楊玉貴 劉兆年

(中海油研究總院有限責任公司， 北京 100027)

常用的定向井鉆井導向方式主要有滑動導向和旋轉(zhuǎn)導向?；瑒訉蜚@井比較成熟，在油田開發(fā)中應用廣泛，而旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)需租賃國外服務公司的工具及服務[1-4]。相較而言，滑動導向鉆井日費較低，但其機械鉆速較低，鉆井效率不高；旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)租賃成本較高，但其機械鉆速高，鉆井效率也相對較高。在定向井開發(fā)中，選用滑動導向還是旋轉(zhuǎn)導向，需要根據(jù)實際鉆井情況進行優(yōu)選[5-6]。

本次研究以渤海油田160口開發(fā)井的統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎，對旋轉(zhuǎn)導向和滑動導向的實際應用情況及其機械鉆速分布特征進行分析，篩除區(qū)域相似因素及次要影響因素，建立了以綜合機械鉆速和鉆井綜合日費為函數(shù)的定向井鉆具組合經(jīng)濟優(yōu)選模型。以中海油渤海地區(qū)定向井鉆井為例，確定經(jīng)濟高效的定向鉆井鉆具組合應用條件。

1 渤海地區(qū)定向井段機械鉆速分析

當?shù)刭|(zhì)條件、井眼軌跡、鉆井參數(shù)和泥漿性能等因素相近時，所用井下鉆具組合就成為影響定向井機械鉆速的重要因素。我們利用鉆井數(shù)據(jù)庫，對渤海地區(qū)2009年以來6個油田的部分定向井段基本數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計(見表1)。 共統(tǒng)計160口開發(fā)井，其中65%為水平井，其余35%為大斜度井和定向井，完鉆井深度為1 500～ 4 500 m。 定向鉆具組合有350個，其中旋轉(zhuǎn)導向(RSS)造斜鉆具組合有111個，滑動導向(PDM)造斜鉆具組合有239個。

統(tǒng)計并對比不同定向井段的RSS和PDM平均機械鉆速(ROP)(見圖1)，以及不同造斜井段平均機械鉆速隨深度的變化(見圖2)。 根據(jù)這2種定向鉆具組合在不同深度的機械鉆速分布，總結(jié)以下規(guī)律。

(1) 應用深度分布特征。PDM多應用于測深小于1 500 m的定向井段，而RSS更多地用于測深大于1 500 m的定向井段。測深小于1 500 m的PDM占全部PDM的82%，占同深度造斜鉆具組合的85%；而測深大于1 500 m的RSS占全部RSS的72%，占同深度定向井段鉆具組合的68%。

(2) 同深度范圍機械鉆速對比，以及機械鉆速深度敏感性特征。在同深度條件下，RSS的平均機械鉆速相比PDM普遍較高，且二者的差距隨深度加深而加大。同時，PDM對深度變化更敏感，其機械鉆速降幅遠大于RSS。在不同深度條件下，RSS平均機械鉆速相比PDM有不同程度的提高：在深度小于1 000 m的井段，提高了17%；在深度為1 000～1 500 m 的井段，提高了33%；在深度為1 500～2 000 m 的井段，提高了23%；在深度為2 000～2 500 m 的井段提高了97%。

表1 渤海地區(qū)6個油田的定向井段基本數(shù)據(jù)

圖1 渤海6個油田不同造斜井段平均ROP隨深度變化

圖2 PDM與RSS的平均ROP對比

2 定向鉆井鉆具組合經(jīng)濟優(yōu)選模型

按照與鉆井工期的關系，可以將鉆井費用分為與鉆井工期相關的費用部分和與鉆井工期無關的鉆井費用部分[7]。此處針對2種定向鉆具組合進行優(yōu)選，并考慮渤海地區(qū)鉆井作業(yè)的相似性，對模型予以簡化處理。模型只考慮與鉆進時間相關的鉆井費用部分，即定向井服務費和除去定向井服務費的鉆井綜合日費。與鉆進時間相關的鉆井綜合費用的計算公式如下：

單井鉆井綜合費用 = 鉆進時間×(鉆井綜合日費+定向井服務日費)

