基于马达效率表征值的导向钻井方式优选

孙连坡 庹海洋

中海石油（中国）有限公司天津分公司

目前，导向钻井方式主要有旋转导向钻井和马达导向钻井两种，且二者使用范围有很大重合区域［1］。与传统的马达导向相比，旋转导向钻井技术在钻井过程中，井下工具一直处于旋转状态，有利于井眼的清洁以及井壁的光滑、提高水平段的延伸能力、提高机械钻速，尤其适用于深井、大位移井及三维复杂结构井等特殊工艺井的应用［2-5］。但对于定向井、水平位移较小的水平井而言 ，马达滑动导向钻井技术具有较大成本优势。据统计，水平井导向钻井服务费占总钻井费用的10%左右，有必要论证低成本、低效率马达导向钻井技术与高成本、高效率旋转导向钻井技术的经济平衡点，为选择导向钻井方式提供高效、科学依据。

1 导向钻井方式优选方法

Selection method for steering drilling modes

钻井平均日进尺是钻头每天钻进的累计长度的平均值，是钻井效率的直接体现。由于马达导向钻井方式效率较旋转导向钻井方式效率低，可以用平均日进尺体现两种导向钻井方式的效率差异。该效率差异直接导致工期不同、费用变化。针对具体项目，对比两种导向方式的经济性，结合马达导向适用范围，最终优选出最优的导向钻井方式。

1.1 相关参数

Relevant parameters

（1）马达导向平均日进尺Md马达。Md马达为特定区块、井型、井段，使用马达导向方式钻井的平均日进尺，是根据多口井实钻数据统计求取的平均值。

（2）旋转导向平均日进尺Md旋转。Md旋转为特定区块、井型、井段，使用旋转导向方式钻井的平均日进尺，是根据多口井实钻数据统计求取的平均值。

（3）时间综合日费Ct。综合日费C为钻井作业平均每天产生的钻井服务、钻井器材、间接和不可预见费的总和，时间综合日费Ct是与时间相关的平均每天费用，本文简化为除钻井器材费外的日费。

（4）马达效率表征值E。马达效率表征值E是一个表征2种导向方式效率差异的百分数，为特定区块、井型、井段的马达导向平均日进尺与旋转导向平均日进尺的比值。

（5）马达效率表征值平衡点E0。马达效率表征值E的平衡点E0为2种导向方式总费用相等时的E值。

1.2 优选步骤

Selection procedure

（1）对本地区或类似区块、井型、井段的实钻数据进行统计，得到两种导向方式的平均日进尺Md马达、Md旋转。

（2）按照效率表征值E换算由效率差距造成的时间成本，并按照时间综合日费Ct进行折算，并累加到低效率的马达导向钻井方式的费用上。

（3）对比分析旋转导向方式的费用与折算的马达导向方式的费用，从而优选出一种经济性更好的导向方式。

（4）对不同马达效率表征值E和不同施工周期的情况，按照上述方法进行扩展计算，并制作导向方式日进尺对比法选择图版。

（5）根据现场具体情况，核实是否在旋转导向或马达导向适用范围内，最终确定最优的导向钻井方式。

1.3 优选结果

Selection result

从上面优选过程可以发现，时间综合日费Ct是马达导向钻井折算费用最大影响因素。当时间综合日费逐渐降低时，马达导向钻井折算费用也降低，当降低到两种导向方式费用相等时，其对应的马达导向效率表征值E为E0。通过分析可以得到以下结果：

（1）当实际项目的马达效率表征值E大于平衡点E0时，选择马达导向方式（费用更低）；

（2）当实际项目的马达效率表征值E小于平衡点E0时，选择旋转导向方式（费用更低）。

2 导向钻井方式优选实例

Case of steering drilling mode selection

2.1 参数计算

Parametric calculation

以SZ36-1油田井深小于2 500 m的水平井水平段为例，统计马达导向和旋转导向的机械钻速、日进尺、钻井周期等参数（见表1、表2）。

根据统计，马达导向平均日进尺334.2 m，旋转导向平均日进尺462.5 m。

2.2 马达效率表征值E和平衡点E0计算

Calculation of motor efficiency characterization value (E) and equilibrium point (E0)

根据统计的2种导向钻井方式的平均日进尺，代入公式（1），得到马达效率表征值E为72.26%。E0为2种导向方式总费用相等时的E值，根据计算发现E0随时间综合日费的增大呈指数关系增大，具体关系如图1。

当时间综合日费为90万元时，E0大于马达实际E值72.26%，选旋转导向钻井省钱；当时间综合日费降低为70万元时，E0小于马达实际E值72.26%，马达导向钻井经济性更好。

表1 SZ36-1油田水平井水平段马达导向钻井数据统计Table 1 Statistics of steering motor drilling data of the horizontal section in the horizontal well in SZ36-1 Oilfield

表2 SZ36-1油田水平井水平段旋转导向钻井数据统计Table 2 Statistics of rotary steering drilling data of the horizontal section in the horizontal well in SZ36-1 Oilfield

图1 效率表征值E敏感性分析Fig. 1 Sensitivity analysis on efficiency characterization value (E)

2.3 选择图版绘制

Preparation of selection chart

按照上述方法，针对不同效率表征值E和不同施工周期的情况，分别计算并制作导向方式日进尺对比法选择图版（见表3）。假设某井导向施工周期为3 d，马达效率表征值为73%，在图版中可以发现位于马达导向适用区，选择马达导向经济性更好；若施工周期为1 d，马达效率表征值73%不变，在图版中可以发现位于旋转导向适用区，选择旋转导向经济性更好。

