2024年3月23日发(作者：忻晨希)
2021年第4期
技术研究
基于MSE的钻井参数优化方法在艾湖2井区的应用
郭志奇 韩丹 辛勇
中国石油集团西部钻探工程有限公司工程技术研究院 新疆 克拉玛依 834000
摘要：玛湖油田作为世界上面积最大的砾岩油区，油层分布受岩性、物性、构造等多重因素影响，油层展布预测难度
大，钻井条件复杂。为进一步提升玛湖油田水平井机械钻速，缩短钻井周期，在玛湖油田艾湖2井区三开井段引入机械比能
理论（MSE）钻井参数优化方法，介绍了MSE优化理论及优化流程。累计在艾湖2井区应用4口井，三开平均钻井周期由优
化前的42.95d降至36.34d，综合提速15.39%，提速效果明显。
关键词：机械比能理论 艾湖2 参数优化
Application of MSE-based drilling parameter optimization in Aihu 2 well area
Guo Zhiqi，Han Dan，Xin Yong
Engineering Research Institute of China National Petroleum Corporation Xibu Drilling Engineering Co.，Ltd.，
Xinjiang Karamay 834000
Abstract：As the largest conglomerate oil area in the world，The reservoir distribution in Marhu Oilfield is affected by
multiple factors such as lithology，physical property and structure. It is difficult to predict reservoir distribution and complicated
drilling conditions. In order to further improve the mechanical drilling rate and reduce the drilling cycle of horizontal Wells in Mahu
Oilfield，the MSE drilling parameter optimization method was introduced in the third spud of Aihu 2 well area in Mahu Oilfield，
and the MSE optimization theory and optimization process were introduced. A total of 4 Wells have been applied in The Aihu 2 well
area. The average drilling cycle of the third spud has been reduced from 42.95d before optimization to 36.34d. The comprehensive
speed increase is 15.39%，with obvious speed increase effect.
Keywords：MSE；Aihu2；Parameter optimization
新疆玛湖油田作为世界上面积最大的砾岩油
区，油层分布受岩性、物性、构造等多重因素影
响，油层展布预测难度大，钻井条件复杂
[1]
。经过
近几年的持续探索与实践，玛湖油田钻井指标较以
往有了很大的提升。在中石油低成本开发的战略背
景下，需要进一步挖掘提速潜力，寻求一种不增加
新的钻井工艺投入的前提下实现提速目的的方法。
机械比能理论（MSE，Mechical Specific Energy）是
一种可用于随钻评价钻井效率和识别井底工况的有
效方法，为此，在玛湖油田艾湖2井区引入此评价方
法，通过监测MSE实时曲线，优化钻井参数，在不
改变现有钻井工艺，不增加成本的前提下，实现提
高机械钻速，缩短钻井周期的目的。
1 MSE理论介绍及优化流程
MSE理论由于1964年提出，他认为，当
所有的输入机械比能都用于破碎岩石时，此时钻井
效率最大，可认为最小机械比能等于岩石侧限抗压
