石油钻井钻进参数优选

69肯基亚克盐下油田石炭系碳酸盐岩储层是主力开发层，下二叠统属于海陆过度沉积，主要为含石英砂钙质胶结塑性泥板岩，岩性致密，研磨性强，加之高密度钻井液的压持效应，导致在常规钻井方式下的机械钻速过低，因此开展基于机械比能和地层岩石力学特性比值的钻进效率评价和参数优选方法，有利于提高机械钻速并减少井下阻卡，达到高效、经济钻井的目标。

1 区域钻井地质概况肯基亚克盐下油田目前钻井普遍存在周期长，平均机械钻速慢，是制约盐下油田高效开发的主要瓶颈，针对水平井井型，下二叠统地层岩性以硬石膏、粉砂岩和砾岩组成，硬脆性地层，可钻性级值4~8，采用常规钻井方式的机械钻速0.4~0.8m/h，因井下低效事件频发，钻具振动，钻井参数缺乏科学有效选择。

2 地层岩石强度特性2.1 地层岩石力学地层岩石力学特性建模通过利用弹性力学原理和测井资料预测岩石的可钻性、硬度、抗剪强度和塑性系数等指标，以量化岩石破碎难易程度。

岩石的物理力学性质限制了这些量的变化。

根据钻进分析、测试分析、钻进工具类型、钻进参数等变化，利用这些预测指标建立的钻井岩石力学特性模型可以优选出合适的分层钻头类型[1]。

此外，该模型还可用于钻井参数优选、钻头使用效果评价，实现科学高效的钻进，对现场作业具有实用性和指导意义。

2.2 地层岩石力学建模根据已钻井部分井段测井资料得出地层岩石力学特性参数（见表1）建模，为钻头合理选型提供依据。

表1 地层岩石力学参数地层抗压强度/MPa抗剪强度/MPa硬度/MPa 岩石可钻性级值P 1tg 80~12040~901200~20006~8P 1a 40~12020~80600~20004~8P 1s 40~8020~40600~13003~6P 1as 40~5020~50600~15004~6C120~20040~1601000~24004~9盐下下二叠统是海陆过度沉积，其中主要岩性为致密泥板岩、硬石膏和砂岩。

在二叠纪的孔谷阶P 1tg地层，岩石的研磨性很强，抗压强度在80~120MPa之间，抗剪强度小于90MPa，硬度在基于机械比能在肯基亚克油田钻井参数的优选颜斌 李贤思 马炳奇 张茂林 陈涛 中国石油西部钻探工程有限公司 工程技术研究院 新疆 克拉玛依 834000摘要：肯基亚克盐下油田位于西哈萨克斯坦滨里海盆地东缘肯基亚克构造带上，下二叠统、石炭系油藏为裂缝-孔隙型双重介质储层，裂缝发育分布不均。

67新疆玛湖油田作为世界上面积最大的砾岩油区，油层分布受岩性、物性、构造等多重因素影响，油层展布预测难度大，钻井条件复杂[1]。

经过近几年的持续探索与实践，玛湖油田钻井指标较以往有了很大的提升。

在中石油低成本开发的战略背景下，需要进一步挖掘提速潜力，寻求一种不增加新的钻井工艺投入的前提下实现提速目的的方法。

机械比能理论（MSE，Mechical Specific Energy）是一种可用于随钻评价钻井效率和识别井底工况的有效方法，为此，在玛湖油田艾湖2井区引入此评价方法，通过监测MSE实时曲线，优化钻井参数，在不改变现有钻井工艺，不增加成本的前提下，实现提高机械钻速，缩短钻井周期的目的。

1 MSE理论介绍及优化流程MSE理论由R.Teale于1964年提出，他认为，当所有的输入机械比能都用于破碎岩石时，此时钻井效率最大，可认为最小机械比能等于岩石侧限抗压强度。

但由于实际钻井过程中，机械能在传递过程中必然经过大量的损耗，实际机械比能大于岩石侧限抗压强度。

Teale机械比能模型为[2]：W 120nT MSE=b b A A v +π （1）式中：MSE—机械比能值，kpsi；W —钻压，kN；n —顶驱转速，r/min；T —扭矩，kN·m；A b —钻头面积，in 2；v —机械钻速，m/h。

