加强钻柱管理,减小钻井风险.pdf

鼋 啦 14 1999辅 4期 ． 国 外 钻 井 挠 术 第 卷 年 第 期 加 强 钻 柱 管 理 ， 减 小 钻 背景 二十世纪 七 十年 代至 八 十年代 期 问 ，作 业 公司 花 费 了大量 的工程 时 间来 进行 套管 和 油管管柱 的优化设 计 ，其 中包 括 冶金 、热处 理和接头类 型等 。这 些 时间 的花 费是很 值得 的 ，因为这些 钻井和 采 油用 的管件 产 品 占 了 一 口井费 用的一 大部 分 作 业 公 司对 OC TG 供 应链提 出的设计 要求 导致 了新 产 品和设 备 的蓬勃发展 。我 们至 令还在受益。 然而 ，由于二十 世纪 五 十年代 至六 十年 代 API 技 术规 范的发展使 得钻 柱虽然 同样 受 到 了作业公 司的重视 ，却没有得到相应发展 。 这 其 中部 分原 因可能 是 因为 作业 者传统 上并 不是钻柱 的所 有者 ，对 绝大 多数套 管 和油 管 也是 如此。相反 ，他们 是 租用 这些 工具 ，或 是作为承 包钻井 的 一部 分 ，或是作 为 一个 独 立项 目，以便 周期性地使用或在需要时使 用 因此 ，钻柱习惯上 已成为“ 承包商 的责任 ” 。 因此 ，作 为其 核 心业 务 的 一 部分 ，钻 井 承包商 和租赁 公 司保 持有 耐用 的钻柱 以便在 商业 中有 立足 之地 。平 均每 部钻 机 大约有 价 值 1 0 0万美元 的钻柱物 资清单 ，包 括 所有 钻 杆和钻铤等 。由于这 是一 项 巨大 的投 资 ，在 典型的计 日承 包合 同 中 ，都 由作 业者 承担 因 钻柱 失效及 相关 损 失导 致 的一 切费用 。钻井 承包商 通常负 责大多 数井 下磨损 造成 的损失 和 所 有 的 装 运 损 失 这些费用有许 多都 合计 到钻 机 日费用表 中的 钻 井 费 用 中。 遗 慷 的 是 ，并 没 有 事 故 如落鱼和侧钻费用的明细表。实际上 ，这 其 中包括 与与所选 钻柱处 理 事故 的方 法密切 井 风 险， 『 E 7 讣 z 0 6 林长海李 军译 ～‘ 一 李根 生校 相关 的费用 。因此 ，作 业者 承 受 的使 用钻 柱 的真 实费用 经常 隐藏在 其他 费 用 中。作 业 者 与承包 商分 配这些 费用 的方式 就属于 钻柱 管 理 的 范 畴 。 显然 ，为 了使 事故 发 生所 造成 的 费 用最 小 ，作业前用 于检测 与预 防的一些 费 用是 很 有必 要的。 当前 ，工 业界 的作 法需 要 重新 审 查 以确 保从 投资 中获取 主要利 益 的一方应 是 负责投资 的一方 。对于那些多方受益 的情 况 ， 应 达成一致 ，费用分担。 挑战的范围 为 了便于 理解 钻柱 管理 挑 战 的范 围 ，我 们假 设 当作业者 想要 减小钻 柱失效 的风险 的 同时 ，他们 并不 想插 手 钻柱 行 业。 因此 ，钻 柱 管理 的成功 与否 就取决 于能够 对各 方予 以 适 当刺激 的商业 关 系 ，同时还 取决于各 种技 术任务 的分担 。 商业挑战 许多钻 柱管理 方面 的挑 战 同样 也是 当前 整个钻井工 业 面临 的挑 战。钻 机供应 与需求 的不平衡 与 日具 增 ，因 此也 增 加 了油 井 的 费 用 。高油井 费 用增加 了作 业 者 的风 险 ，促 使 他们采用更 新的钻柱 以减小风险 。不幸的是 ， 同许多 钻井 工具一样 ，随着钻井工作 的加强 ． 对钻柱 的需 求 也 日益增 加 ，而 供应 能力 却落 后需求 这 就导致 了从订货 到 交货 的 时问更 长 ，而更 换钻柱的 费用更 高。 二 十世纪八 十年代早 期 钻杆 生产 达 到 鼎 盛 ，而 随后 市场 购买 急剧 减缓 直到 二 十世 纪 九十年代初期，从南骸成 了目前的钻柱存货 ’ } A ，， 占 一 ． 维普资讯 国外钻井挠术 4 5 情况 。钻杆 的平均 寿命 为 9． 4年。 由于 一些 钻杆 已不再 使 用 ，因此 ，随 着这 批 钻杆 的继 续老化 ．钻 柱存 货 的更 新将 是 今后 几年 优 先 进行的一项 工作 。 