表3 日进尺对比法选择图版Table 3 Selection chart based on daily footage comparison

针对该区块、井型，得出结论：（1）马达效率表征值E≥75%，选用马达费用低；（2）马达效率表征值E≤70%，选用旋转导向的费用低；（3）马达效率表征值E在70%～75%之间，导向方式决定于导向钻井施工周期。

2.4 适用范围校核

Check of application range

渤海油田浅井、深井上部井段通常采用马达导向钻井方式，深井下部井段主要采用旋转导向钻井方式。马达导向钻井最大的技术难点是滑动摩阻大，滑动导向钻进效率低、风险大。随着井段的延伸，钻具各段受到的摩阻增加，当超过一定值时，钻压无法有效加至钻头上，甚至无法滑动钻进［6-7］。使用WELLPLAN软件，根据渤海油田已钻井经验，套管内摩擦因数取0.25、裸眼段摩阻因数取0.35，模拟计算不同井深、不同水平段长的水平井的马达导向钻井滑动摩阻，见表4。

根据大量已钻井定向施工经验和理论分析，当滑动摩阻大于200 kN时，马达滑动托压严重，钻进效率低。结合前面滑动摩阻计算结果，得到马达导向钻井的适用范围：（1）井深小于2 000 m的水平井；（2）井深小于2 500 m且水平段长小于450 m的水平井；（3）井深小于3 000 m且水平段长小于150 m的水平井。

表4 不同井深不同水平段长的水平井滑动摩阻值Table 4 Sliding friction of horizontal wells with different well depths and horizontal section lengths

由于SZ36-1油田井深一般小于2 500 m、水平段小于450 m，马达导向适用该区块导向钻井施工，对日进尺对比法选择马达导向或者旋转导向钻井方式没有限制。

3 结论及建议

Conclusions and suggestions

（1）马达导向和旋转导向钻井是目前常用的两种导向钻井技术，两者间的经济性受综合日费、施工周期、定价机制的影响最大。

（2）平均日进尺比值——效率表征值E体现了2种导向方式效率的差距，结合实际区块、井型的综合日费，能够作为导向钻井方式选择的指标，进行快速定量经济评价；随着综合日费的升高，效率表征值平衡点E0逐渐升高，马达导向钻井方式的经济性变差、适用范围变小，反之亦然。

（3）对特定区块，需要一定的样本对马达效率表征值E进行统计计算，若缺乏实钻数据样本，可以借鉴类似区块、类似井型的相关资料进行经济评价。

（4）渤海油田几十口井的实际应用表明，导向方式选择方法科学合理、快捷方便，绘制的导向方式选择图版便于该方法在前期研究、基本设计、项目管理中推广应用。提出的经济评价方法适用于钻完井施工中所有的“两高、两低”工艺技术、工具、仪器的快速经济评价。

（5）建议进一步优化BHA设计，配套价格较低、质量有保障的提速提效工具，大幅提高马达滑动导向钻井效率，提高马达导向钻井适用范围，进一步降低钻井成本。

［1］董星亮，曹式敬，唐海雄. 海洋钻井手册［M］. 北京：石油工业出版社，2011：304-308.

DONG Xingliang, CAO Shijing, TANG Haixiong. Ocean drilling handbook［M］. Beijing: Petroleum Industry Press, 2011: 304-308.

［2］熊伟，李根生. 转速控制导向技术在非常规油气藏中的应用［J］. 石油机械，2013，41（10）：104-107.

XIONG Wei, LI Gensheng. Rotation speed-controlled steering drilling technology［J］. China Petroleum Machinery, 2013, 41（10）: 104-107.

［3］徐泓，刘匡晓，郭瑞昌，司娜，杨峰，蔡瑞达. 旋转导向技术在元坝超深水平井的应用［J］. 钻采工艺，2012，35（2）：25-27.

XU Hong, LIU Kuangxiao, GUO Ruichang, SI Na,YANG Feng, CAI Ruida. Application of rotary steering technology in ultra-deep horizontal well in Yuanba Area［J］. Drilling & Production Technology, 2012, 35（2）: 25-27.

［4］高德利，狄勤丰，张武辇. 南海西江大位移井定向控制技术研究［J］. 石油钻采工艺，2004，26（2）：1-4.

GAO Deli, DI Qinfeng, ZHANG Wunian. Study on directional control technology for Xijiang Extended-reach Wells in South China Sea［J］. Oil Drilling & Production Technology, 2004, 26（2）: 1-4.

［5］田志欣，李文金，雷鸿，高天云，黄南.大位移定向钻井工艺在PY10-8/5油田的应用［J］.石油钻采工艺，2017，39（1）：42-46.

TIAN Zhixin, LI Wenjin, LEI Hong, GAO Tianyun,HUANG Nan. Application of extended-reach directional well drilling technology in PY10-8/5 Oilfield［J］. OIL Drilling & Production Technology, 2017, 39(1): 42-46.

［6］梁奇敏，周芷仪，吴秋来，何奇，刘新云，耿东士.浅谈螺杆钻具的选择［J］.石油机械，2017，45（2）：28-31.

LIANG Qimin, ZHOU Zhiyi, WU Qiulai, HE Qi, LIU Xinyun, GENG Dongshi. Discussion on the selection of PDM［J］. China Petroleum Machinery, 2017, 45(2): 28-31.

［7］李龙，王磊，王成林，陈聪，刘和兴. Power Drive Xceed新型旋转导向工具在南海西部的首次应用［J］. 石油钻采工艺，2010，32（5）：24-27.

LI Long, WANG Lei, WANG Chenglin, CHEN Cong, LIU Hexing. First application of the new-style rotary steering tool, Power Drive Xceed, in west of South China Sea［J］.Oil Drilling & Production Technology, 2010, 32（5）: 24-27.