发布时间：2021-08-20所属分类：免费文献浏览：1次
摘 要： 中国科技论文
《钻井水力参数对钻头优选的影响》论文发表期刊：《中国科技论文》；发表周期：2021年05期
《钻井水力参数对钻头优选的影响》论文作者信息：第一作者：谢静（1994-），女，硕土研究生，主要研究方向为油气井工程。通信作者：吴惠梅，讲师，主要研究方向为岩石力学在井壁稳定中的应用。
摘要：准噶尔盆地玛湖区块三叠系百口泉组地层钻头选型困难，严重制约着玛湖区块致密油的开发进度。针对常规因子分析法优选钻头过度注重机械破岩参数而忽略水力参数影响的问题，提出水力参数排量与泵压同时作为主要因子参与优选钻头，并在玛18井区验证了纯理论最优排量模型，给出了玛湖区块百口泉组最佳水力参数范围，即排量为15~18 L/s，泵压为18~28 MPa，现场实例证明：在玛131井区百口泉组地层中，当MS1613和MD513钻头排量与泵压在最佳水力参数范围内时，其平均机械钻速分别为5.45m/h和5.96 m/h，比在最佳水力参数范围外分别高出0.74 m/h和3.55 m/h，平均机械钻速分别提高了16%和60%，这表明该组最佳水力参数范围也适合于玛131井区百口泉组，对玛湖区块百口泉组地层现场优选钻头具有一定的指导意义。
关键词：因子分析;水力参数;钻头优选;机械钻速;准噶尔盆地
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
近年来，国内外对优选钻头的关注度逐渐加大，投入的研究力度也随之增大。随着钻头品种的增多，地层优选钻头类型日益受到重视，钻头的合理选型对提高钻进速度、降低钻井综合成本起着重要作用[-3]。文献[4-5]指出：迄今为止，国内外学者就优选钻头得出了一系列的选型方法，例如基于神经网络优选钻头、主成分分析法等。但由于影响因素的复杂性，钻头选型模型的适用性受到严重制约。文献[6-8]指出，由于常规因子分析法优选钻头时过度注重机械破岩参数而忽略水力参数，导致现场使用的钻头与所在地层的匹配程度较差，钻进速度缓慢。
文献[9-14]指出，水力参数中排量与泵压的变化对钻头钻进影响重大，在优选钻头时，排量与泵压的影响不应忽视。本文运用因子分析法优选钻头，因子分析的可旋转性使得因子分析的解并不唯一，有利于解释变量的含义，并且在考虑变量间的内部关系时，也更加贴近实际情况[15]
因此，水力参数的选择是钻井的核心问题之一，尤其是水力参数排量与泵压的改变直接影响到优选钻头的最终结果、钻井的工期乃至工程的成败。本文针对玛湖区块钻井特点，提出水力参数排量与泵压作为主要因子参与优选钻头，最终给出玛湖区块百口泉组地层最佳水力参数排量与泵压范围，并现场验证其可靠性。
1优选钻头
1.1区块概况
新疆油田公司近年来对于准噶尔盆地玛湖油田进行了重点技术攻关，但是在开发过程中还存在着许多技术瓶颈，尤其是玛湖区块三叠系百口泉组地层机械钻速低下，严重制约了玛湖区块致密油的开发进度。位于百口泉组的致密砂砾岩储层物性差，机械钻速极低，可钻性变差，一般聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact，PDC)钻头无法成功穿过底砾岩就会致使钻头报废，因此百口泉组地层将是重点攻关提速层位[-1，基于此，研究玛湖区块玛18井区钻头的优选将有助于玛湖区块致密油气井钻井的提速增效。
1.2 优选分析
首先统计出玛湖区块玛18井区百口泉组的现场钻头资料，按照型号和尺寸大小进行归类整理，建立钻头数据库。钻头优选分析的主要参数分别为钻头尺寸、进尺、机械钻速、钻压、钻速、排量和泵压。
该研究重点内容是对比增添水力参数排量和泵压后对钻头优选结果的影响程度。优选钻头的整体流程如图1所示。
根据图1所示的钻头优选流程，计算得到2种优选结果，分别见表1和表2。对比这2种优选结果发现：在玛18井区百口泉组地层中，水力参数排量和泵压的引入导致了最终优选的钻头出现差异，由表2结果可知改进优选的钻头机械钻速均高于常规优选的钻头;表1和表2中的综合得分大小代表该只钻头的现场使用效果，改进优选的钻头综合得分均高于常规优选的钻头。因此可见改进优选的钻头更加适合百口泉组，与该地层的匹配程度更高。
为了研究增添水力参数排量和泵压后对优选钻头结果的影响程度，将常规和改进优选钻头的机械钻速及综合得分进行对比，机械钻速对比结果如图2所示，综合得分对比结果如图3所示。
由图2看出，在百口泉组中，改进优选的钻头型号出现SF44H3和SD1513这2种不同于常规优选的钻头。但是这2种型号的钻头相比常规优选钻头SF54H3和SF44的机械钻速分别高出0.73m/h和0.86 m/h.
