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關(guān)于石油鉆井鉆頭及鉆井液選擇的研究

2016-12-22 06:51:22邵鑫增大港油田石油工程研究院天津300280
化工管理 2016年33期
關(guān)鍵詞:金剛石鉆頭鉆井液

邵鑫增(大港油田石油工程研究院,天津 300280)

關(guān)于石油鉆井鉆頭及鉆井液選擇的研究

邵鑫增(大港油田石油工程研究院,天津 300280)

隨著石油工業(yè)的快速發(fā)展,人們對(duì)石油鉆井鉆頭及鉆井液的選擇提出了更新、更高的要求,科學(xué)選擇鉆井鉆頭、鉆井液對(duì)促進(jìn)石油鉆井工程的開(kāi)展、降低事故的發(fā)生概率具有重要的意義。本文首先定義了鉆頭及鉆井液的概念,然后就石油鉆井鉆頭及鉆井液的選擇展開(kāi)了探究,以供參考。

石油鉆井;鉆頭;鉆井液

在石油鉆井過(guò)程中,鉆頭以及鉆井液的選擇會(huì)直接影響到石油鉆井的效率。因此,需要與鉆井作業(yè)的實(shí)際情況相結(jié)合,對(duì)鉆井鉆頭與鉆井液的選擇開(kāi)展深入的研究,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其科學(xué)、合理的確定。

1 相關(guān)概念

1.1 鉆頭

鉆頭在鉆井過(guò)程中的主要作用是破碎巖石,進(jìn)而形成井眼。鉆頭的質(zhì)量及其與巖石性質(zhì)的適應(yīng)性對(duì)選用鉆井工藝具有重要意義,在選擇、使用鉆頭時(shí)應(yīng)該緊密結(jié)合鉆井地層的性質(zhì)來(lái)進(jìn)行確定。鉆頭根據(jù)類(lèi)型可劃分為金剛石鉆頭、牙輪鉆頭以及刮刀鉆頭等;根據(jù)用途可分為特殊工藝用鉆頭、取心鉆頭以及鉆井鉆頭等。通常鉆頭的規(guī)格與形狀隨工作環(huán)境的變化而改變,因此需要根據(jù)具體使用情況來(lái)合理選用鉆頭。

1.2 鉆井液

鉆井液是鉆井過(guò)程中必需的介質(zhì),其主要作用為沖洗、清理井底,把鉆探塵屑、巖屑等攜帶至地上,潤(rùn)滑、冷卻鉆頭,并且平衡井壁壓力與地層壓力,進(jìn)而為鉆井的順利進(jìn)行提供保障。根據(jù)不同的組成可以將鉆井液分為清水鉆井液、泥漿鉆井液以及空氣霧化鉆井液等。其中,最常用的是泥漿鉆井液與清水鉆井液。

2 主要鉆頭的選擇

2.1 牙輪式鉆頭的選擇

牙輪式鉆頭通常由5部分構(gòu)成,其分別為:牙輪、水眼、鉆頭體、軸承以及巴掌,此外對(duì)于密封噴射式鉆頭還有儲(chǔ)油補(bǔ)償系統(tǒng)。在使用牙輪式鉆頭進(jìn)行鉆井作業(yè)的過(guò)程中,需要仔細(xì)整理油井地層地質(zhì)信息、資料,根據(jù)鉆井設(shè)備的工作性能,緊密結(jié)合實(shí)際工作條件,選擇合適的鉆頭。為確保選擇的合理性需要把握以下四點(diǎn):(1)鉆井過(guò)程中是否存在防斜進(jìn)鉆進(jìn)與曲線作業(yè);(2)根據(jù)地質(zhì)可研磨性與地層的軟硬程度來(lái)確定鉆頭型號(hào);(3)選擇時(shí)將鉆井的具體深淺考慮在內(nèi);(4)考慮地層軟硬交替的實(shí)際現(xiàn)象。