基于渤海一般鉆井服務費水平和平均機械鉆速統(tǒng)計結(jié)果，建立以綜合機械鉆速和鉆井綜合日費為函數(shù)的定向井鉆具組合經(jīng)濟優(yōu)選模型，見式(1)和式(2)：

(1)

(2)

式中：CPDM—— 與PDM鉆進時間相關的鉆井綜合費用，萬元；

CRSS—— 與RSS鉆進時間相關的鉆井綜合費用，萬元；

L—— 定向鉆井段長度，m；

vPDM——L井段PDM鉆進的平均機械鉆速，mh；

vRSS——L井段RSS鉆進的平均機械鉆速，mh；

C—— 不含定向井服務費而與鉆進時間相關的其他鉆井綜合日費，萬元。

3 案例計算與分析

為了快速確定不同鉆井條件下哪種鉆井工具更加經(jīng)濟高效，針對渤海地區(qū)建立了2種定向鉆井方式的單井鉆井綜合費用對比圖版(見圖3和圖4)。根據(jù)圖3可判斷不同鉆井綜合日費條件下，當定向井段長度不同時的優(yōu)選結(jié)果。以RSS與PDM鉆井綜合費用比λ所代表的虛線進行判斷，設λ=CRSSCPDM。當λ>1時(虛線以上)，采用PDM定向鉆井更經(jīng)濟合算；當λ<1(虛線以下)，采用RSS定向鉆井更經(jīng)濟高效。由圖4可得當C取100萬元時不同井段深度范圍下的定向井鉆具組合優(yōu)選結(jié)果。以此類推并綜合圖3可知，隨著鉆井綜合日費C的增加及井段深度的加深，RSS經(jīng)濟優(yōu)勢更突出。

圖3 不同鉆井綜合日費下的單井鉆井綜合費用比值

圖4 不同井深下的單井鉆井綜合費用比值

綜上所述，在鉆井綜合日費相同的情況下，λ隨著定向井段長度的增大和井深增加而減??；隨著鉆井綜合日費的增多，λ值逐漸減小。這說明RSS鉆進方式更適用于鉆井綜合日費較高、定向井段較長、井深較深的情況，而PDM則與此相反。

根據(jù)表2所示模型計算結(jié)果可知，在定向井段長度大于300 m 的前提下，綜合日費>40～120萬元時在井深大于2 000 m的井段，或綜合日費>120～200萬元時在井深>1 000 m的井段，或綜合日費>200萬元時在任何深度井段，采用RSS定向鉆井方式都要比采用PDM鉆井方式更加經(jīng)濟高效。相反，在定向井段長度小于800 m的前提下，鉆井綜合日費分別在>80～120、>30～80、0～30萬元時，對應的PDM定向鉆井經(jīng)濟應用井段井深依次為<1 000 m、<2 000 m、<2 500 m。一般而言，渤海地區(qū)定向井段長度為300～800 m，從經(jīng)濟、高效鉆井的角度考慮，當鉆井綜合日費大于200萬元時盡量采用RSS定向鉆井方式。

表2 PDM與RSS造斜鉆進方式的經(jīng)濟應用條件計算結(jié)果

4 結(jié) 語

(1) 渤海地區(qū)深度小于1 500 m的定向井段多采用滑動導向鉆具組合，深度大于1 500 m的定向井段多采用旋轉(zhuǎn)導向鉆具組合。在深度范圍相同的定向井段，旋轉(zhuǎn)導向機械鉆速普遍高于滑動導向機械鉆速，滑動導向鉆井機械鉆速對井深變化更敏感。

(2) 旋轉(zhuǎn)導向定向鉆井更適合用于鉆井綜合日費較高、定向井段較長、定向井井深較深的情況；反之，采用滑動導向鉆進方式更經(jīng)濟有效。

(3) 在渤海地區(qū)深度大于2 000 m的井段或鉆井日費超過200萬元時，采用旋轉(zhuǎn)導向(RSS)鉆井更經(jīng)濟高效；而鉆井日費低于120萬元時在井深小于1 000 m的井段采用滑動導向(PDM)鉆井更經(jīng)濟有效。