强度。但由于实际钻井过程中，机械能在传递过程
中必然经过大量的损耗，实际机械比能大于岩石侧
限抗压强度。Teale机械比能模型为
[2]
：
MSE=
W120
π
nT
+
A
b
A
b
v
（1）
式中：MSE—机械比能值，kpsi；
W
—钻压，kN；
n
—顶驱转速，r/min；
T
—扭矩，kN·m；
A
b
—钻头面积，in
2
；
v
—机械钻速，m/h。
在实际应用中，比能值越低说明钻头破岩效率
越高，钻进参数越合理，钻井效率越高。通过调整
钻压及转速参数，找出设备允许情况下MSE值最低
的钻井参数，此时机械钻速较优化前快，钻头在井
底破岩效率亦较优化前高。优化流程如图1所示。
先进行转速分步测试排除钻具组合共振频率转
速，再进行钻压分步测试，找出综合MSE值最低的
钻井参数，即为优化后需执行的工程参数。
图1 分步测试优化流程
基金项目：西部钻探公司级项目——基于快速钻井理论和数据分析的钻井优化研究与应用（编号：
2020XZ005）。
67
技术研究
2 MSE优化实践及效果
2.1 目标井概况
玛湖油田艾湖2井区目标井AHHW2XXX井
为一口采油水平井，三开井身结构，设计斜深
5446.57m，垂深3351.03m，目的层为三叠系百口
泉组T
1
b
1
2
，设计造斜点井深为2600m，A点井深
为3444.19m，水平段长2002.48m，最大井斜角
87.19°，自三开造斜点开始进行MSE钻井优化。
2021年第4期
稳定，瞬时钻由原来的15.49min/m降至9.36min/m。
表明60rpm/90kN钻进参数组合下MSE基准值低且稳
定，钻头破岩效率高，钻时降低，机械钻速升高。
2.3 艾湖2井区实践效果
2020年在艾湖2井区累计应用MSE钻井参数优
化4口井，累计进行分步测试优化79次，平均每口
井进行分步测试优化19.75次，4口井三开平均钻井
周期由MSE优化前的42.95d降至36.34d，综合提速
15.39%，提速效果明显。
2.2 目标井优化实践
如图2所示，自井深3435.33~3439.49m进行钻
压分步测试，保持顶驱转速为60r/min不变，钻压
依次由50kN调整为70kN、90kN（80kN已在转速分
步测试时测试过，钻压分步测试时跳过此参数）。
观察MSE基准值由原来的120kpsi降至60kpsi并保持
3 结束语
（1）MSE钻井参数优化方法能够在不改变现
有钻井工艺，不增加成本的情况下实现提高机械钻
速，缩短钻井周期的目的。
（2）MSE钻井参数优化方法在艾湖2井区累
计应用4口井，三开平均钻井周期由MSE优化前的
42.95d降至36.34d，综合提速15.39%，提速效果明
显。
参考文献
[1]邹灵战，邹灵雄，等.玛湖砂砾岩致密油水平井
钻井技术[J].新疆石油天然气，2018，4：19-24.
[2]陈绪跃，樊洪海，等.机械比能理论及其在钻井
工程中的应用[J].钻采工艺，2015，38（ 1）：6 -10.
作者简介
郭志奇，男，工程师，主要从事钻井工程及现场技
术支持工作。
图2 优选钻井参数软件界面
（上接第152页）
情况来看，越来越多的防腐工艺应用到了管线防腐处
理中，如渗铝锌技术、表面渗透技术等。这些技术在
实际应用中对于不同的使用场景、使用材料有着较高
的要求，因此在使用前需要做好技术可行性和适用性
的分析工作，而且许多技术在应用中还处于不断完善
的阶段，具备一定的局限性，这也要求应用前做好判
断工作，以提高分析结果的实用价值
[4]
。
工艺技术，有利于延长工艺管线的使用寿命。通过
采取合理措施来展开工艺管线腐蚀的防治处理，对
于延长工艺管线的使用寿命有着积极地作用。
参考文献
[1]黄振昊.输油站工艺管线的腐蚀管理探讨[J].
全面腐蚀控制，2020，34（5）：96-97.
[2]王元.油田地面集输管线腐蚀穿孔防治措施研
究[J].全面腐蚀控制，2020，34（4）：93-95.
[3]苗琳.埋地管线穿孔原因分析及防治措施[J].
化学工程与装备，2020（4）：205-206.
[4]郭敏.浅析高酸性湿气输送采气管线腐蚀分析
与防治措施[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39
（20）：12-13.
