伊拉克米桑油田定向钻井水力参数优化分析

张　帆，王胜翔，林　枫，王小文

(1.中国海洋石油伊拉克有限公司，北京100010；2.中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京102249)

伊拉克米桑油田定向钻井水力参数优化分析

张帆*1，王胜翔1，林枫1，王小文2

(1.中国海洋石油伊拉克有限公司，北京100010；2.中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京102249)

井眼净化始终是斜井钻井中的关键问题之一。为了使现场的工程技术人员较准确地确定井眼清洗水力参数和施工参数，达到指导实际施工的目的，利用WELLPLAN商用软件对相同尺寸井眼下不同井斜设计时进行水力参数计算，阐明了井斜角对井底钻井液循环当量密度（ECD）的影响规律。

井斜角；WELLPLAN；井底ECD

进行水力参数优化，选择合适的排量，可以保证井眼清洁，避免发生复杂事故。相同钻具组合和钻井液性能下，随着井斜角的增加，保持井眼清洁的最小排量增加；因循环压耗的增加，达到最大泵压时的最大排量减小。井底当量泥浆密度（ECD）随环空压耗的增加而增大，当排量选择不合理时有可能压漏地层。在不同井斜设计下，选择多大的排量，对井底ECD的具体影响如何是现场较为关心的问题。伊拉克某油田在进行定向井设计时，根据实际施工的可能情况，设计了不同造斜率（15°，20°，25°，30°，35°，40°）。本文利用LANDMARK商用软件的WELLPLAN模块对不同井斜角下排量进行优化分析，并给出了相应排量下的井底ECD图版，有利于指导现场施工。

1　理论基础

水力参数优化设计依赖于计算精度较高的水力参数设计分析软件，哈里伯顿公司研发的LANDMARK钻井工程软件的WELLPLAN模块在我国得到广泛使用。其WELLPLAN模块在进行水力参数设计时，一般步骤为：

（1）根据环空返速或者岩屑浓度要求确定最小排量。

（2）根据达到最大泵压的条件确定最大排量。

（3）根据最大射流冲击力、最大钻头水功率等优选排量。

钻井液的当量循环密度(Equivalent Circulating Density，简写为ECD)可以定义为钻井液的当量静态密度与钻井液流动造成的环空压耗当量密度之和：

式中：ρ——钻井液密度；

ρa——岩屑密度；

Ca——环空岩屑浓度，%；

Δp——环空压耗。

2　WELLPLAN在伊拉克米桑油田某一口井的水力参数设计计算

伊拉克某油田根据实际情况设计了稳斜段井斜角为15°，20°，25°，30°，35°，40°六种双增型井眼轨道。设计轨道的造斜点均取自1750m到1900m，稳斜段大体为2000m到2976m。

井身结构见表1。

表1　井身结构设计

所用钻进参数见表2。

本文以 12-1/4″(2072～28012m)为例，利用WELLPLAN进行水力参数优化，计算模式均采取宾汉模式。

表2　钻进参数设计

在相同喷嘴组合、钻井液性能、钻进参数（钻速、转速）和钻具组合下，随井斜角增加，携岩变得越来越困难，最小排量逐渐增加。保持井眼清洁前提下，最小排量随井斜角度增大依次为：1372,1413,1453,1494, 1534,1575L/min。

钻井现场多采用F-1600泥浆泵，冲数为120冲/min时，额定泵压25.5MPa，额定功率1176kW，缸套直径170mm，额定排量41.51L/s。随着排量的增加，循环总压耗增加，当立管压力达到额定泵压时的排量为最大允许排量。在相同喷嘴组合、钻井液性能、钻进参数（钻速、转速）和钻具组合下，随着井斜角增大，最大排量依次减小，但彼此间相差不大。最大允许排量随井斜角的变化如图1所示。

图1　最大允许排量随井斜角的变化

其泵压、环空压耗和井底ECD变化如图2、图3所示。

图2　泵压随井斜角的变化

相同喷嘴组合及排量下，随着井斜角增大，泵压和环空压耗略有增加，井底环空ECD基本不变（因环空压耗变化不大，相同钻井液密度下，井底环空当量密度ECD变化极小）。

图3　环空压耗和井底ECD随井斜角的变化

依次对17-1/4″和8-1/2″井眼进行分析，发现相同规律（相同井眼尺寸下，不同的井斜角采用相同的排量）。不同井眼尺寸的井底ECD随井斜角变化如图4所示。

图4　不同井眼尺寸的井底ECD随井斜角变化

对不同井斜角下井底ECD进行汇总，可得出以下结论：

（1）同一井眼尺寸下，随着井斜角增加，井底ECD缓慢增加。

（2）同一井斜角下，随着井眼尺寸的减小，井底ECD增加幅度增大。

（3）在保持井眼清洁前提下，同一井眼尺寸、垂深，在泥浆性能相同、钻具组合相同的条件下，影响井底ECD的主要因素为井眼长度：随井斜角增大，井眼长度增加导致井底ECD缓慢增加。

（4）总的来说，井斜角对井底ECD的影响不显著。

3　结束语

对伊拉克米桑油田某设计井而言，在井斜角0°～40°范围内，采用相同的钻具组合、泥浆性能、钻进参数及排量时，井斜角对井底ECD影响不大。

[1]华远信，张桂强，朱伟鸿，等．COMPASS、WELLPLA软件在钻井设计和施工中的应用[J].西南石油学院学报2004，26(1).

[2] 韩志勇.定向井设计与计算［M］.北京：石油工业出版社，1995.

[3]Luo,Yuejin,P.A.Bern,D.B.Chambers,BP Exploration.Simple Charts to Determine Hole Cleaning Requirements in Deviated Wells.IADC/SPE 27486.

TE243

A

1004-5716(2015)07-0081-03

2014-07-23

2014-07-23

张帆（1985-），男（汉族），山东聊城人，工程师，现从事油气田钻井技术工作。