在实际应用中，比能值越低说明钻头破岩效率越高，钻进参数越合理，钻井效率越高。

通过调整钻压及转速参数，找出设备允许情况下MSE值最低的钻井参数，此时机械钻速较优化前快，钻头在井底破岩效率亦较优化前高。

优化流程如图1所示。

先进行转速分步测试排除钻具组合共振频率转速，再进行钻压分步测试，找出综合MSE值最低的钻井参数，即为优化后需执行的工程参数。

图1 分步测试优化流程基于MSE的钻井参数优化方法在艾湖2井区的应用郭志奇 韩丹 辛勇中国石油集团西部钻探工程有限公司工程技术研究院 新疆 克拉玛依 834000摘要：玛湖油田作为世界上面积最大的砾岩油区，油层分布受岩性、物性、构造等多重因素影响，油层展布预测难度大，钻井条件复杂。

一、填空题（每空0.5分，共20分）1.石油钻井遇的主要是沉积岩，可分为碎屑沉积岩（硅质强度最大）和结晶(化学)沉积岩两大类。

2.表征宾汉型钻井液流变特性的参数是塑性粘度（ηp）和动切力（τ0）。

3.水平地应力主要是由上覆岩层压力和地质构造力引起的。

4.牙轮钻头为了产生滑动剪切作用而在结构上采取了超顶（切向）、移轴（轴向）、复锥（为了使牙轮在滚动时产生滑动）三种形式。

5.金刚石钻头按切削齿材料分为天然金刚石钻头和人造金刚石钻头两大类。

6.除了岩石特性和钻头类型对钻速有重要影响外，钻压、转速、水力因素、钻井液性能和牙齿磨损等也是影响钻速的主要因素。

7.高压喷射钻井的三种工作方式是最大水功率、最大冲击力和最大喷射速度工作方式。

8.牙轮钻头的寿命主要取决于牙轮轴承寿命和牙轮牙齿寿命。

9.当钻遇压力过渡带或异常高压地层时，一般会出现机械钻速_（突然）增大__，Dc 指数减小__。

10.造斜工具的装置角为60°时，所钻井眼的井斜角将增大，井斜方位角将增大。

11.硬关井的优点是关井时间短，缺点是井口回压大，水击现象严重，可能会压漏地层。

12.常规压井方法主要有工程师法、司钻法和循环加重法三种。

前两个遵循原则井底压力不变13.地层压力和地层破裂压力两个压力梯度是设计井身结构的依据之一（主要依据）。

14.井眼轨迹的三个基本参数，可直接测量的是井斜角、井斜方位角和井深。

15.在套管柱强度设计中，上部和下部套管柱分别以抗拉和抗挤作为主要设计依据。

16.安全注水泥作业要求水泥浆的稠化时间大于注水泥作业时间。

17.测斜得某井深处的磁方位角为150°，已知磁偏角为20°E，则真方位角为（130°）。

18.提高顶替效率要求水泥浆环空中的流态应为紊流或赛流。

19.最常用的完井方法是射孔完井法。

20.井眼轨迹垂直剖面图的纵坐标是垂深，横坐标是水平投影长度（平长）。

21.常用的固相控制设备包括：振动筛，旋流分离器、离心机22.第一临界井深前，最优喷嘴直径虽井深增大而增大，一、二之间，随井深增大而减小。

第一章 钻井的工程地质条件2.简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。

答：异常高压的形成是多种因素综合作用的结果，对于沉积岩地层的异常高压，目前世界上公认的成因是由于沉积物快速沉降，压实不均匀造成的。

在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就破坏。

如沉积速度很快，岩石颗粒没有足够的时间去排列，孔隙内流体的排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒与颗粒之间的压力，即无法增加它对上覆岩层的支撑能力。

由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，而下面基岩的支撑能力没增加，孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应的岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力，从而导致了异常高压。

3.简述在正常压实的地层中岩石的密度、强度、孔隙度、声波时差和d c 指数随井深变化的规律。

答：在正常压实的地层中岩石的密度随井深的增加而增加；强度随井深的增加而增加；孔隙度随井深的增加而减小；声波时差随井深的增加而减小；d c 指数随井深的增加而增大。

5.某井井深2000m ，地层压力25MPa ，求地层压力当量密度。

解： ()()0.00981250.009812000 1.276h h P H ρ==⨯=(g/cm 3)答：地层压力当量密度是1.276 g/cm 36.某井垂深2500m ，井内钻井液密度为1.18 g/cm 3，若地层压力为27.5MPa ，求井底压差。

