川东北地区空气钻井综合评价方法研究

理工学科是什么~

　　理工学科是指理学和工学两大学科。理工，是一个广大的领域包含物理、化学、生物、工程、天文、数学及前面六大类的各种运用与组合。
　　理学
　　理学是中国大学教育中重要的一支学科,是指研究自然物质运动基本规律的科学,大学理科毕业后通常即成为理学士。与文学、工学、教育学、历史学等并列，组成了我国的高等教育学科体系。
　　理学研究的内容广泛，本科专业通常有：数学与应用数学、信息与计算科学、物理学、应用物理学、化学、应用化学、生物科学、生物技术、天文学、地质学、地球化学、地理科学、资源环境与城乡规划管理、地理信息系统、地球物理学、大气科学、应用气象学、海洋科学、海洋技术、理论与应用力学、光学、材料物理、材料化学、环境科学、生态学、心理学、应用心理学、统计学等。

　　工学
　　工学是指工程学科的总称。包含 仪器仪表 能源动力 电气信息 交通运输 海洋工程 轻工纺织 航空航天 力学生物工程 农业工程 林业工程 公安技术 植物生产 地矿 材料 机械 食品 武器 土建 水利测绘 环境与安全 化工与制药 等专业。

楼主，不明白是什么问题啊？

闫 娜 张东清

（中国石化石油工程技术研究院，北京 100101）

摘 要 空气钻井具有提高钻速、降低井下井漏复杂性、减少材料消耗等优势，是川东北地区钻井提速的重要方式之一。本文从空气钻井应用的实际效果出发，分析研究空气钻井经济效益的表现形式，根据 “有无对比” 原则识别了空气钻井的费用与效益，界定了经济效益的测算范围和方法，并构建了综合评价的指标体系，以老君1井的应用为例进行了测算。该方法的应用可为气体钻井技术在川东北探区的推广应用及投资效益测算提供依据。

关键词 空气钻井 钻速 经济效益

Technical-economic Evaluation of Air Drillingin Northeastern Sichuan Basin

YAN Na，ZHANG Dongqing

（SINOPEC Research Institute of Petroleum Engineering，Beijing 100101，China）

Abstract Based on actual results of air drilling and the principle of‘withand without comparison’，this paper analyzed the economicbenefits of air drilling，defined the scopeand method of economic benefits calculation.Then，the benefits of using air drilling in well Laojun 1 was calculated.

Key words air drilling；penetrationrate；economicbenefits

川东北地区储层埋藏深，高温，高压，高含硫，陆相地层研磨性强、可钻性差，钻速低，高陡构造地层倾角大，易井斜；地层漏失严重，堵漏难度大，地层坍塌、掉块严重，井壁不稳定，这些问题的存在使钻井面临着诸多难题，严重制约着钻井速度的提高，为了加快川东北地区高效、安全、快速的勘探开发，中国石化在2005年年底引进了气体钻井技术，并在其应用的第一口井——老君1井——取得了较好的效果，机械钻速大幅度提高，创造了川东北地区机械钻速的新纪录，此后，空气钻井技术在川东北地区大面积推广应用，有效地解决了川东北地区的工程难点，为该区域提高勘探开发速度发找到了一条新途径。

空气钻井的推广有力地推进了中国石化石油工程技术的进步，但经济效益如何？是否在满足勘探开发需求和提升集团公司石油工程技术水平的同时，实现了良好的经济效益，做到 “提速又提效”，目前还没有公认的规范的评价方法。本文将从石油工程技术投入产出的特点出发，探讨石油工程新技术应用产生的经济效益测算和综合评价的方法。

1 石油工程技术投入产出的特点

1）石油工程的产出为钻井进尺或者井筒，钻井承包商与石油公司以钻井消耗加适当利润的方式结算，所以，石油工程的产出不能像其他产品一样具有盈利功能，其财务现金流量不能全面、真实地反映其产出的经济价值。

2）对于石油公司来说，石油工程属于费用中心，费用中心具有只考虑成本费用、只对可控成本承担责任、只对责任成本进行考核和控制的特点。

以上两个特点的存在，导致常用的以折现现金流为核心的经济评价方法不能用于空气钻井经济效益的评价，对空气钻井技术应用经济效益的评价应该围绕其对钻井成本产生的影响来进行。

