“要因”。确认八：钻井液密度过高泥浆密度过高会照成钻井液和地层流体之间的压差过大，不利于钻头的破岩作用（密度细微变化对钻速影响较小）；但另一方面密度低不利于实现一级井控。所以必须要求钻井液密度稳定在一定范围之内，设计要求为 1.201.30g/cm。 调查可知，实际施工中钻井液都在 1.241.30g/cm之间，而每口井的钻井液变化都0.02g/cm，对钻速影响较小。故鉴定为“非要因”。确认九：钻井液含沙量高钻井液含沙量高一方面会导致钻具的加速损坏，长时间静置还会照成沉沙卡钻，还容易照成岩屑在底部聚集导致重
14、复破碎从而降低机械钻速。根据施工设计，钻井液含沙量不能超过 0.5%。根据调查，2010 年 9 口井钻井液含沙量都在 0.5%之内，部分只有 0.1%，所以含沙量对钻速影响较小。故鉴定为“非要因”。确认十：钻井液动塑比低动塑比是钻井液流变性能中的一个非常重要参数，关系到钻井液的动切力和塑性粘度，与钻井液在钻柱及环空中的流型有重要的联系。合适的动塑比可以增大钻井液的携岩能力，同时能够提高钻井液在钻头水眼处的剪切速率，有利于水力破岩作用。动塑比一般要求要大于 0.2，但对于定向井要达到 0.3 甚至是 0.48 以上。根据调查，2010 年每口井的动塑比都在 0.2 左右，明显偏低，不利于水力破
15、岩作用。鉴定为“要因”。确认十一：钻井液润滑性能差对于定向钻进，由于钻进过程中钻具只在井壁上滑动，这就要求钻井液及泥饼有足够的润滑性能，否则就会照成托压造成钻速降低，同时还会照成造成钻头泥包及钻具磨损。所以良好的润滑性能是保证定向钻进高钻速的基本保证。根据设计以及相关的技术规范，在定向钻进过程中，钻井液的摩擦系数要0.1。而根据调查可知，以前钻井液的摩擦系数大多在 0.14 左右，与要求相去甚远，故可知为主要原因。鉴定为“要因”。六、制定对策根据造成 PDC 定向时机械钻速低的原因，经过小组成员的讨论，制定了相应的改进措施，同时编制了对策表（表 6）。表表 6 提高提高 PDC 定向钻进机械钻
16、速对策表定向钻进机械钻速对策表要因对策目标措施负责人时间钻井液润滑性差提高润滑性摩擦系数0.1在钻井液中混油；加改性沥青2011.3.15钻井液动塑比低提高动塑比动塑比0.3加 XC 生物聚合物林浩郭知龙梁正 2011.3.15缺少划眼、短起下加强划眼，定期短起下划眼 20min/m,短起 40-50m/次加强技术交底赵东旭彭峰2011.3.16七、 对策实施对策一：提高钻井液润滑性能：1、在设计允许的情况下，在钻井液中混入一定量的原油，将钻井液体系变为聚合物（饱和）盐水乳化钻井液，大大降低钻井液摩擦系数（平均 0.1 左右）。2、添加改性沥青，提高泥饼稳定性和润滑性，减小虚泥饼的厚度。3、及时清除钻井液体系中无用固相。表 7 活动后各口井增大钻井液润滑性能化工料明细表井 号严斜 5-4CZ黄 18-7CZ周斜 23CZ陵 72 斜-16CZ混油量 T657.34（不允许混油）改性沥青量 T0.61.60.351.075对策二：提高钻井液动塑比1、选用 XC 生物聚合物作为处理剂，并保持其足够的浓度，大大提高动切