解：()27.52500 1.180.0098127.5 1.44b h P P P gh MPa ρ∆=-=-=⨯⨯-=答：井底压差是1.44MPa 。

7.某井井深3200m ，产层压力为23.1MPa ，求产层的地层压力梯度。

解： ()23.132000.0072/h h G P H MPa m ===答：产层的地层压力梯度0.0072MPa/m 。

9.岩石硬度与抗压强度有何区别？答：岩石硬度是岩石表面的局部抵抗外力压入的能力，抗压强度则是岩石整体抗压的能力。

10.岩石的塑性系数是怎么样定义的吗？简述脆性、塑脆性和塑性岩石在压入破碎时的特性。

工程硕士入学考试?石油工程综合测试?大纲〔油气井局部〕主要内容：第一章钻井的工程地质条件地下各种压力的概念、地层压力与地层破裂压力、岩石的工程力学性质第二章钻进工具常用钻头钻头类型、构造、工作原理、使用方法钻柱的组成、功用、钻柱的受力分析、设计方法第三章钻井液钻井液的作用、组成与分类；钻井液的主要性能、主要固控制方法与设备第四章钻进参数优选钻井过程中各参数间的关系、钻速方程、机械破岩钻进参数优选方法、水力参数优化设计方法第五章井眼轨道设计与轨迹控制井眼轨迹的根本概念、轨迹测量及计算、直井防斜技术、定向井眼轨道设计、定向井造斜工具及轨迹控制第六章油气井压力控制与井控井眼与地层压力系统、平衡与欠平衡钻井、地层流体侵入控制第七章固井与完井井身构造的概念与设计方法、套管柱载荷分析与设计方法、注水泥技术、常用完井方法第八章井下复杂情况与事故处理常见的井下复杂情况类型、相应事故处理方法参考书：主要考察学生对油气田开发过程中的各研究对象及工艺流程、设备等内容的理解和掌握程度，主要内容包括油气藏及流体的物理性质、采油〔气〕工程和油气田开发过程中各工艺环节的根本概念、根本技术原理、设备及其功用、主要工艺流程等，进步油气开采技术的根本方法和原理等。

主要考试内容绪论油气田开发的根本概念、任务、目的、根本方法和系统组成。

第1章油层物理根底油藏流体的物理性质；储层岩石的物理性质；含多相流体的储层岩石的渗流机理。

第2章油藏工程根底油气田开发概论；油气田开发动态分析；油气田开发调整。

第3章完井与试油油气井完井方式；试油；油气层保护。

第4章油气井的流入动态、井筒多相流及气体井筒流动油气井的流入动态及其应用；井筒多相流的流动构造；滑脱损失；气体井筒流动。

第5章自喷与气举采油自喷井的流动过程；自喷的条件和产量；自喷井的管理；气举原理、分类。

第6章有杆泵与无杆泵采油有杆泵的根本装置和原理；泵的分类及根本原理、泵效的计算、影响因素及进步泵效的措施；无杆泵采油的分类、根本装置和原理。

基于机械比能理论的复合钻井参数优选方法崔猛;李佳军;纪国栋;陈永恒【摘要】With the drilling targets going increasingly deeper ,a new drilling parameters optimization method based on mechanical specific energy (MSE)theory was investigated to continually improve the rate of penetration in deep formations .From the perspectives of rock mechanics and conservation of energy ,the relationship between drilling parameters and ROP has been derived from comprehensive analysis of opti-mized drilling mechanism based on MSE .Based on the R .Teale MSE model ,by introducing the sliding fric-tion coefficient and rock-broken efficiency of the bit ,the torque was expressed as the function of drilling weight to solve the difficulty of measuring torque directly in conventional drilling ,the optimized models were built on the basis of specific energy theory for different drilling modes ,and a real-time drilling optimi-zation system was developed .The system can monitor all dynamic drilling parameters during drilling opera-tion ,and feed back the performance of drilling parameters and dow nhole situation in real time .A pilot test shows the average ROP increased by 20% to 30% compared with offset wells ,and prolonged the service life of bit .T he research results indicate that specific energy optimized drilling technique can optimize drill-ing parameters in real time ,w hich can be used to drilling design ,parameter optimization and analysis ,so as to raise the ROP in deep formations and reduce drilling cost .%为了进一步提高深部地层钻井速度，利用机械比能理论对复合钻井参数进行优化。

192玄武岩是一种基性喷出岩，S i O 2含量变化于45%～52%之间，呈斑状结构，其气孔构造和杏仁构造普遍。

玄武岩莫氏硬度6-7之间，可钻性达到8-9级，在所有岩性中可钻性较差。

1 徐闻区块一开钻进基本情况及钻进难点徐闻区块位于广东省湛江市徐闻县，该区块表层由于风化作用分布大量由玄武岩组成的不整合面地层，该地层结构致密，抗压强度极高，可钻性差，钻头磨损较大，对一开钻进的时效控制，防斜打直的工作实施等一系列工作开展都有着极大影响。