石油工程技术经济评价的理论前提是费用与效益的对称关系，即放弃的效益就是成本，而避免的成本就是效益。明确基本目标是识别成本与收益的基本前提。效益与费用是相对于目标而言的，效益是对目标的贡献，费用是为实现目标所付出的代价。就空气钻井技术经济评价而言，目标是在技术水平提高的基础上，实现降本增效，费用是指由于使用空气钻井技术而增加的支出，效益则是其使用所带来的支出的减少，两者的差额为技术应用的直接经济效益。

2 空气钻井技术经济效益评价

2.1 空气钻井技术的优势分析

空气钻井的优势在于：

1）空气密度较小，与常规钻井液相比可明显降低对井底地层的压力，可大幅度提高机械钻速，缩短钻井周期。

2）常规泥浆密度大于1.00g/cm³，当泥浆压力大于地层压力时，容易出现井漏。气体钻井过程中，气柱压力远小于地层压力，能有效地避免井漏的发生。

3）气体钻井井底呈负压差，较小钻压即可大幅度提高机械钻速，提高了钻头的破岩效率，延长了钻头的使用时间。

4）气体钻井作业过程中避免了钻井液造成的污染，工作环境也变得清洁卫生。空气取之不尽，川东北地区井位多在山区，供水困难，环境保护难度大、代价高，使用空气钻井技术可节约用水、减少污染，有利于环境保护。

2.2 钻井成本动因分析

成本动因是指决定成本发生的重要的活动或事项。一般而言，成本动因支配着成本行动，决定着成本的产生，并可作为分配成本的标准。

根据成本发生的动因，可将钻井工程发生的成本划分为4种：

1）与井口数有关的费用，如施工补偿费、水电讯工程费、设备校安费等。

2）材料费，这类成本费用的特点是能量价分离，消耗数量多费用高、消耗数量少则费用低，钻井工程的材料费包括钻头、泥浆、油料、其他材料、套管、套管附件、水泥、水泥添加剂等。在钻前工程和完井工程中耗费的材料数量不多，直接计入其他材料费用项目中。

3）与时间有关的费用，其特点是随时间的延长而增加，如钻机日费，随钻机动用时间的增长而增加。钻机日费包括设备折旧、人员成本、设备修理费、耗材运费、营地费、第三方服务费、HSE费、管理费、风险费、钻具租赁费、井控设备租赁费。对于同样的钻机，钻进日费、待命日费、钻机中途测试日费和试油日费不同。

以上3项之和构成钻井的直接费用。

4）按直接费用的一定比例计提的费用。如分摊的企业管理费、科技进步费、HSE费，分别按直接费用的6％、1.5％、0.5％计提，合计为8％；风险、利润计提的基础是直接费用、企业管理费、科技进步费、HSE费几项之和，提取比例合计为11％。

经过这样的划分，新技术应用的经济效益就可按照 “有无对比” 增量分析的原则，通过新技术应用后各成本动因的变动来推算成本的增减，只要掌握前3种动因的变化量就可以推算出技术应用产生的效益，具体计算公式如下：

油气成藏理论与勘探开发技术：中国石化石油勘探开发研究院2011年博士后学术论坛文集.4

式中：m_i0为新技术使用前第i种材料的消耗量；p_i0为新技术使用前第i种材料的价格；m_i1为新技术使用后第i种材料的消耗量；p_i1为新技术使用后第i种材料的价格。

