一种新的钻井井身质量评价方法.pdf

第 37 卷 第 2 期 2015 年 3 月 石 油 钻 采 工 艺 OIL DRILLING 2. Xinjiang Oilfield Company, CNPC, Karamay 834000, China; 3. Changqing Engineering Institute of Chuanqing Drilling it is easy, reliable and flexible to use. The scorecard for wellbore quality is also helpful in comparing wellbore quality in different oilfields and blocks, and can be a useful tool for Party A drilling supervision and Party B wellbore quality control. Its application will also enhance the understanding of drilling crew on factors leading to low wellbore quality, so as to improve wellbore drilling and completion quality indirectly. Key words wellbore quality; quality uation; implicit ; explicit ; scorecard 基金项目国家自然科学基金项目“基于随钻信息和知识集成的钻井风险动态管理与决策控制研究” （编号51074125） 。 作者简介李琪， 1963 年生。1983 毕业于西南石油学院油气井工程专业， 1987 年获油气田勘探开发工程专业硕士学位， 2002 年获石 油与天然气工程专业博士学位， 主要研究方向石油钻井信息技术、 导向钻井等， 教授， 博士生导师。电话029-88382690。 E-mailliqi。 钻井工程是油气勘探开发过程中一个高投资、 高风险、 高技术、 且多学科交叉的复杂行业。一口井 钻井施工质量的好坏， 会直接影响到该井是否符合 钻井、 地质设计， 施工能否正常进行， 能否最大限度 保护油气层， 能否保证油井的长期正常生产等， 继而 会影响到巨额的投资是否能得到经济合理的回报。 随着国内外油气投资方对钻井的投资越来越大， 对 钻井质量的要求则越来越高［1］。为保证钻井施工质 量， 进行现场质量评价是必不可少的。现场一般用 三大质量评价体系来评价钻井施工质量， 即取心质 石油钻采工艺 2015 年 3 月（第 37 卷） 第 2 期2 量评价、 井身质量评价以及固井质量评价。井身质 量是钻井施工质量的重要组成部分， 是实现勘探开 发目的和要求的重要保证， 对钻井后续工程（如固 井、 采油等） 的质量和安全生产也有重要影响。因此， 准确全面的井身质量评价在钻井质量评价中占有至 关重要的地位。 1 井身质量的评价方法分析 传统的井身质量评价方法是依据国家石油天然 气行业标准 （SY/T 50882008） ， 分别按照垂直探井、 开发井， 定向探井、 开发井及水平开发井进行质量评 价［2］。垂直探井、 开发井评价项目有数据采集间 隔， 井斜角， 目标点水平位移， 全角变化率， 目的层平 均井径扩大率， 井口头倾斜角；定向探井、 开发井评 价项目有数据采集间隔， 靶区半径， 全角变化率， 目的层平均井径扩大率， 井口头倾斜角；水平开发 井评价项目有数据采集间隔， 全角变化率， 着陆点 水平靶靶区， 水平段纵横偏移， 井口头倾斜角。国标 中只规定了井身质量的评价项目及其计算方法， 各 项目必须满足的指标值则由各油田针对其所在地区 的具体情况来制定。