徐闻各井表层分布玄武岩比例很高，玄武岩厚度一般在15~60m之间，并且都分布在8~100m这部分井段，跳钻严重，对钻具特别是钻铤损伤较大，并且井深较浅，钻铤数量少，钻具自身重量提供的钻压较小，满足不了钻压要求，最易打歪打斜。

是整个徐闻区块较为困难的问题之一。

2 现场技术措施2.1 钻头优选由于玄武岩岩性可钻性极差，一般PDC钻头无法胜任这段地层，并且牙轮钻头较PDC钻头在防斜效果上表现更好，结合对钻头受力分析，应采用能够较好的研磨硬地层的镶齿牙轮钻头，通过合金齿的冲击作用，有效压碎井底玄武岩，并通过牙轮旋转产生的切削作用，带出井底已破碎的玄武岩。

结合钻进跳钻严重、一开井段较长等现场情况，牙轮钻头的轴承好坏会极大地影响钻头使用效果，结合现场使用情况，采用滑动轴承能有效的保证钻头使用时间，降低牙轮磨损，保证井下安全。

经谨慎研究，采取SKH517G，ST517GK，HJ517G等高效镶齿钻头可以较好应对徐闻区块玄武岩地层。

2.2 加强防斜打直玄武岩埋藏较浅，部分井（例如徐闻X8）钻头刚进入地表不久就钻遇玄武岩，由于钻具自重不足，送钻钻压一旦加多了就会造成游车与方钻杆倾斜，导致井斜。

并且玄武岩极硬，参数处理不也容易井斜。

这就要求施工时：（1）钻进初期，要控制好钻压，严格结合钻具重量制定参数。

（2）钻遇玄武岩应采用低钻压高转速，少送多放，扶钻人员要紧盯大钩弹簧。

（3）针对刚进入地表就钻遇玄武岩的情况，必要时用气葫芦绷住水龙带，以防钻具向一侧倾斜，直至摆正为止。

深井和超深井钻井技术全套深井、超深井钻井技术问题主要包括：复杂深井井身结构及套管柱优化设计，深井高效破岩及钻井参数优选技术，深井用系列高效钻头，深井钻井装备以及其他配套技术在深井中的应用等问题。

一、复杂深井井身结构及套管柱优化设计1.井身结构设计传统的井身结构设计方法对生产井和探井没有区分，都是自下而上进行设计，这种设计可以使所设计的套管层次最少，每层套管下入的深度最浅，节省成本。

对于深井钻井，尤其是深探井钻井来说，一般对所钻地区的情况掌握不清，要切实保证钻达目的层、提高深井钻井的成功率，就必须有足够的套管层次储备，以便一旦钻遇未预料到的复杂层位时能够及时封隔，并继续钻进。

但目前的套管、钻头系列有限，只能有2~3层技术套管，只能封隔钻井过程中的2~3个复杂层位。

因而，希望每一层套管都能尽量发挥其作用，希望上部裸眼尽量长些，上部大尺寸套管尽量下得深一些，以便在下部地层钻进时有一定的套管层次储备和避免小井眼完井。

自上而下的设计方法能很好地体现上述想法，可以使设计的套管层次最少，每层套管下入的深度最深，从而有利于保证实现钻探目的，顺利钻达目的层位。

自上而下的设计方法的基本过程是：根据裸眼井段必须满足的约束条件，首先从地表开始向下确定表层套管的下入深度，然后向下逐层设计每一层技术套管的下入深度，直至目的层位裸眼井段必须满足的约束条件均为式中i一—计算点序号，在设计程序中每米取一个计算点；Pmmax ------ 裸眼井段的最大钻井液密度，g/crrP; Ppmax——裸眼井段钻遇的最大地层孔隙压力系数，g/cm3；Sb——抽吸压力系数，g/cm3；Pcmax一—裸眼井段的最大井壁稳定压力系数，g/cm3；Ppi——计算点处的地层孔隙压力系数，g∕cm3;Hi——计算点处的深度，m;△P——压差卡钻允值，MPa;Sg——激动压力系数，g/cm3；Sf——地层破裂压力安全增值系数，g/cm3；Pfi——计算点处的地层破裂压力系数，g∕cm3;Hmax ----- 裸眼井段的最大井深，m;Sk一一井涌允量系数，g/cm3。