浅谈强化钻井参数对现场设备的影响

余红杰，马升平

（中国石油集团川庆钻探工程有限公司，四川成都 610051）

1 强化参数促进钻井提速

面临国内油气勘探业务量大、任务重，勘探开发工程技术的新要求越来越高，为实现油气增储上产，钻井提速提效是大势所趋，也是发展的必由之路，而强化钻井参数是提高钻井速度的一项重要的基础工作。在北美页岩气水平井提速上，钻井参数采用大钻压、大排量、大扭矩、高泵压、高转速的措施，在提高机械转速、保证携砂效果、降低井下复杂事故等效果上作用巨大，配合工厂化钻井、高造斜率旋转导向钻井系统和个性化技术，锐减水平井平均钻井周期40以上。

在不断探索与实践中，国内钻井提速取得了较好成绩，特别是川渝页岩气水平井钻井提速成效显著。通过推行“三大两高”强化参数钻井，规模应用精细控压、“预分法”防碰，“一趟钻”等优快钻井技术，深井、水平井平均建井周期分别缩短28%、20%。但与国际先进水平相比，国内提升的速度还极为缓慢，钻井参数整体偏低，主要是设备整体性能、钻井工具、工艺流程等因素制约了钻井提速。

2 参数强化促使装备发展

近两年，为了满足钻井提速要求，各勘探公司在各作业区域实施不同程度的强化钻井参数，区域指标持续突破。但钻井提速的背后带来的设备考验和损害，以及是否带来综合经济效益的大幅提升等问题未深入探究。盲目抢进度，容易忽视强化参数带来的设备隐患和安全。一方面，设备配套发展跟不上钻井参数强化，成为制约钻井提速的重要矛盾，另一方面，也促使了装备的发展。

在川渝页岩气区块，浅层页岩气开发主要应用5000 m 钻机。随着钻井参数强化，同时考虑到设备改造成本，主要对钻机进行局部改造，重点是高压设备的更替和改造，包括钻井泵液力端的升级，高压管线的更换等改造，以及配套顶驱替代转盘作业等。同时，响应集团公司大力推进自动化建设，自动化钻机的引进和新技术新产品的应用，进一步提升设备新度系数和性能参数，已逐步满足钻井需求。

3 参数强化对设备的影响

3.1 对设备整体性能的影响

钻机的局部改造并未改变钻机的性能参数，而钻井参数强化加大了对钻机未被改造部分的考验。由于升级改造部分主要在循环系统，而动力系统和传动系统等未改造，参数强化影响了设备的使用寿命和使用效果。长时间、重负荷使用会加速性能参数的下降和降低钻机全生命使用周期，造成钻机长远经济效益下降。因此，钻井参数强化对钻机综合性能的影响还缺乏一套科学、完善的评价方法。

3.2 对单体设备的影响

钻井参数强化对单体设备的影响，主要体现在加速了零部件和易损件的磨损、腐蚀和变形，影响其使用寿命，缩短了零部件的维保修周期。例如钻井泵的使用，钻井参数强化后，高负荷运行下的钻井泵，轴承、密封件等磨损加快，缩短了使用寿命，泥浆泵维修频次增加，增加了维修成本。易损件更换周期大幅缩短，人工劳动强度加大，增加了材料消耗成本。初步统计，参数强化造成钻井泵维修频率增加20%40%，特别在深井和重负载的情况下，设备故障造成的停机和易损件更换大幅增加。

3.3 对管汇和钻柱的影响

高泵压对地面管汇的主要影响是对盘根的刺坏和闸门的刺漏，缩短了使用寿命，加大了维修强度，增加了材料成本。例如在页岩气区域钻井，特别是深井段油基泥浆作业过程中，高泵压对管线、闸门、顶驱冲管等刺漏加剧，平均12 d 就需要更换冲管和管线的盘根，设备维修次数提高了50%。高泵压、大扭矩对井内钻具的主要影响是钻具刺漏甚至刺断，加大了钻具事故的概率。为了有效控制钻具事故，需更换性能更好的S135 钢级的双台阶钻杆（其中5.5 英寸钻杆上扣扭矩接近6 kN·m），大扭矩上卸扣加大了对井口设备的考验，出现井口液气大钳漏油严重和检修频繁，甚至起下钻停工维修，影响生产作业效率。

虽然强化钻井参数对钻井提速有明显效果，但“三大两高”参数对螺杆寿命、旋转导向设备、钻头等提出了更高的要求，特别是螺杆故障率明显攀升，出现井下脱扣、马达损坏等情况。同时，强化参数大幅缩短了钻头加速磨损时间段，在页岩气区域多井次出现钻头胎体严重磨损、甚至掉齿和刀翼断裂，不得已进行井下打捞。

