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摘要：面对复杂多变的海洋环境，海上钻井平台不但要为作业人员提供相对稳定的钻井作业条件，还要确保在狭小空间内钻井工艺安全运行。传统的原油开采技术很难应对海上油气开采过程中的困难和挑战。与传统的原油开采技术相比，优快钻井工艺在海上钻井平台上更具应用优势，可以提高海上油气开采效率，缩短海上油气开发周期。基于此，文章分析了优快钻井工艺在海上钻井平台上的技术优势、应用特点及应用流程，为海洋钻井作业人员提供参考和借鉴。
关键词：优快钻井工艺；海上油气开采；钻井平台
0引言
海上油气开发过程比较困难，一方面海洋环境复杂多变，极端天气的海况都是导致海上钻井平台出现重大安全事故的自然因素。即使非极端海况也会对钻井平台的管线，钢结构造成腐蚀和弯曲，减少钻井平台的使用寿命，增加钻井平台的维修成本。另一方面钻井平台空间有限，导致生产井高度集中，开发过程中的调整井受预留井槽限制维运复杂。同时海上海况复杂，钻井空间狭小，设备紧凑，这些特点导致作业风险不降反升，即使很小的事故也会带来严重的后果。传统的原油开采技术很难应对上述海上油气开采过程中的问题。与传统的原油开采技术相比，优快钻井工艺在海上钻井平台上更具应用优势，优快钻井工艺具备提高机械钻速，强化作业安全，提升作业质量，适应复杂环境的特点，是一种高效节能的原油开采工艺。为了提高作业安全，降低钻井作业成本，实现海洋开采效益最大化，海上钻井平台采用优快钻井工艺进行油气田开发，借助技术优势，提高海上油气开采效率，缩短海上油气开发周期。已有优快钻井工艺在海上钻井平台上应用并取得了很显著的效果[1-3]，证明了优快钻井工艺在海上钻井平台上的应用前景广阔。
1优快钻井工艺技术优势
1.1发挥海上钻井平台应用优势
与陆地油气开采相比，全球海洋油气资源丰富并且处于开采早期阶段，具备极高的开采潜力。在市场需求压力和油价上涨等因素的驱动下，全球海洋油气开发将持续增长。海上丰富的石油资源势必促使海上油气开采行业的大力发展，但海上油气开采受海洋环境的客观影响，具备自然环境恶劣，钻井平台空间有限，装备设施复杂，油气田寿命周期短，生产安全管理和环境保护要求更高等特点。根据海上油气开采的特点，钻井公司开展海上油气开采工作将会应对诸多的技术问题。而解决问题的最佳途径是钻井公司将原有钻井工艺流程优化或采用技术含量高的新技术应用在钻井平台作业中。钻井公司通过利用优快钻井工艺，提高钻井应用技术水平，延长钻井平台利用率，将极大发挥海上钻井平台应用优势，实现提升油气开采效率，降低风险和投资成本的目标。
1.2扩大油气资源开采规模
与陆地油气开采相比，海上油气开采工程属于海上大型作业，建设方案受多方面因素制约。此外海上作业采用高效钻井装备，如钻井船、水下采油树、浮式生产油储轮等，需要相应的工程管理进行合理调配。在钻井平台建设之前，通过优快钻井工艺能够对钻井整体设计方案合理预估，降低施工成本和工程管理难度。在钻井平台完工后，采用新技术开采将会极大降低作业安全风险，提升钻井公司在市场的核心竞争力，扩大油气资源的开采规模。
1.3提升钻井作业安全性
与陆地油气开采相比，海上油气开采对钻井工具提出更高的使用要求，要求钻井工具能够适应海洋环境。如要求钻具具备高的柔韧性以适应大角度拐弯钻进，具备超高的抗疲劳强度和较长的使用寿命，对酸性油气田要抗酸性腐蚀，对海水要抗碱性腐蚀。为了降低安全事故的发生率，钻井公司需要借助钻井工艺的调整和优化，对钻具结构型式和材料进行优选，对配套的井下工具进行组合优化。当发生井喷等危险复杂工况时要提前拟定预置方案减少损失。在安全的钻井环境中使用相应工况下的配套钻具，可为提升钻井作业安全提供有力保证。
1.4缩短钻井作业周期