油气成藏理论与勘探开发技术：中国石化石油勘探开发研究院2011年博士后学术论坛文集.4

式中：△d_i为第i项服务消耗的时间变化量；r_i为第i项服务的费率。

油气成藏理论与勘探开发技术：中国石化石油勘探开发研究院2011年博士后学术论坛文集.4

发生事故、复杂等工程故障时，其损失包括两部分：(1)发生工程事故到解除事故正常运转时耽误的钻井时间；(2)处理事故所用的专用材料及直接损失的钻具等费用。

其计算公式为：

故障损失＝故障处理专用材料费用＋事故报废钻具平均残值＋故障损失钻井周期×钻机日费

2.3 空气钻井费用效益的识别

2.3.1 空气钻井增加的支出（费用）

目前，由于使用空气钻井而增加的支出主要由以下部分构成：

1）设备动迁费；

2）专用井口设备及技术服务费；

3）钻机作业日费：

钻机作业日费＝空气钻机工作时间×空气钻井钻机日费率

4）空气钻井设备待命日费：

空气钻井设备待命日费＝空气钻机待命时间×空气钻井钻机待命日费率

5）空气钻井设备燃油费，目前的空气钻井合同中，空气钻井设备的燃油费都按照实际消费额由被服务方承担。

燃油费＝空气钻机工作时间×燃油每天消耗量×燃油价格

6）由于以上项目的增加而增加的管理费，按式（4）计算。

2.3.2 空气钻井减少的支出（效益）

1）缩短钻井周期带来的效益：

缩短钻井周期带来的效益＝空气钻井比泥浆钻井缩短的钻井周期×泥浆钻井钻机日费

2）减少钻头使用带来的效益：

减少钻头使用带来的效益＝空气钻井比泥浆钻井减少的钻头使用×钻头单价

3）防止井漏，减少泥浆消耗带来的效益：钻井过程中发生漏失是钻井生产的世界级难题。实施气体钻井，钻井介质由钻井液变化为空气解决了钻进中的井漏问题。该部分效益的估算，应该在调查附近地区空气钻井井段相同层位、大致深度的井漏情况的基础上进行，通过调查井漏复杂发生的概率和平均的漏失量来计算空气钻井避免的潜在损失。

4）间接费用的下降，按照式（4）计算。

3 综合评价指标体系的建立

从勘探开发对钻井工程的需求来看，钻井既要按设计要求钻到目的层位，提供合格的井眼，在钻井过程中还要控制时间和原料的消耗，实现效益最大化，同时还要兼顾健康、环保和安全方面的更高要求。这些要求互相关联、互相牵制，有些同向升降，有些此消彼长，共同决定着钻井技术的应用效果。目标和效果都具有多维性的系统，追求的是效果的整体优化，而不是某一项或几项指标的最优，单纯基于技术应用效果或财务指标的考核，不能体现技术应用的全部效果，对于空气钻井技术应用的综合评价必须要结合勘探开发对钻井的需求，对技术应用效果进行全方位、多角度的考察。

结合勘探开发对钻井技术的需求，可以建立以下的评价指标体系，对钻井施工过程进行综合评价：

油气成藏理论与勘探开发技术：中国石化石油勘探开发研究院2011年博士后学术论坛文集.4

运用层次分析法对子系统及其构成要素确定权重，通过一定的数学模型将多个评价指标值“合成” 为一个整体性的综合评价值，对目标技术进行综合评价。

4 老君1井空气钻井经济效益的测算

老君1井是中国石化采用空气钻井的第一口井，空气钻井井段：762.00～3253.70m，进尺：2491.7m，空气钻井地层为蓬莱镇组至千佛崖组，空气钻井工作时间：23d，纯钻时间：219.08h，平均机械钻速：11.37m/h，同比邻井相同井段，空气钻井比钻井液钻井平均机械钻速提高了7倍，该井段比设计钻井周期减少105.14d，节约11只钻头。

4.1 使用空气钻井增加的支出

1）设备动迁费：22万元。

2）空气钻井专用井口设备及技术服务费：70万元。

3）钻机日费：φ311～φ316mm井眼，空气钻井作业日费：8万元/天（不含燃油），

空气钻井23天：23×8＝184万元

4）设备待命日费：4万元/天（钻井过程中正常的非进尺时间不算待命）。空气钻井过程中发生了3次钻铤断裂事故，损失时间74h。

74/24×4＝12万元

5）燃油费：23×5.8×4700＝63万元

6）由于以上各项增加而增加的管理费：351×0.08＋351×（1＋0.08）×0.11 ＝69.78万元

费用合计为420.78万元。

4.2 使用空气钻井减少的支出

1）由于钻井周期缩短减少的70d钻机作业日费

10.65×105.14＝1119.74万元

按照2007年中国石化集团公司颁布的川东北地区钻机定额标准，70d钻机常规钻井液常规钻井作业日费定额为100541.79元，实际上大部分井的消耗远大于此值，取保守数据10.05万元，另外加0.6万元的录井日费。

