论文部分内容阅读
摘要：泵压、排量、扭矩、钻压、游车悬重、返出流量是在钻井过程中判断井下情况的最主要的参数。通过上述参数的变化，不仅可以判断出井下钻具工作是否正常，而且可以初步判断井下复杂情况。本文在现有计算循环压耗公式的基础上，计算出每口井的当量井径。当量井径是一个虚拟量，其变化可以反映出泥浆性能、井眼清洁情况。在井下动力钻具和钻头情况正常的条件下，通过对比邻井的当量井径，来判断泵压和机械钻速是否正常，并结合BZ25-1 C/F平台的钻井数据，证明使用当量井径定量地判断井下情况的可行性。
关键词：当量井径 泥浆 机械钻速 泵压 循环
中图分类号：P634文献标识码： A
1、前言
循环系统压力损耗的计算是一个非常复杂的问题。一方面钻井液是一种非牛顿流体，其流变性变化较大，有多种流型；另一方面钻井液循环系统各部分的尺寸不同，在同一排量下，各部分的流态也不同；且钻井过程中钻柱在井内是旋转的，钻井液在钻柱内和环空中的流动并不是纯粹的轴向流动。因此，在工程计算上要在精度允许的范围内对循环系统的流动问题进行了适当简化。
2、计算：
循环系统的压耗主要是在钻柱内部，环空压耗在数值上较小，整个循环系统全按紊流流态计算，在工程上是可以保证足够精度的。另外，在紊流流态下，钻井液流动的剪切速率较高，高剪切速率条件下，不同流动形态钻井液的流变性比较接近，将钻井液都看作是宾汉流体，在工程计算中也可以达到足够的精度。
下面以BZ25-1 C1w井 8-1/2”井眼计算为例计算井眼循环压耗：C1w8-1/2”井眼钻具组合：8-1/2”＋X/O＋6-3/4”PDM＋8-1/8”STB＋6-1/2”NMDC＋6-1/2”MWD＋6-1/2”NMDC ＋6-1/2”F/V＋6-3/4”（F/J+JAR）＋HWDP14＋5”DP
钻至井深4012米时的C1w钻井参数：泵压20.7Mpa；钻头水眼18×3＋16×3；泵速105SPM；钻井泵每冲排量19.575L。
根据钻具组合各部分长度计算整个循环压耗由以下各部分组成：
①地面管汇压耗为1Mpa
②钻杆内压耗
③钻杆外环形空间压耗
④加重钻杆内压耗
⑤钻铤内压耗
⑥MWD压降
⑦马达工作压差
⑧钻头水力压降
根据公式的计算理论的工作泵压是15.698Mpa，实际上的泵压是20.7Mpa。
根据计算，可以看到实际工作泵压比理论工作泵压要高一些，造成这一现象的主要原因是环空磨阻增大及泥浆性能的变化。影响泵压的其他因素也很多，如：泥浆泵排量、井身结构、钻遇地层的性质、机械钻速、井下工具的情况等等。从循环压耗计算公式中不能反映出泥浆性能动态变化、井眼是否清洁、大斜度井井身结构等因素的影响。
（1）井眼中岩屑的影响
钻遇平原组和明化镇组地层时，机械钻速很快，大量岩屑在井眼中没有被带出。在正常旋转钻进时的泵压与第一次倒划眼时的泵压相差不大，而第二次倒划眼时的泵压就会降下来，这说明岩屑在环空中的数量及运动状态对泵压影响很大。尤其是有泥球形成时，不但增大泥浆当量比重，而且大量泥球会抱住钻杆减小环空面积增加环空磨阻。
（2）井径扩大或缩小的影响
泥浆对井壁过渡冲刷以及钻具的摆动，会造成井径扩大；地层应力方向的变化，泥浆失水过大、泥饼过厚，或者泥浆比重小、抑制性不好、泥岩水化膨胀，都会造成井眼缩径。井径扩大或缩径都会造成一定的水头损失。
根据目前所调查的流体力学的资料，只有管路突然变径造成水头损失的经验公式，而没有环空突然变径的水头损失的经验公式。因此，我们只有根据现有的经验公式对井径变化处环空水头损失作一个定性的判断。
（3）泥浆性能变化的影响
在钻遇明化镇组地层时，泥岩易水化，并大量地溶解在泥浆中，导致泥浆中低密度固相含量升高，同时泥浆流变性发生变化，因此造成泵压偏高。再加上钻井平台上固控设备处理泥浆的能力有限，不能在一个循环周内有效地降低泥浆中低密度（有害）固相含量，然后这些泥浆回到循环池后又进入下一个循环，这样就形成了一个恶性循环：泥浆性能越来越不好控制，泵压一直偏高，泵排量偏低，影响携砂。