与陆地油气开采相比，海上油气开采更易受到全球季风气候的影响，因此一年中海洋油气田适合开采条件的周期较短。为了减少气候对油气开采率的影响，实现高效开采是最好的解决办法。钻井公司通过优快钻井工艺，采用高新技术手段，配合高素质人才进行相关操作，不但能够减少钻井作业中的耗材，还能提高钻井作业质量，缩短钻完井周期。
2优快钻井工艺的应用特点
2.1优化钻头与钻具组合
钻头、钻具组合的选择直接影响钻井工程的施工效率，也是降低钻进综合成本的重要手段。其中，钻头的选择最为重要。钻头在钻进工作中，在环境温度和钻头与岩石之间摩擦共同作用下会使钻头表面温度升高，钻头的水眼和水道作为钻井液的通道，利用钻井液对钻头表面进行冷却和润滑。通过科学设计钻头上的喷嘴组合和布置方案，可以合理分配钻头水力功率，利用循环井下的水力能量，在井底排岩屑时达到较佳的清洁井眼的效果。在海洋石油钻井平台应用中牙轮钻头具有牙齿与井底接触面积小、比压高、工作扭矩小等特点，能用于从软到硬的各种地层的钻进。PDC钻头的普适性最强，所需钻压小且具有很高的防斜效果，对岩石有很大的剪切力，可用于硬地层的钻进。刮刀型钻头结构相对较为简单，但钻头扭矩通常比较小，所以在与其他工具进行接触时会造成一定的破坏。PDC钻头较牙轮钻头，刮刀钻头具备更高的钻速和使用寿命，防斜效果好，因此备受钻井人员青睐，但其存在定向钻井不稳定，工作面变化剧烈等特点。为了提高机械钻速和破岩效率，优快钻井技术引进或者自主研发孕镶金刚石的自锐式金石钻头，通过不断完善钻头的头冠几何结构和螺旋角度，设计不同类型的PDC钻头并配合相应的水力结构。最后按照油藏地质条件对不同类型的PDC钻头进行选择评价。钻头高效钻进评价指标包括钻头尺寸，钻头寿命，平均单只进尺，平均机械钻速，单只纯钻时间等。钻井人员可按照单一评价指标的影响程度来反映钻头效果，也可以统一尺度，设定各个技术指标的比重，同时比较多技术指标的钻头使用效果[4]。
钻具配合高效钻头可实现定向、造斜、扭方位等作业，实现井眼轨迹的连续控制，提升井眼轨迹的控制精度。钻井公司在实施优快钻井工艺，按照井下油藏条件选择合适的钻头型号。确定井眼位置采用钻具和钻头复合钻进的方式进行钻井。优快钻井工艺的复合钻进方式包括“PDC钻头+螺杆”“孕镶嵌金刚石钻头+高速涡轮”[5]“高速牙轮+中低速涡轮”等，按照井段井斜程度不同，在井段中配合使用钟摆扶正钻具，动力钻具，扶正器。优快钻井工艺的复合钻进方式，实现了降低跳钻风险，防止钻具疲劳损失和井壁失稳，避免钻具事故的目标。优快钻井工艺选择的钻头和钻具组合要求一方面要考虑控制井眼全角变化率及井斜角，保证井身稳定和井身质量，另一方面还确保钻头工作的稳定性，提升机械钻速。从经济角度考虑，优快钻具工艺选择的钻头和钻具组合除了可以实现起下钻顺利，还应尽量简化，降低不必要的钻具数量，避免资源浪费。
2.2钻井参数优化
优化调整钻井参数，有利于保证钻井作业效率和钻井作业安全，在不发生漏失和井壁坍塌的情况下，合理控制起钻和下钻速度，极大降低压力冲动对井壁失稳的影响。
利用优快钻井工艺，钻井参数作出调整：
(1)优选的螺杆具备承受井下生产中高扭矩的能力；
(2)对井口直径较大的水平位移井，选用大排量，高泵压的泥浆泵；
(3)运用合理的不等径喷嘴组合，提高钻井液射流对井眼的清洗能力，避免对岩屑的反复破碎，进而提高钻速。
与陆地油气开采相比，海上油气开采的钻井空间相对狭小。为了提升整体效益，往往通过增大井斜和井底水平位移扩大采油面积，因此海洋油气井具备井距短，造斜点上提，井斜角大的特点。根据海洋油气井身特点，钻井人员利用优快钻井工艺，着重控制井区内的井眼轨迹，通过随钻井测试设备和井眼数据采集设备，对井眼轨迹进行监测，合理设计井身结构。由于优快钻井工艺机械钻速高，井眼清洁的问题就尤为重要。优快钻井工艺利用井下环空测量工具，监测井眼清洁情况，同时辅助设计钻头结构和确定钻井液密度。