第二系列 的商业 挑 战是 由于缺少 经 验 丰 富的钻井 人员 和在世 界偏 远地 区增加 钻井作 业形成的 。图 1给 出 了 1 2 5口开发 井和 探 井 中 ，由于钻柱 失 效而 造成 的处理 事 故总 小 时 数的分布情 况 。开发 井 曲线 和探 井 曲线 的 大 致特性是 相 同的 ，而探井 上所 消耗 的 时 间却 始终 比开发 井高。这 可能 是 因为 以下几 个 因 素造成 的 对探 井钻 井条 件 不熟 悉 ，当地 基 础设施较 差 ，后 勤工 作 困难 ，以及 设计 时间 不足 等。 随着 勘探作 业继 续 已建 油 田向全 球边缘地 区转 移 ，这 类相 对 失效频 率 较高 的 情况应是 可 以预 见 的。可 以说 ，与开 发井 相 比较 ，探 井所损 失的 时 间有 2 ／ 3是 由于钻 柱 失效造成 的。 图 l搛井 和 开 发井 中 因钻 柱 失效 的事 故 姓理 时 间 此外 ，值得 注意的是 ，图中开发 井 与探 井 曲线均 在大约 3 0小 时处发 生 了倾 斜 变化。 人们认 为这 表 示 一 个“ 廉 价 失 效 ” 特 性 点 即事 故处理 工作 是从 因 为钻杆 冲蚀 而进行一 次简单 的起 下钻 ，到打捞落鱼工 作一次成功 。 探井 中约 7 0 ％和 开发井 中约 8 8 ％的失效落 在 这个“ 廉价 ”范围 内。当然 ，3 0小 时的钻 机 费用不应认 为是“ 廉价” ．尤其是 当把一部 分 预计 处理 事故的 费用用于适 当的预防措施上 ， 因而事 故 出现 的 可能性 应该 已大 大 减 少 时 ． 更是如 此。对损 失 时间 超过 3 0小时 的情 况 ． 那么更 “ 昂 贵失 效”的处 理 工作 可能包 括 从 困难的打捞作 业 到侧 钻甚至 重 钻。在 图中 最 末尾的刻度上 ，钻 柱失效 发 生的 百分数 很 小 开 发井 约 4％ ，探井约 8 ％ ，此时的钻机时 间损失超过 了 3 0 0小时 。 项 目管理人 员 和那些 由供应 商推 荐 负责 估价 钻柱 费用的 人员在 确定 各种 钻柱选 择的 费用有效性 时 ，应考虑 这些 趋 势。特 别是 当 钻柱用于偏远地 区时 ，更 是如此 。 技术挑战 除了不断 扩大 的地 理边 缘 ，许多 钻 井作 业正在把 常规 的 AP I 钻 柱推广 应用 于技 术极 限 这些 应 用 包 括 大 位 移 井 中 的 高 曲率 狗腿 严 重度 为 6 0 。 ／ 3 0 m ，提 高 的扭 矩 和摩 阻等等 。钻 柱是 包 含循环 、钻进 和 井控 子系 统 的 个 完 整部分 然而 ，现在 井 队 的情况 却是 ，钻柱各 部件 的说 明书 通常仅 仅 涉及 到 稳定器 的位置 或是 马达 上 的弯外 壳 装置 。这 仅仅 是从 顶部 驱动 到钻 头间对 钻柱 详尽要 求 的最简 单应 用 。没有 这些 要 求作 比较 ，就 不 能确定 由将来 的钻 井 承包 商或是 租 赁公 司提 供 的钻柱是否有 足够 的强度来 承受 井 内的预 计 载荷 。 此外 ，钻柱 中绝 大部 分 钻具都 是 使用 过 的 ，这意 味着 钻具 承受 载荷 的能力 可能 比钻 具 全新时要 低。下 一个 问题是 “ 它 足够 好 吗 ”钻柱 不必是完美无缺 的，但是经 论证应 该能完全满 足项 目要 求 。钻 柱经 常被 认 为是 “ 钻机设 备 的一部分 ” ，而 且没有 专 门说 明 以 满 足油井要求 。典型 的合 同要求有 AP I优质 工 程认 可证 书 。但 这显然 无法 保证 钻 杆 能满 足载荷要求 ，尤其是在应用于 “ 边缘井 ”时 。 更确切地说 ，所 有的钻 柱部 件都 应 根据 油井 所要求 的性能进行 详细指定 、检测和选 择。 执行钻柱 管理计 划 的前序 步骤 分 为两 大 项 1 ． 保护现有 的存货 2． 获得新的 钻柱 维普资讯 国外钻井技术 第 1 4卷1 9 9 9年第 4期 保 护现有存货 保护现有钻 柱存 货 的第 一步 是 设计 一 种 基于油井要求 的钻柱 正 确 的设 计 过程 需 要 考虑几个 钻井 子 系 统 ，以达 到结 构 的优 化 。 