2）钻头费用：11×4.33＝47.6万元

3）减少的井漏费用：川东北地区地质构造复杂，钻探过程中，中上部地层硬度大，构造陡，地层破碎，断层多，裂缝孔隙发育，产层多，同一裸眼井段压力系数相差悬殊，井漏频繁，已钻构造均发生不同程度的井漏，98％的完钻井有井漏显示。据统计，沙溪庙组至石炭系各层均有不同程度的井漏，其中沙溪庙组、须家河组、飞仙关组及长兴组井漏最频繁。通过对本空气钻井的井段（蓬莱镇组至千佛崖组）井漏复杂情况进行统计调查，运用 “有无对比法” 推算如果没有空气钻井可能发生的漏失量。对川东北地区81口井的243次井漏复杂情况进行统计调查发现，这81口井中在调查层段没有发生井漏的有9口，发生井漏的概率为91.9％，不发生井漏的概率为8.1％，其余74口井的平均漏失量为610.62m³。

按照概率统计的方法计算空气钻井减少的泥浆潜在消耗量为：611×0.919 ＋0×0.081 ＝561.5 m³

按照该地层常用泥浆的密度和成本价格，按1300元/m³估算，则漏失泥浆费用为：

561.5×1300＝729950元

防治井漏，减少泥浆消耗带来的效益约为73万元。

上述3项合计：1240万元。

4）减少的间接费用：据式（4）计算得：1240×0.08＋1240×（1＋0.08）×0.11＝246.52万元

效益合计为：1486.51万元。

4.3 老君1井使用空气钻井产生的净收益

效益与费用之差：1486.51-420.78＝1065.73万元

该指标说明，空气钻井技术的应用使得老君1井的单井成本降低了1065.73万元。

空气钻井投入收益率＝空气钻井应用净收益/空气钻井增加的支出

1065.73/420.78＝2.53

4.4 效益结构分析

分析其经济效益可发现，空气钻井产生的经济效益，有90.3％来自日费的节约，有9.7％来源于材料消耗的减少。

4.5 效益敏感度分析

针对空气钻井技术经济效益的主要影响因素，即钻速、空气钻井日费率、材料价格，进行敏感性分析，可以发现，在变化率相同的情况下，经济效益最敏感的因素是钻速，其次为钻井日费率，对钻头和柴油价格的敏感度较低。计算结果见表1至表3。

表1 经济效益对机械钻速的敏感性分析

表2 经济效益对钻机日费率的敏感性分析

表3 经济效益对钻头价格的敏感性分析

另外，钻井速度加快，可以节约石油工程投资，使油田提前投产，提高油田项目的最终收益。利用某油田的产量曲线，利用净现金流法，计算该油田净收益发现，提速前为1623.4万美元，提速后为1976.6万美元，提高了最终收益。

5 结论与认识

通过空气钻井技术增加的支出与减少支出的对比发现，空气钻井的使用不仅大幅度提高了机械钻速，而且产生了较好的经济效益，降低了单井成本，实现了提速又提效。空气钻井经济效益绝大部分来源于钻速提高引起的钻井周期的缩短，老君1井是采用空气钻井工具的第一口井，钻进中采用的下部钻具组合还在摸索阶段，在前期发生了3次钻铤断裂事故，复杂的处理降低了钻井时效，随着空气钻井使用经验的逐渐积累，此类复杂情况会逐渐减少，而经济净收益对机械钻速和纯钻时效的敏感性最大，随着这两项的提高，经济效益将会有明显的提升。

运用这种方法进行空气钻井经济效益的测算，只需掌握技术指标就能推算出经济效益，而且计算简单，方法运用的关键在于科学地识别费用与效益，在统一口径的基础上，完整全面地进行费用与效益的比较。

参考文献

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