2.3优化钻井液
钻井液是钻井的“血液”，对稳定井壁，控制流失，减少阻力和扭矩上非常重要。钻井液还能润滑和冷却钻头，延长钻头的寿命，使起下钻平稳进行。钻井液分为水基泥浆和油基泥浆两种，其中油基泥浆抗高温、抗盐钙侵蚀，有利于井壁稳定、润滑性好、对油气层损害小，广泛运用在海上钻井平台。在水平段长度过长大于3 000 m的情况下，与水泥泥浆相比油基泥浆的扭矩更小。
由于海洋底部地质松软，为了防止在钻井过程中发生井眼轨迹破坏，井身不稳定的问题，需要对钻井液体系进行优化。
(1)在井眼大，斜度大，松软的地层具有良好的润滑，防卡能力强，携带岩屑的效果；
(2)无毒，无污染，有利于维护油气层稳定；
(3)抗高温、抗盐钙侵蚀，对钻井工具和管材无腐蚀；
(4)在容易塌陷的地区，增加防塌剂的用量，具备良好的造壁能力和防塌性；
(5)泥浆容易调整和维护。
目前聚合物海水钻井液发展迅速，通过开发新的钻井液添加剂，在实施优快钻井工艺发挥了重要作用，并在浅海中得到了推广应用[6]。虽然使用添加剂改良了海洋钻井液体系，使其具备耐高温，高润滑，抗盐的特性。但海洋钻井液体系并非一成不变，仍需按照开采需求不断改良。浅海的钻井液体系虽然取得了一系列成果，但适合深海井的钻井液体系还不成熟。深海较浅海井况更为复杂，具备井底温度高，地层压力多变，钻井周期长等特点，因此对钻井液体系要求将更加严格。在优化深海钻井液体系时，要保证在更高温度条件下钻井液的稳定性和润滑性。为了防止对深海环境造成污染，对钻井液体系抗污染的要求也会更高。
3优快钻井工艺的应用流程
3.1钻前准备
优化钻井工艺实施准备工作前，需要钻井相关技术人员按照钻井平台实际作业特点，有针对性地解决平台痛点，梳理优快钻井工艺作业流程，对于常见的作业风险做好可能发生的预备方案。在钻前，需要根据井眼尺寸、钻井工具要求、钻井液体系等，模拟井眼清洁所需的最小排量，确保水平段排量高于最小排量，并尽可能采用大的排量。在钻进至设计井底深度时，为保障生产套管顺利下入，需要进行井眼清洁。相关人员在钻前可对井眼清洁和起下钻管理进行针对性优化改造。
在钻前相关技术人员应安装好各类仿真软件，熟悉各种随井测量仪器和井下设备操作，并做好仪表，设备的调试工作，为后续钻井工作顺利开展有序进行做好充足准备。在优化钻井工艺实施准备工作中，钻井相关技术人员可以借助计算机的计算能力，应用计算机仿真模拟技术，针对直井段、水平段、斜井段的套管进行力学分析，有利于提高大位移，大井斜的海洋钻井工作的安全性和可行性。钻井相关技术人员可应用计算流体动力学仿真软件对钻头进行水力设计，模拟PDC钻头井底流场的分布情况，确保水力能力能够清洁钻头和井眼，使岩屑顺利出井。钻井技术人员也可应用自动化控制技术得到高精度随井测量仪器的实时数据，为井眼轨迹和井身结构的设计提供帮助。
3.2钻井设计的合理优化
钻井优化设计主要包括优选钻具和钻头组合、优选钻井参数、优选与地层压力匹配的钻井液体系。对钻井优化设计，不仅仅是优化措施的多方整合，对节约钻井成本、提高钻井安全也大有益处。钻井设计的合理优化，能够提升优快钻井工艺的整体技术水平，同时适应我国海洋油气能源开采规律。
钻井作业人员需要与技术人员共同讨论钻井设计方案，根据实际海上钻井平台的地质条件和井下钻井作业难点出发，合理设计钻井数量，降低钻井能耗，缩减钻井成本。有针对性地对方案进行合理预设，从而确保钻井相关参数和钻具组合方案不断完善。在合理控制预算成本前提下，实现起下钻的钻井要求。此外还需考虑井身结构设计对优快钻井工艺整体影响，进一步对井身结构进行优化，提高作业方案与钻井平台的适配性。在明确设计方案和施工的具体规划后，钻井作业质量会随着设计质量提高而提高。对优化后的钻井作业，钻头的钻速在合理的钻井参数下钻井，钻进过程中井身结构不发生失稳，钻井液能够维持地层压力，避免可能出现的地质层破坏和轨迹偏斜问题，保证钻井轨迹和设计轨迹吻合。