这其 中包 括 扭 矩 与 摩 阻 模 型 、套 管磨 损 、 水力学 、井 眼 清洁性 能等 等。这 项工作 的 结 果是 获得 所需钻 柱各部 件机 械性能 及其尺 寸 的一套技术 规范 。 其次 ．必需 提供 一个 检测 程序 以 证实 这 些技术规范是 可行 的 。尽管 AP I 是 通常参 考 的标准 ，AP I标准 还 是提 供 了一 个宝 贵 的小 钻柱检测 程 序 ，同时也 引起 了混乱和 许多 误 解。最近 ，接头行 业 努力研 制 出了 钻柱 设计 与检 测 指 导 准 则r 一1 标 准 。I ] s 一1 使得 使用 者能有效地确定设计 中的诸 多问题 ， 并 快速 建立一个适 当的检 测程序 再 次 ，需要 有 一批 有实力 的卖主 来 支持 检满 及验证 程 序。推 荐的 审 计过 程是 所 有 卖主 钻 井 承包 商 、租 赁 公 司 、检 测 公 司 、 机修厂 、定 向公 司等 提 供设 备和机械装置。 最后 ，必需进 行技 术 培 训 与监督 。从 工 程师进行 设 计到 钻机班 组进 行 实际作 业 ，井 队人 员应 该 知 道 所选 用 的钻柱 是 经济 可 行 ， 方便实用 的。C o n o c o公司 在非州 西部作 业 的 资料表明改善卖主的产品质量，并改进井 队作业能 带来巨大的经济效益 。 获得新 的钻柱 当获得为将 来 的作 业而设 计 的新 型 AP I 钻柱部件 时 ，需 要详细 说 明其 机械 、金属 及 尺寸等方 面 的特 性 。其 中一些 完全 可 由 AP [ 标准确定 ，而另 一些 则 要提 高其标 准 。还有 一 些每 天都在使 用 的部 件 并没有 统 一 的 AP I 技术 规范 。除 了所 使用 的 AP I 材 料 外 ，这些 部件需 要 重新 考 察 其 设计 制 造 的假 设 条 件。 s h e l l E x p r o公 司的实 践 表明 ，在 为其 工 程项 目而 购买钻 柱部件 的过 程 中 ，加强这 些 技术 规范的要求 ，能 获得 巨大的经济效益。 对于 正常重 量 的钻杆 ，AP [ 完全 能 确 定 几个最重要 的特性 参数。然 而 ，某些 等级 的 既定特 性也许 会 因购买者 更 为详细 的技 术规 范说明而得 姒改善 。 在设法 得 到 AP I标 准 的 B HA 装 置 钻 铤及钻柱特型 接头 时 ，也 有一些 AP I 役 有 给定或列 为任选 特性 ，通 过调 节可 获得 经 济 效益 的参 数 材料 韧性 是能减 缓疲 劳 裂纹 的 扩展 并 使 材料在破 坏前 承受 更大 裂纹 的机 械性 能 。提 高钻杆 和 B HA部件材料 的韧性 值是 延长 其疲 劳 寿命和 克服其 破坏 主要 原 因的一项 非常 有 经济效 益的投 资。 除了通 过 用 内径 规 来 校 验井 眼 外 ，API 不能确定 B HA井眼 的线 向。购买者应 该验证 每个制 造商 的技术 规格所 允许 的井 眼居 中和 管体壁 厚的变 化 总量 这将 有助于 提供 一 个 更 平衡的 B HA，并减少 钻井 中的振动 。 尽管 A PI部 件 的应 力 减轻 特 性 是 任 选 的 ，我们还是推荐使 用它 以减 小 B } n 连接处 的疲 劳 应 力 DS - - - 1 TM 给 出 了 在 最 常 用 的 B HA连接处使用和 检测这些方法 的指 导。 AP I 在 “ 连接应力减轻特性” 的注 解中 ， 提到了丝扣 冷加 工 。井 指 出冷加 工会 改 善连 接的性 能 这 也 是 购 买 者 必 须指 定说 明 的 ， 增加连接 寿命 的一个推 荐过程 。 抗弯强度 比率 B S R 指 出 了紧 密 连接 中母 接 头 对 公 接 头 的 相 应 抗 弯 强 度 。 尽 管 AP I 给 出 了 专 用 钻 铤 的 B S R 定 义 ，但 并 没 有 解释这个 特性 的 用 途。A P【 R P7 G 更 详 细 的 讨论 了 R S R为 2 ． 5 1的平衡连 接 的情况 ，但 依据的是 预期 的钻 井条件 ，而 且设备 的尺 寸 B s R的 范 围可 能 已被 修 改 。