4 结束语
综上所述，完善腐蚀管理网络，有利于各项监
督管理工作的有序展开，做好定点防腐检测，可以
提升采集数据的及时性，加强运行防腐处理，能够
为工艺管线提供可靠防护，提高腐蚀控制力度，能
够延缓腐蚀问题带来的负面影响，合理选择防腐方
法，可以有效提升管线本身的防腐性能，更新改进
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2024年3月23日发(作者：忻晨希)
2021年第4期
技术研究
基于MSE的钻井参数优化方法在艾湖2井区的应用
郭志奇 韩丹 辛勇
中国石油集团西部钻探工程有限公司工程技术研究院 新疆 克拉玛依 834000
摘要：玛湖油田作为世界上面积最大的砾岩油区，油层分布受岩性、物性、构造等多重因素影响，油层展布预测难度
大，钻井条件复杂。为进一步提升玛湖油田水平井机械钻速，缩短钻井周期，在玛湖油田艾湖2井区三开井段引入机械比能
理论（MSE）钻井参数优化方法，介绍了MSE优化理论及优化流程。累计在艾湖2井区应用4口井，三开平均钻井周期由优
化前的42.95d降至36.34d，综合提速15.39%，提速效果明显。
关键词：机械比能理论 艾湖2 参数优化
Application of MSE-based drilling parameter optimization in Aihu 2 well area
Guo Zhiqi，Han Dan，Xin Yong
Engineering Research Institute of China National Petroleum Corporation Xibu Drilling Engineering Co.，Ltd.，
Xinjiang Karamay 834000
Abstract：As the largest conglomerate oil area in the world，The reservoir distribution in Marhu Oilfield is affected by
multiple factors such as lithology，physical property and structure. It is difficult to predict reservoir distribution and complicated
drilling conditions. In order to further improve the mechanical drilling rate and reduce the drilling cycle of horizontal Wells in Mahu
Oilfield，the MSE drilling parameter optimization method was introduced in the third spud of Aihu 2 well area in Mahu Oilfield，
and the MSE optimization theory and optimization process were introduced. A total of 4 Wells have been applied in The Aihu 2 well
area. The average drilling cycle of the third spud has been reduced from 42.95d before optimization to 36.34d. The comprehensive
speed increase is 15.39%，with obvious speed increase effect.
Keywords：MSE；Aihu2；Parameter optimization
新疆玛湖油田作为世界上面积最大的砾岩油
区，油层分布受岩性、物性、构造等多重因素影
响，油层展布预测难度大，钻井条件复杂
[1]
。经过
近几年的持续探索与实践，玛湖油田钻井指标较以
往有了很大的提升。在中石油低成本开发的战略背
景下，需要进一步挖掘提速潜力，寻求一种不增加
新的钻井工艺投入的前提下实现提速目的的方法。
机械比能理论（MSE，Mechical Specific Energy）是
一种可用于随钻评价钻井效率和识别井底工况的有
效方法，为此，在玛湖油田艾湖2井区引入此评价方
法，通过监测MSE实时曲线，优化钻井参数，在不
改变现有钻井工艺，不增加成本的前提下，实现提
高机械钻速，缩短钻井周期的目的。
1 MSE理论介绍及优化流程
MSE理论由于1964年提出，他认为，当
所有的输入机械比能都用于破碎岩石时，此时钻井