3.3钻井作业科学管理
钻井作业科学管理包括优化作业流程，做好各类资源的调配与管理，严格查验作业质量，规范作业人员具体操作，避免因违规操作而引发风险事故。注重施工的规范性，选用科学的优化措施，提高海洋钻井质量和开采效率。对钻井作业科学管理，不仅是对作业流程的管理，更多的是对人的管理，通过细化每个环节的工作节点，明确各个工艺环节的责任关系，将工作重点落实到作业人员身上，保证每个作业人员的职责和操作能力。钻井作业科学管理要求钻井企业注重安全管理工作，积极排查安全隐患，防止出现各类安全事故。注重规范钻井工序，完善钻井施工章程，对应用优快钻井工艺的新井进行跟踪评价，避免相邻井眼打穿发生，及时提出调整和优化的施工方案，提升施工的安全性。
3.4井下事故的预防和处理
海上油气开采，不可避免地会发生由于钻井作业质量低导致的事故，因此对可能出现的井下事故都要预先估计并作出针对性的预防。特别是在钻井设计优化的过程中，做好钻井作业人员和技术人员的实际沟通，强化现场的技术交流。加强技术原因造成的安全隐患排查，注重维护作业现场环境安全，才能更好地避免井下事故的发生，降低事故带来的损失。提高作业人员素质，明确作业规范。提升作业环境管理水平，发挥管理人员的主体作用。优快钻井工艺利用PDCA管理理念提升钻井质量，明确每一步作业环节，确保作业质量。当井下事故发生时，及时调研事故发生的一手资料数据，找准发生事故的原因和针对性的解决办法。在修井作业前，尽量避免人员伤亡和环境污染。
4结语
借助优快钻井工艺，能够提高海上钻井平台施工和开采效率，降低开采成本。虽然优快钻井技术已经得到业内人员的普遍认可，但从技术角度来看，优快钻井技术仍是对钻井技术要求很高的油井开采方法，必须严格遵守海上钻井平台的设计规范和施工标准，保障钻井作业的安全。在规范施工和合理优化设计共同作用下，有效推动优快钻井技术在海上油田的应用。在未来，优快钻井工艺不仅要从先进的钻采技术入手，更要提高装备水平和人员素质，从而保障优快钻井工艺在海上钻井平台应用的全面提升。
参考文献：
[1]张彦军.优快钻井工艺在海洋石油钻井平台钻探过程中的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2024，44(6)：184-186.
[2]张宁.优快钻井工艺在海洋石油钻井平台钻探过程中的应用[J].石化技术，2023，30(9)：40-42.
[3]胡更会.优快钻井工艺在海洋石油钻井平台钻探过程中的应用[J].石化技术，2023，30(1)：243-245.
[4]李沛泉.大港油田优快钻井技术研究与应用[D].大庆：东北石油大学，2016.
[5]张克勤.元坝地区钻井难题分析与技术对策探讨[J].石油钻探技术，2010，38(3)：27-31.
[6]谭玥.优快钻井技术在胜利油田浅海地区的应用[D].成都：西南石油大学，2014.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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优快钻井工艺在海上钻井平台上的应用论文
人参与 2025-01-08 10:42:17 分类 : 经济学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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