Ds 一1 绐 出 了关 于 B S R范围及应如何应用 的指 导。 如前 面所 提 到的 ，AP I 仅 仅 给 出 了对 钻 杆 、钻铤 及钻 柱接 头的 要求 。 当购 买诸如 重 钻杆或租用其他成千种部件 如稳定器 、震 击器 等之一 时 ，必 须全 面考 虑到 制造 商 的 设计假设 条 件 ，材料 的机 械 及金 属性 能 ．以 及所 推荐 的承载能力 。 下转 第 4 2页 维普资讯 4 2 国外钻 井技术 第 l 4卷1 9 9 9卑第 4期 油层 含水 饱 和 度较 高 ，这 取 决 于 地 质条 件 。 K 0 ． 4的 产层 Kr I 3和 Kr 1 4中所 研 究参 数 的联系十分紧密 根 据阿 尔 兰油 田 B I T c k区油 井 的生 产结 果 ，对采用聚合 物溶液 和 泥浆 钻井油 层 的 产 油量 QH和 产水 量 QB 做 了统计分析 。研究 油 井生产结果的主要困难是几个 产层混合 生产 ， 产层 的数 量和 它们 的混 合具有 不稳 定 性。结 果与约 2 0 0 0口井 中仅 有限 的井 生 产 条件 相 似 比较平均 日产 油和 日产水 量 时 ，根 据最 初几个 月的生 产结 果 ，未 查 明泥 浆类 型 对油 层储集性 质的影响 图 4 结论 1 ． 分 析采用不同溶液 钻开碳 酸盐 岩地层 获得的测井 资料 时 ，未发 现 聚台 物 溶液 对 测 得的地质参数 的影 响。 2 ．由聚合物钻井液 中获得 的测井 资料 的 解释方法 ，与用泥 浆的测 井资料 解释 方 法设 有本质差别 只是 电测 资料解 释 可能要 求 考 虑渗淤带和渗淤带性质 。 3 ． 利用高矿化度地层 水制 备的聚 合物 钻 井液 ，是采用 电测 法 的有利 条件 。单位 电阻 低 0． 0 50． 0 8 Ore I ／ 1 的较 薄 渗 淤 带 ，实 际上对测量 的 电阻没有 影响 在 此情 况 下 电 测法 BK、B K3 显 示值 反映 地层 的单位 电 阻 ，这证 明 前 获得 的关 于 聚合 物钻 井液 对 测 井 显示值影响的研究结论 是正确 的。 4． 由于获得聚合物 的工 艺不 同 ，所 以不 同聚 台物 内含有浓度 为 1 OI 3 级 的不 可控混 合 物 ，这可能引起孔 隙度提高 12 ％。这 便是 由 中子 伽马测 井确 定孔 隙度 时可 能产生 的系 统误 差。这类误差可通过相应 校正来避 免。 5 ． 聚合 物 钻 井液 可 确保 井 筒 的稳 定 性 ． 提高 用泥浆 易 冲刷和破 坏 的泥岩 和裂缝 岩 层 段的测井 AK、F F K的信息 量 但 是这 些条件 下 由于 储层 无 渗滤泥 饼 ，缺少 高 质量 的储层标 志 ，这 时 划分 储 层 必须 根 据 K K m 的极 限值 进 行 ，这样 对 定量评 价 储层 增 加 了 难 度 6 ．比较用普通 泥浆 和 聚合物溶 液钻 开储 层的特征 ，能 反 映油 田地 质构 造 的特 点。 被 比较 参数间 有差 别是 因为油 层储集 性质 变化 很 大和平面饱 和 度变 化大 ，这一 特征 在碳 酸 盐岩剖 面比陆相 剖面更明显 。 7 ．巴什科尔斯坦地 区 采用聚 合物溶 液钻 开碳酸盐岩地层 时 ，储集 性质没有 变差 。 译 自 He p T n n o e x∞H c M 七 。 1 99 8． N0 6 上接 第 4 7页 结论 1 ． 保持 钻 柱失 效 的低 风 险性 是 困难 的。 因为事 实上 ，这要 有 为不 同公 司工作 的 不 同 学科技术人员在长时期 内才能 完成 。 2 ． 互 利合 作关系在成 功的钻 柱管理 中是 必 不 可 少 的 。 3． 在勘探 钻井项 目上 ，一根 钻杆柱 的 平 均费用趋向于增多 。 4 ． 在钻机作业过程 中 ，改善钻 柱 的检测 与处理工作有助 于保护 现有的钻柱部 件 5． 可把 一些能提高 经济 效益 的方法用 于 购买钻 柱的详 细说 明 中 ，以改 善 钻具 的性 能 同 A PI 最低要求 相 比 。 译 自 S PE 3 9 3 2 5 维普资讯