效率最大，可认为最小机械比能等于岩石侧限抗压
强度。但由于实际钻井过程中，机械能在传递过程
中必然经过大量的损耗，实际机械比能大于岩石侧
限抗压强度。Teale机械比能模型为
[2]
：
MSE=
W120
π
nT
+
A
b
A
b
v
（1）
式中：MSE—机械比能值，kpsi；
W
—钻压，kN；
n
—顶驱转速，r/min；
T
—扭矩，kN·m；
A
b
—钻头面积，in
2
；
v
—机械钻速，m/h。
在实际应用中，比能值越低说明钻头破岩效率
越高，钻进参数越合理，钻井效率越高。通过调整
钻压及转速参数，找出设备允许情况下MSE值最低
的钻井参数，此时机械钻速较优化前快，钻头在井
底破岩效率亦较优化前高。优化流程如图1所示。
先进行转速分步测试排除钻具组合共振频率转
速，再进行钻压分步测试，找出综合MSE值最低的
钻井参数，即为优化后需执行的工程参数。
图1 分步测试优化流程
基金项目：西部钻探公司级项目——基于快速钻井理论和数据分析的钻井优化研究与应用（编号：
2020XZ005）。
67
技术研究
2 MSE优化实践及效果
2.1 目标井概况
玛湖油田艾湖2井区目标井AHHW2XXX井
为一口采油水平井，三开井身结构，设计斜深
5446.57m，垂深3351.03m，目的层为三叠系百口
泉组T
1
b
1
2
，设计造斜点井深为2600m，A点井深
为3444.19m，水平段长2002.48m，最大井斜角
87.19°，自三开造斜点开始进行MSE钻井优化。
2021年第4期
稳定，瞬时钻由原来的15.49min/m降至9.36min/m。
表明60rpm/90kN钻进参数组合下MSE基准值低且稳
定，钻头破岩效率高，钻时降低，机械钻速升高。
2.3 艾湖2井区实践效果
2020年在艾湖2井区累计应用MSE钻井参数优
化4口井，累计进行分步测试优化79次，平均每口
井进行分步测试优化19.75次，4口井三开平均钻井
周期由MSE优化前的42.95d降至36.34d，综合提速
15.39%，提速效果明显。
2.2 目标井优化实践
如图2所示，自井深3435.33~3439.49m进行钻
压分步测试，保持顶驱转速为60r/min不变，钻压
依次由50kN调整为70kN、90kN（80kN已在转速分
步测试时测试过，钻压分步测试时跳过此参数）。
观察MSE基准值由原来的120kpsi降至60kpsi并保持
3 结束语
（1）MSE钻井参数优化方法能够在不改变现
有钻井工艺，不增加成本的情况下实现提高机械钻
速，缩短钻井周期的目的。
（2）MSE钻井参数优化方法在艾湖2井区累
计应用4口井，三开平均钻井周期由MSE优化前的
42.95d降至36.34d，综合提速15.39%，提速效果明
显。
参考文献
[1]邹灵战，邹灵雄，等.玛湖砂砾岩致密油水平井
钻井技术[J].新疆石油天然气，2018，4：19-24.
[2]陈绪跃，樊洪海，等.机械比能理论及其在钻井
工程中的应用[J].钻采工艺，2015，38（ 1）：6 -10.
作者简介
郭志奇，男，工程师，主要从事钻井工程及现场技
术支持工作。
图2 优选钻井参数软件界面
（上接第152页）
情况来看，越来越多的防腐工艺应用到了管线防腐处
理中，如渗铝锌技术、表面渗透技术等。这些技术在
实际应用中对于不同的使用场景、使用材料有着较高
的要求，因此在使用前需要做好技术可行性和适用性
的分析工作，而且许多技术在应用中还处于不断完善
的阶段，具备一定的局限性，这也要求应用前做好判
断工作，以提高分析结果的实用价值
[4]
。
工艺技术，有利于延长工艺管线的使用寿命。通过
采取合理措施来展开工艺管线腐蚀的防治处理，对
于延长工艺管线的使用寿命有着积极地作用。
参考文献
[1]黄振昊.输油站工艺管线的腐蚀管理探讨[J].
全面腐蚀控制，2020，34（5）：96-97.
[2]王元.油田地面集输管线腐蚀穿孔防治措施研
究[J].全面腐蚀控制，2020，34（4）：93-95.
[3]苗琳.埋地管线穿孔原因分析及防治措施[J].
化学工程与装备，2020（4）：205-206.
[4]郭敏.浅析高酸性湿气输送采气管线腐蚀分析
与防治措施[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39
（20）：12-13.
4 结束语
综上所述，完善腐蚀管理网络，有利于各项监
督管理工作的有序展开，做好定点防腐检测，可以
提升采集数据的及时性，加强运行防腐处理，能够
为工艺管线提供可靠防护，提高腐蚀控制力度，能
够延缓腐蚀问题带来的负面影响，合理选择防腐方
法，可以有效提升管线本身的防腐性能，更新改进
68