因此在进行井身质量评价前， 应根据需要选择相应的评价标准。在通过计算得到 评价项目值后， 对比相应的评价项目标准值， 若连续 3 个测量点或井段同一项目不合格， 则可认定该井井 身质量不合格。 传统的井身质量评价方法涉及到许多评价单 项， 对各单项的评定也是完全独立的。单项的、 独立 的指标往往也很难反映出井身质量的总体效果。针 对传统评价的不足之处， 国内有学者提出了综合评 价方法［3］。该方法是在单项分析的基础上， 应用层 次分析法和模糊综合评价相结合的方法对井身质量 进行综合评价。该方法可将单项评价描述进行量化 及综合化， 但未能考虑下套管过程对井身质量的反 映， 评价结果仍不够全面准确， 具有一定的缺陷。 目前的评价方法都是建立在测量表征井身几何 特征（井斜角、 全角变化率、 平均井径扩大率等） 的一 些参数的基础上， 然后进行深入分析来评价井身质 量。这种方法可称之为显性方法。其评价结果不能 直接反映出井身质量的好坏， 对井身质量和下套管 作业之间的关系也无体现。为了弥补显性方法的不 足， 能更加全面、 准确地评价井身质量， 笔者提出了 一种通过测量一些与井身质量相关的参数来评价井 身质量的方法隐性方法。 为找到一个合理的评价井身质量的方法， 对 2 个相似事例进行了调研， 虽然这 2 个事例都存在一 定程度上的主观性， 但其评价方法都已完善并广泛 应用于各自领域。 （1） 国际钻井承包商协会（IADC） 钻头磨损分级系统［4］， 该系统钻头磨损的状况需要 8 项信息来进行描述， 每项信息单独分级， 所以钻头 磨损分级方法简单， 但缺点是没有一个能够反映钻 头整体状况的单独评价结果。 （2） 格拉斯哥昏迷评分 方法（GCS） ［5］ ， 是医学上评估病人头部创伤程度的 方法， 是现如今使用最广泛的通过量化昏迷程度来 判断外伤性大脑损伤的一个评分系统。它可直接反 映出大脑的损伤程度。由于简易性以及较高的可靠 性， 该方法迅速被所有的医疗工作者所认可。事例 （1） 的评价方法是建立在观测几何特征的基础上， 类 似于传统井身质量评价方法， 可称作显性方法， 但缺 陷是未能给出反映钻头整体状况的一个单独评价结 果；事例（2） 通过量化昏迷程度来判断大脑损伤情 况， 借助于可反映出昏迷程度的 3 个反应来实现对 大脑损伤的评价， 最终给出了一个明确的评价结果。 这种方法即为隐性评价方法。GCS 方法的成功性已 为世界医学界所公认， 因此可借鉴其隐性评价思想 进行井身质量评价， 来克服传统评价方法的不足， 更 加准确、 全面的评价井身质量。 把 GCS 的隐性评价思想应用到井身质量的评 价上， 并结合传统井身质量评价方法， 提出了井身质 量评价新方法即井身质量计分卡方法， 主要通过分 析受井身质量影响的各种钻井作业响应来实现质量 评价， 如钻进及下套管过程中的扭矩摩阻曲线、 是否 发生卡钻事故等。它包含 3 个关键响应变量、 含有 全面质量得分并可根据特殊情况灵活调整。 2 井身质量计分卡法 井身质量计分卡法主要通过分析钻进、 起钻和 下套管过程中的扭矩和摩阻曲线来实现的。扭矩和 摩阻曲线是钻井过程中判断井下状况的一个重要信 息来源， 可帮助追踪井下环境和井眼不稳定性问题， 能够反映出井身质量的优良情况［6-8］。它包含 3 个 部分钻进响应、 最终起钻响应、 下套管响应。 2.1 钻进响应 钻进响应对井身质量的衡量有一定的局限性， 原因是在钻进过程中有许多工作参数（例如钻压、 转速、 机械钻速和泵排量） 是很活跃的并且从不同方 面影响着井身质量 ［9］ 。这些参数大多是相互影响的， 加大了参数分析的复杂性。 钻进响应在计分系统的得分情况如表１所示。 钻进响应最大的得分是 5 分， 占总井身质量得分的 25。钻进响应及其他响应的最终得分取的是最差 3李 琪等一种新的钻井井身质量评价方法 响应得分， 即最低得分。