2.2 金剛石鉆頭的選擇

在選擇合適的金剛石鉆頭時(shí)要考慮的因素相對(duì)較多。金剛石是金剛石鉆頭的主要鉆切材料,因此根據(jù)鉆頭材料可以把金剛石鉆頭分為普通等級(jí)金剛石鉆頭與聚晶金剛石鉆頭。通常而言,前者主要被應(yīng)用于地質(zhì)硬度高、地質(zhì)復(fù)雜的地層,而后者被廣泛應(yīng)用于硬度相對(duì)較低的地層,適用于絕大多數(shù)地質(zhì)地層。普通金剛石鉆頭的主要組成部分是鉆頭本體與噴嘴,而聚晶金剛石鉆頭的主要差異在聚晶金剛石組成方面。與其它種類(lèi)鉆頭相比,普通金剛石鉆頭具有較高的硬度,所以在鉆進(jìn)過(guò)程中如果遇到硬度問(wèn)題,可以通過(guò)使用普通金剛石鉆頭來(lái)提升工作效率與工作質(zhì)量。

3 石油鉆井中鉆井液的選擇

3.1 鉆井液的分類(lèi)

鉆井液的種類(lèi)、組成成分及適用范圍見(jiàn)表1。

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3.2 石油鉆井液的選擇

鉆井液是鉆井的血液,其主要成分為清水、泥漿、泡沫、壓縮空氣、乳狀液及無(wú)粘土相沖洗液等,鉆井液的選擇應(yīng)根據(jù)設(shè)備及技術(shù)條件的不同選擇合適的鉆井液。根據(jù)巖層的地質(zhì)條件,在含水量較大的地層,鉆井液才可用清水;在裂隙發(fā)育不穩(wěn)定巖層,可用泥漿作為鉆井液,由于其成本低、取材容易,因此該鉆井液應(yīng)用較廣泛。在石油鉆井工程中,要想順利實(shí)現(xiàn)開(kāi)采目標(biāo),必須科學(xué)合理地選擇鉆井液。在對(duì)鉆井液進(jìn)行選擇時(shí)必須著重考慮以下幾個(gè)方面:

(1)鉆井液固相含量要低。要盡量選擇固相成分比較低或者不含固相的鉆井液,從而避免發(fā)生固相顆粒堵塞損害油氣層的現(xiàn)象,還應(yīng)該對(duì)加重材料、膨潤(rùn)土的量加以控制,尤其是對(duì)滲透率要求比較高的油氣開(kāi)采項(xiàng)目,要盡量選擇無(wú)固相的鉆井液。

(2)鉆井液需要與油氣層巖石相匹配。通常巖石可分為水敏性、堿敏性、鹽敏性與酸敏性等類(lèi)型,為了滿足石油鉆井開(kāi)采的要求,需要根據(jù)巖石的類(lèi)型來(lái)選擇合適的鉆井液。比如說(shuō):對(duì)于鹽敏感性巖石地層,要選擇臨界礦化度合適的鉆井液,對(duì)于堿敏感性巖石地層,在選擇鉆井液時(shí)要控制好鉆井液的PH值。

(3)鉆井液需要與流體特征相匹配。選擇鉆井液時(shí)需要考慮的另一重要因素是要保證鉆井液與油氣層中的流體相匹配。比如:所選擇的鉆井液不能與油氣層流體發(fā)生水鎖、沉淀以及乳化等作用,不然便會(huì)對(duì)石油開(kāi)采造成極大的不利影響。

(4)鉆井液的密度要具有一定的可調(diào)性。我國(guó)油氣層的壓力系數(shù)通常為0.4~2.87,選用密度可調(diào)的鉆井液可以滿足不同壓力油氣層的開(kāi)采要求,從而最大限度地減輕對(duì)油氣層的損害。

總而言之,為了保障石油鉆井目標(biāo)的達(dá)成,在選擇石油鉆井液時(shí)需要對(duì)腐蝕性、毒性、儲(chǔ)層保護(hù)、經(jīng)濟(jì)成本與工程施工要求等進(jìn)行綜合考慮。

4 結(jié)語(yǔ)

石油鉆井工作內(nèi)涵復(fù)雜且具有較多的影響因素,為了保障鉆井效率與質(zhì)量,需要從關(guān)鍵參數(shù)與關(guān)鍵技術(shù)等方面入手來(lái)選擇合適的鉆頭與鉆井液。要充分認(rèn)識(shí)到鉆頭、鉆井液選擇工作的復(fù)雜性,將石油鉆井規(guī)劃設(shè)計(jì)與實(shí)際條件緊密地結(jié)合起來(lái),如此方能合理確定合適的鉆頭與鉆井液,進(jìn)而將工期、成本與質(zhì)量的關(guān)系平衡好。

[1]沈微.石油鉆井的鉆頭選擇及鉆井液確定研究[J].中國(guó)化工貿(mào)易,2015,7(26)

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