图3综合得分情况表明：水力参数排量和泵压的引入对优选结果造成影响;当考虑排量和泵压参与优选时，所选钻头得分比常规优选钻头得分高，说明改进优选的钻头在百口泉组使用效果更佳。
2水力参数影响分析
选择合理的水力参数是提高机械钻速的一个重要前提，分析水力参数对优选钻头的影响可为现场钻井提供数据支撑。其中，水力参数排量与泵压是影响机械钻速的主要因素。喷射钻井常规的水力参数优选方法[s]是首先确定计算井深与优选标准，然后对排量进行优选，最后依据排量和压耗关系得到对应的最优喷嘴截面积。钻进成本作为衡量钻进效果好坏的目标函数，该模式的基本点在于钻进中各种技术措施的组合，只要能取得最低的钻进成本，则这种措施便是最合理的钻进措施[)。
2.1 最优排量模型
胡明君等[2]利用多元钻速模式，结合泥浆泵的工作状态，以钻速为目标函数，建立了喷射钻井的最大钻速工作方程。其中，关于水力参数影响的最大钻速方程为
排量变化影响着泥浆泵的工作状态，在不同泥 浆泵的工作状态下，泵功率和泵压随排量变化的规 律不同，当泥浆泵处于额定泵压状态时，Ps=Pr，钻 头水功率可以表达为
根据式(4)可计算具体井深处的对应排量大小，此时该排量即为该井深处获取最大钻速的最优排量。根据最优排量表达式(式(4))可知，用最大钻速工作方式优选水力参数排量可以提高钻速，这说明可通过调整水力参数达到最佳工作状态。由于最优排量表达式(式(4))仅为理论推导所得，缺乏实践检验，因此，将该模型应用在玛湖区块进行实践检验。
2.2排量和泵压分析
为了检验最优排量模型的可靠性，采用玛18井区的钻井参数进行分析。收集整理现场钻头所使用的钻井水力参数排量与泵压，再根据理论模型与玛18井区现场数据相结合，可反映出机械钻速、排量及泵压三者的关系。首先，通过因子分析将优选得到的钻头按照机械钻速大小进行排列;其次，选取大于平均机械钻速的钻头并研究其排量与泵压的变化范围;最后，得出玛18井区最佳排量为15~18 L/s，最佳泵压为18~28 MPa，具体变化如图4和图5所示。
3实例应用
为了验证给出的最佳水力参数范围是否对玛湖其他区块同样有效，统计了玛湖区块玛131井区在百口泉组地层现场使用的钻头。首先，收集整理玛131井区百口泉组地层所使用的钻头，主要对该层位钻头的水力参数排量与泵压进行分析;其次，将该批钻头分成2个部分进行研究，一部分在给出的最佳水力参数范围内，另一部分则不在给定的水力参数范围内;最后，整理出每种类型钻头的机械钻速情况，并对比水力参数范围内外钻头的整体平均机械钻速大小。
玛131井区百口泉组钻头统计结果见表3，可见型号为MS1613，MDI513的钻头与玛18井区优选出的钻头相同。
再对比玛131井区百口泉组最佳水力参数范围内外钻头的平均机械钻速，如图6所示，可见当MS1613钻头、MD1513钻头的排量与泵压在最佳水力参数范围内时，其平均机械钻速分别为5455.96 m/h，比不在最佳水力参数范围内时分别高出0.74.3.55 m/h，平均机械钻速分别提高了16%、60%，这表明了最佳水力参数排量为15~18 L/s、最佳泵压为18~28 MPa也适用于玛131井区，说明该组最佳水力参数对玛湖区块百口泉组地层现场优选钻头具有一定参考意义。
4结 论
1)通过现场检验纯理论推导的最优排量模型证 实了该模型的可靠性，通过调整水力参数达到最佳工作状态，使其机械钻速最大化。
2)水力参数排量和泵压作为主要影响因子对优选钻头至关重要，给出的最佳水力参数范围排量为15-18 L/s，压为18~28 MPa，适用于玛湖区块百口泉组地层，对现场优选钻头有一定的指导意义。
3)在玛18井区百口泉组地层，最佳水力参数范围内的最低平均机械钻速比最佳水力参数范围外高出2.11 m/h，这表明水力参数对机械钻速的影响较大，在进行钻头优选时，排量与泵压不应忽视。
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