3、当量井径
从本文第一部分内容中可以看出，影响泵压的因素有很多，而且大都只能定性地判断其对泵压的影响，如泥浆粘度和比重增加会导致泵压偏高，泵排量偏低。在实际的钻井作业时只能根据经验来判断各项参数是否正常。如果可以引入一个参数，这个参数的变化可以反映出所有影响泵压的因素的变化规律的话，就可以定量的反推出目前的工作泵压是否正常。
根据循环压耗的公式，假设泥浆的流变性是不变的、比重测量是准确的，那么在钻同一区块的井时，由于地质情况比较相似，只有井径和排量影响泵压。泥浆泵排量可以从传感器显示的数据读出。通过上述假设，只有井径是一个变量影响着泵压，即当量井径。
随着井深的增加，钻杆长度增加，钻柱内压耗和环空压耗泵压也会有着相应的变化。理论上泵压的增加量是与井深成线性关系，但是实际上由于井径的扩大不均匀和钻具本身等其他因素的影响，其变化规律并不是线性的。
3.1 BZ25-1 F平台北区几口井的当量井径
（1）BZ25-1 F平台简介
构造位置位于渤海海域南部凸起西倾没端渤中凹陷与黄河口凹陷的分界处。渤中25-1南构造分布于渤中25-1构造南界大断层下降盘，是一个被南西~北东向断层和东西向断层分割的明下段断裂背斜。
（2）F16井311.15mm井眼數据
F16井靶点深度1809米，垂深1794.09米。造斜段421米至1000米，最大井斜6.8度。所用钻头为BEST钻头，钻头水眼16×3、18×4。
造斜结束后，760米转化为PEC泥浆体系。整个钻井过程中没有泥球出现，在震动筛处也基本没有跑浆。返砂量偏小，返出岩屑粒径较小、比较碎。完钻后从起钻开始至1215米，基本每柱都有卡点，起钻比较困难。倒划眼至1180米。倒划过程中，抬钻具现象严重，有多点扭矩大。再从1180米直接起钻，从1180米至1000米每柱都有卡点。900米后起钻才顺利。下表为F16井各井段当量井径计算结果。
从上表中的计算结果可以得出以下结论：
①实际工作泵压对应的当量井径比实际井径要小得多。实际裸眼段井径会有一定的扩大。
②每口井在不同井段，当量井径不同，随着井深的增加，当量井径逐渐变小，说明随着井深的增加，井下的状况是在变差。
③钻进过程中有泥球返出的井，其当量井径较大。
④当量井径小的井，在完钻后起钻较为困难。
⑤是否能维护好泥浆的流变性能与携砂性能对钻进和起钻的影响很大。
⑥对于造浆严重的井来说，如果钻进过程中适当出现跑浆，不断地补充新钻井液，会改善井下情况。
3.2 当量井径与机械钻速的关系
（1）确认F平台北区各井段的当量井径
从F16井取心情况看，BZ25-1地区地层松软，压实性差。地层易水化膨胀、造浆、缩径。在造斜段结束后，刚转化为PEC泥浆体系时，震动筛跑浆严重。钻进至1000米左右，有些井会大量出泥球堵塞喇叭口和高架槽。在钻井过程中，泥浆性能较难控制，尤其是粘度增加很快，有害固相含量较高。
F5井在整个钻井过程中，比较符合F平台一般作业情况，各钻井参数也比较正常，所以可以选择F5井作为北区所钻井的标准情况，其各井段对应的当量井径也可作为标准当量井径。
（2）当量井径对机械钻速的影响
影响机械钻速的因素很多也很复杂。当量井径作为一个能反映井下复杂情况的变量，最终其变化规律应该反映出机械钻速的变化。同时当量井径可以量化地对比不同井的机械钻速是否正常，也比较直观。
4、结论
（1）在环空中的循环压耗比理论计算结果要大的多。其影响因素很多也很复杂，从常用的循环压耗公式中不能体现出这些因素的影响。
（2）在BZ25－1地区钻井过程中，在可接受的情况下，适当出泥球和跑泥浆对携砂和清洁井眼是有一定好处的。
（3）当量井径是定量地判断各井段机械钻速是否正常的好方法。当量井径大的井，机械钻速快，反之亦然。
（4）当量井径是定量判断井下井下情况的好办法。关键是要判定出同一个区块不同井段对应的当量井径，然后对比即可。