3.4 对综合效益的影响

钻井参数强化对钻井综合效益是一把双刃剑，合理的钻井参数强化，可缩短钻井周期，经济效益提升显著；不合理甚至过度的钻井参数强化，会造成大量成本浪费和能耗的损失，不仅不会带来经济效益的提高，还会加速对设备的损害。因此，钻机参数强化要结合现场实际情况合理调节，要因井制宜。例如，在硬地层中钻进，钻头攻击性不强，产生的岩屑较少，采取“三大两高”的参数作业，是浪费能耗和成本。

4 合理化建议

基于现有设备或局部改造设备情况下的钻井参数强化，虽钻井提速提效显著，但对设备损害也大幅提高，加大了员工的劳动强度，总体经济效益不一定大幅提高。为满足现行钻井参数强化的需求，需进一步提升设备的性能参数和运行的可靠性，加强设备全生命周期管理，为参数强化提供可靠的设备保障。同时，进一步引进新技术和新工艺，强化工艺技术措施和新产品的应用，最终达到钻井参数强化带来的总体经济效益的大幅提高。

4.1 提升机械化建设能力，推动装备技术升级。

要满足钻井参数的强化，在装备支撑上，主要是泥浆泵和高压管汇、闸阀等升级改造和新产品的引进。

（1）在考虑改造成本的基础上，实施原有设备的升级改造，满足钻井参数强化的需求。例如，通过改造原泥浆泵液力端，保留动力端，满足钻井参数强化的需求。

（2）加强新设备的引进，提升设备的性能参数。例如，高压五缸钻井泵的使用，可提高排量、作业效率，降低钻井泵压力波动。排量同比提升15%，波动减少60%，液力端易损件延长寿命20%以上，满足了超深井作业高泵压、大排量的要求。

（3）强化易损件新产品的应用，降低员工劳动强度，提高生产时效。例如，泥浆泵采用新型陶瓷缸套替换金属缸套。陶瓷具有良好的耐高温、耐磨、耐腐蚀性能，平均使用寿命在4000 h 以上，是双金属缸套的78 倍；价格为双金属缸套的3.7 倍，平均使用费用比双金属缸套节省47%，性价比明显占优。

4.2 合理强化钻井参数，促进综合效益提升

钻井参数的选择，对钻井提速提效和节能减排至关重要。在生产过程中，要根据生产情况进行合理调节和优化，才能实现经济效益最大化。例如，在较硬地层的钻进中，过高的强化参数，不会明显提高钻时，还会带来钻头的加速磨损、能耗的大量使用、井下钻具事故风险提高等问题。由此可见，合理的强化钻井参数对综合效益的提升至关重要。因此，在区域钻井过程中，简析强化钻井参数理论,结合实钻资料，统计分析各层段钻速与钻压、转速、泵压、排量的关系,并按层位优选出有利于提高钻井速度的钻井参数及水力参数区间,形成区域适用的技术模版，进而固化和推广。目前，川庆钻探在川渝页岩气威远区块编制形成了《威远区块页岩气井钻完井提速模板》，结合页岩气井的实钻数据,根据页岩气井不同开次的特点,开展钻井参数强化，钻井提速效果明显，多次刷新区域指标。

4.3 强化新工艺应用，满足强化钻井参数需求

钻井参数的强化，主要是大钻压、大排量、高转速、高泵压，其中排量和泵压两者关系密切。排量由泵本身决定，泵压的大小由循环系统的负载决定，因此在大排量不变的情况下，改变循环系统负载，可满足参数强化，同时降低设备负荷，可通过优化泥浆性能、采用非API 大水眼钻具、优化井身结构设计、钻头及井下工具合理选择等措施实现。特别是非API 大水眼钻具使用和泥浆性能优化，是钻井作业现场满足参数强化的主要手段。水平井、深井及超深井在使用油基泥浆时，比水基泥浆润滑性更好、更轻质，且抗高温、抗侵蚀好，同排量情况下，泵压明显较低。在排量不变的情况下，大水眼钻具的使用，可显著降低泵压，满足作业现场进一步提升排量的需求，保持井眼的清洁。

5 结束语

钻井行业的提质增效是实现油气资源增储上产的必由之路，是油气工程技术服务公司发展的必要条件。钻井参数的强化，满足了“三大两高”参数要求，促使钻井提速效果显著，是当前形势下提速的重要手段之一。提速势在必行，但需量力而行。若以牺牲设备为代价，还会埋下安全隐患。因此，为了满足钻井参数需求，需要进一步升级装备技术、优化技术，及新产品和新技术的应用，根据设备的支撑性和工艺措施的可靠性，合理强化钻井参数，实现综合经济效益最大化。