若井身几何参数（传统井身 质量评价单项） 有一项未符合工程设计要求， 钻进响 应得分则为 0 分。在钻进过程， 若发生卡钻或近卡 钻事故， 则反映出非常差的井身质量， 也对应着最低 的钻进响应得分。该事故的发生表明操作上存在问 题， 或者是正钻进地层的地质环境较为复杂。一般 性钻进问题如形成岩屑床及循环漏失等， 在钻进过 程中普遍存在， 对井身质量的影响不大， 这些事故也 容易处理， 因此对应着适度的响应得分。接单根过 程中上卸扣所记录的上提和下放值变化很大， 并不 是评价井身质量的一个重要指标。地表扭矩则是钻 进过程主要的响应参数。若整个钻进过程中观测到 的所有参数 （主要是扭矩和摩阻） 遵循光滑的趋势线， 则反映了一个优良的钻进响应。除了光滑的趋势线 外， 如果扭矩和摩阻值比探井的或正常预期的更低， 该阶段的钻进响应可认为是极佳的。 表 1 钻进响应评分表 钻进响应得分 井身几何参数 井径扩大率、 井斜角、 全角变化率、（定向 井） 靶心距、（水平井） 入靶点及水平段纵横 偏移等存在一项不符合工程设计要求 0 严重的钻进问题 卡钻 近卡钻事故 0 1 一般性钻进问题 井眼清洁性差 严重的循环漏失 不稳定的扭矩摩阻曲线 2 2 3 扭矩和摩阻响应 趋势线波动很大 趋势线平滑 比预期的扭矩摩阻更低 3 4 5 2.2 最终的起钻响应 起钻响应的得分情况如表２所示。起钻响应 能更有效地衡量井身质量。该响应最大得分可达 到 7 分， 占到总井身质量得分的 35。卡钻或近卡 钻事故对应着最低的起钻响应得分。其次是存在 残余岩屑床或压差卡钻环境， 如果在一个连续井段 发生超载提升现象， 则可能发生了此情况。若起钻 时钻柱重量对应着较小异常、 光滑的趋势线（即低 超载提升） ， 则表明了一个高质量的响应。若记录的 摩阻比预期的更低， 可以认为起钻响应是极佳的。 有时需要划眼， 可以用来在下套管之前尽量增加井 眼圆整性及清洁度， 但是会掩蔽掉井身的不足之 处。所以在使用划眼情况下， 计分系统的得分应该 主要以扭矩响应为基础。一旦最后钻具能取回到 地表， 就可把套管下到指定深度。所以当使用井身 质量计分卡方法获得经验之后， 若起钻响应得分超 过某个等级， 就可断定一个设计合理的下套管过程 会很成功。 表 2 最终起钻响应评分表 最终起钻响应得分 卡钻0 残留岩屑床 / 压差卡钻 摩阻曲线上某段超载提升 46 000 kg 摩阻曲线上某段超载提升 23 000 kg 1 2 井筒中存在台肩 摩阻曲线上某点超载提升 46 000 kg 摩阻曲线上某点超载提升 23 000 kg 3 4 一般性起钻问题 循环漏失 计划之外的循环 计划之外的扩孔和划眼 5 5 5 摩阻响应 平滑的摩阻曲线 比预测的摩阻趋势更好 6 7 划眼响应 不稳定的扭矩信号 平滑的扭矩信号 5 6 2.3 下套管响应 下套管响应是衡量井身质量最重要的一个响 应。下套管响应的得分情况如表 3 所示。其最大得 分是 8 分， 占总分数的 40。较高的得分权重是基 于下套管对井身缺陷敏感度这个经验［10］。 表 3 下套管响应评分表 下套管响应得分 严重的下套管问题 卡套管 由于套管没下到预定深度拖出套管 0 0 压差卡套管环境 接头处静态摩擦 46 000 kg 接头处静态摩擦 23 000 kg 1 2 下套管过程进行补救 为辅助下套管进行旋转 为辅助下套管进行循环 为减小超额摩阻进行的接头清除 3 4 5 下套管过程无重大问题 摩阻虽升高但很平滑 测量结果与预期摩阻趋势一致 测量结果比预期摩阻趋势更好 6 7 8 由于井底问题套管柱必须修复或者套管柱卡住 时响应得分是最低的。在易发生压差卡钻区域、 井 壁上存在有厚滤饼或者堵漏材料形成的淤泥时， 套 管会受到静态摩擦力的影响， 其大小可由接头摩阻 来确定， 计分卡系统则根据静摩擦力的大小来打分。 