（5）当量井径的大小也影响完钻后起钻时间，当量井径小的井，起第一趟钻比较困难，反之亦然。
（6）确定出一个地区（或构造）的当量井径后，对以后再在该地区（或构造）进行的钻井作业会有一定的指导意义。
关键词：当量井径 泥浆 机械钻速 泵压 循环
中图分类号：P634文献标识码： A
1、前言
循环系统压力损耗的计算是一个非常复杂的问题。一方面钻井液是一种非牛顿流体，其流变性变化较大，有多种流型；另一方面钻井液循环系统各部分的尺寸不同，在同一排量下，各部分的流态也不同；且钻井过程中钻柱在井内是旋转的，钻井液在钻柱内和环空中的流动并不是纯粹的轴向流动。因此，在工程计算上要在精度允许的范围内对循环系统的流动问题进行了适当简化。
2、计算：
循环系统的压耗主要是在钻柱内部，环空压耗在数值上较小，整个循环系统全按紊流流态计算，在工程上是可以保证足够精度的。另外，在紊流流态下，钻井液流动的剪切速率较高，高剪切速率条件下，不同流动形态钻井液的流变性比较接近，将钻井液都看作是宾汉流体，在工程计算中也可以达到足够的精度。
下面以BZ25-1 C1w井 8-1/2”井眼计算为例计算井眼循环压耗：C1w8-1/2”井眼钻具组合：8-1/2”＋X/O＋6-3/4”PDM＋8-1/8”STB＋6-1/2”NMDC＋6-1/2”MWD＋6-1/2”NMDC ＋6-1/2”F/V＋6-3/4”（F/J+JAR）＋HWDP14＋5”DP
钻至井深4012米时的C1w钻井参数：泵压20.7Mpa；钻头水眼18×3＋16×3；泵速105SPM；钻井泵每冲排量19.575L。
根据钻具组合各部分长度计算整个循环压耗由以下各部分组成：
①地面管汇压耗为1Mpa
②钻杆内压耗
③钻杆外环形空间压耗
④加重钻杆内压耗
⑤钻铤内压耗
⑥MWD压降
⑦马达工作压差
⑧钻头水力压降
根据公式的计算理论的工作泵压是15.698Mpa，实际上的泵压是20.7Mpa。
根据计算，可以看到实际工作泵压比理论工作泵压要高一些，造成这一现象的主要原因是环空磨阻增大及泥浆性能的变化。影响泵压的其他因素也很多，如：泥浆泵排量、井身结构、钻遇地层的性质、机械钻速、井下工具的情况等等。从循环压耗计算公式中不能反映出泥浆性能动态变化、井眼是否清洁、大斜度井井身结构等因素的影响。
（1）井眼中岩屑的影响
钻遇平原组和明化镇组地层时，机械钻速很快，大量岩屑在井眼中没有被带出。在正常旋转钻进时的泵压与第一次倒划眼时的泵压相差不大，而第二次倒划眼时的泵压就会降下来，这说明岩屑在环空中的数量及运动状态对泵压影响很大。尤其是有泥球形成时，不但增大泥浆当量比重，而且大量泥球会抱住钻杆减小环空面积增加环空磨阻。
（2）井径扩大或缩小的影响
泥浆对井壁过渡冲刷以及钻具的摆动，会造成井径扩大；地层应力方向的变化，泥浆失水过大、泥饼过厚，或者泥浆比重小、抑制性不好、泥岩水化膨胀，都会造成井眼缩径。井径扩大或缩径都会造成一定的水头损失。
根据目前所调查的流体力学的资料，只有管路突然变径造成水头损失的经验公式，而没有环空突然变径的水头损失的经验公式。因此，我们只有根据现有的经验公式对井径变化处环空水头损失作一个定性的判断。
（3）泥浆性能变化的影响
在钻遇明化镇组地层时，泥岩易水化，并大量地溶解在泥浆中，导致泥浆中低密度固相含量升高，同时泥浆流变性发生变化，因此造成泵压偏高。再加上钻井平台上固控设备处理泥浆的能力有限，不能在一个循环周内有效地降低泥浆中低密度（有害）固相含量，然后这些泥浆回到循环池后又进入下一个循环，这样就形成了一个恶性循环：泥浆性能越来越不好控制，泵压一直偏高，泵排量偏低，影响携砂。
3、当量井径
从本文第一部分内容中可以看出，影响泵压的因素有很多，而且大都只能定性地判断其对泵压的影响，如泥浆粘度和比重增加会导致泵压偏高，泵排量偏低。在实际的钻井作业时只能根据经验来判断各项参数是否正常。如果可以引入一个参数，这个参数的变化可以反映出所有影响泵压的因素的变化规律的话，就可以定量的反推出目前的工作泵压是否正常。
根据循环压耗的公式，假设泥浆的流变性是不变的、比重测量是准确的，那么在钻同一区块的井时，由于地质情况比较相似，只有井径和排量影响泵压。泥浆泵排量可以从传感器显示的数据读出。通过上述假设，只有井径是一个变量影响着泵压，即当量井径。
随着井深的增加，钻杆长度增加，钻柱内压耗和环空压耗泵压也会有着相应的变化。理论上泵压的增加量是与井深成线性关系，但是实际上由于井径的扩大不均匀和钻具本身等其他因素的影响，其变化规律并不是线性的。
3.1 BZ25-1 F平台北区几口井的当量井径
（1）BZ25-1 F平台简介
构造位置位于渤海海域南部凸起西倾没端渤中凹陷与黄河口凹陷的分界处。渤中25-1南构造分布于渤中25-1构造南界大断层下降盘，是一个被南西~北东向断层和东西向断层分割的明下段断裂背斜。
（2）F16井311.15mm井眼數据
F16井靶点深度1809米，垂深1794.09米。造斜段421米至1000米，最大井斜6.8度。所用钻头为BEST钻头，钻头水眼16×3、18×4。
造斜结束后，760米转化为PEC泥浆体系。整个钻井过程中没有泥球出现，在震动筛处也基本没有跑浆。返砂量偏小，返出岩屑粒径较小、比较碎。完钻后从起钻开始至1215米，基本每柱都有卡点，起钻比较困难。倒划眼至1180米。倒划过程中，抬钻具现象严重，有多点扭矩大。再从1180米直接起钻，从1180米至1000米每柱都有卡点。900米后起钻才顺利。下表为F16井各井段当量井径计算结果。
从上表中的计算结果可以得出以下结论：
①实际工作泵压对应的当量井径比实际井径要小得多。实际裸眼段井径会有一定的扩大。
②每口井在不同井段，当量井径不同，随着井深的增加，当量井径逐渐变小，说明随着井深的增加，井下的状况是在变差。
③钻进过程中有泥球返出的井，其当量井径较大。
④当量井径小的井，在完钻后起钻较为困难。
⑤是否能维护好泥浆的流变性能与携砂性能对钻进和起钻的影响很大。
⑥对于造浆严重的井来说，如果钻进过程中适当出现跑浆，不断地补充新钻井液，会改善井下情况。
3.2 当量井径与机械钻速的关系
（1）确认F平台北区各井段的当量井径
从F16井取心情况看，BZ25-1地区地层松软，压实性差。地层易水化膨胀、造浆、缩径。在造斜段结束后，刚转化为PEC泥浆体系时，震动筛跑浆严重。钻进至1000米左右，有些井会大量出泥球堵塞喇叭口和高架槽。在钻井过程中，泥浆性能较难控制，尤其是粘度增加很快，有害固相含量较高。
F5井在整个钻井过程中，比较符合F平台一般作业情况，各钻井参数也比较正常，所以可以选择F5井作为北区所钻井的标准情况，其各井段对应的当量井径也可作为标准当量井径。
（2）当量井径对机械钻速的影响
影响机械钻速的因素很多也很复杂。当量井径作为一个能反映井下复杂情况的变量，最终其变化规律应该反映出机械钻速的变化。同时当量井径可以量化地对比不同井的机械钻速是否正常，也比较直观。
4、结论
（1）在环空中的循环压耗比理论计算结果要大的多。其影响因素很多也很复杂，从常用的循环压耗公式中不能体现出这些因素的影响。
（2）在BZ25－1地区钻井过程中，在可接受的情况下，适当出泥球和跑泥浆对携砂和清洁井眼是有一定好处的。
（3）当量井径是定量地判断各井段机械钻速是否正常的好方法。当量井径大的井，机械钻速快，反之亦然。
（4）当量井径是定量判断井下井下情况的好办法。关键是要判定出同一个区块不同井段对应的当量井径，然后对比即可。
（5）当量井径的大小也影响完钻后起钻时间，当量井径小的井，起第一趟钻比较困难，反之亦然。
（6）确定出一个地区（或构造）的当量井径后，对以后再在该地区（或构造）进行的钻井作业会有一定的指导意义。