井筒中的台肩、 缩径、 稳固的岩屑床或者冲蚀引发的 一些井眼问题可以在下套管的过程中进行补救。此 类情况的得分是基于是否优先采取一些处理措施 第一种应对措施是清除一些接头来消除超额的摩 阻；其次采取的方案是恢复循环来净化环形空间； 最后如果还能旋转的话可以向下扩孔。同样， 若摩 阻趋势线光滑且比预期摩阻更低， 则下套管响应可 石油钻采工艺 2015 年 3 月（第 37 卷） 第 2 期4 给出 8 分的高分。 由上述分析可知， 井身质量计分卡方法包含 3 个响应的得分即钻进响应、 最终起钻和下套管响应， 最大的得分分别是 5 分、 7 分和 8 分， 最终得分取 3 个响应得分之和， 评分范围是 020 分， 0 分对应着非 常低的井身质量（通常是遇到了非常严重的卡钻事 故） 而 20 分对应着最优的井身质量。可用表 4 对井 身质量进行分级。其评价过程简单明了， 灵活性很 强， 各响应得分可根据现场实践进行灵活调整。井 身质量计分卡方法不仅可直接、 准确、 全面地评价出 井身质量， 也克服了不同油田不同评价标准的弊端， 有利于不同区块不同油田井身质量的比较， 并为甲 方钻井监督及乙方井身质量控制提供了一个有力的 工具。 表 4 井身质量分级 井身质量计分卡方法得分 （SCORE） 井身质量分级 0 SCORE ≤ 2极差井身质量 2 SCORE ≤ 6差井身质量 6 SCORE ≤ 11中等井身质量 11 SCORE ≤ 15高井身质量 15 SCORE ≤ 17较高井身质量 17 SCORE ≤ 19极高井身质量 SCORE 20完美井身质量 3 现场应用 表 5 所示是用井身质量计分卡方法对长庆油田 某水平井进行质量评价的结果。该水平井钻水平井 段时由于存在不稳定的扭矩走势， 因此钻进响应得分 是 3 分。起钻过程中在 2 个井段观测到的摩阻较预 测值超出 23 000 kg， 因此对应的得分为 2 分。下套管 施工非常不顺利， 发生了轴向黏附事故并且随着深度 增加加剧， 由于需要往复活动管柱， 该响应的得分是 3 分。各响应得分相加可得总井身质量得分是 8 分， 通 过分级系统可查出该得分对应中等井身质量。用传 统的井身质量评价方法评价的各单项结果均符合设 计要求， 但是全角变化率明显过大， 这直接导致了下 套管施工未能顺利进行。可以看出， 井身质量计分卡 方法可以更准确地评价出井身质量并给出分级。 4 结论 （1） 评价井身质量的显性评价方法最常见并广泛 为人们所认可， 缺陷是评价结果不能直接反映出井 身质量的好坏， 对井身质量和下套管作业之间的关 系也没有明确的衡量。隐性评价方法评价结果却可 以直接、 准确、 全面反映出井身质量的级别。 （2） 井身质量计分卡方法通过解释钻进、 起钻和 下套管的响应来完成计分卡的记录， 具有简单性、 可 靠性和灵活性。通过现场的大量应用， 该方法将会 得到很好的论证并被本行业所采纳。 （3） 井身质量计分卡方法克服了不同油田不同评 价标准的弊端， 有利于不同油田不同区块井身质量 的比较， 并为甲方钻井监督及乙方井身质量控制提 供了一个有力的工具。它的应用也将强化施工人员 对导致低井身质量因素的认识， 从而间接提高钻井 完井质量。 参考文献 ［1］ 李健， 胡贯平， 杨军.谈钻井井身质量的控制措施［M］ .石 油工业技术监督， 2006， 22 （3） 42-43. ［2］ SY/T 50882008, 钻井井身质量控制规范［S］. ［3］ 李琪， 杨飞， 张冰 . 钻井井身质量评价方法研究及软件 实现［J］ . 石油工业技术监督， 2008， 24 （11） 18-20. ［4］ WINTERS W J, DOIRON H H. 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