高古4井深井鉆井技術探討

亓凱　葉青松

摘要：高古4井是一口設計井深達4980m的天然氣深預探井，是歷年來所鉆的第三口深探井。其他兩口探井（民深一井、臨982井）雖然已經完井，但是在鉆井過程中都出現(xiàn)了井下事故復雜，損失相當嚴重。文章對高古4井深井鉆井技術進行了探討。

關鍵詞：鉆頭；機械鉆速；井控；鉆井取心；深井鉆井技術 文獻標識碼：A

中圖分類號：P634 文章編號：1009-2374（2016）22-0156-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.077

高古4井位于臨清坳陷東部莘縣凹陷中段西部斜坡帶高古4鼻狀構造的較高部位，是該區(qū)塊最深的一口預探井，設計為四開井。三開Φ215.9mm的裸眼長達3000余m，而且下入Φ177.8mm生產套管，對我們是一個嚴峻的考驗。高古4井設計井深4980m，完鉆層位是下古生界的奧陶系八陡組。孔店組以上地層我們比較了解，屬正常地層，進入中生界后至下古生界，復雜層位多、裸眼段長較長、下部地層傾角大等原因造成的井壁穩(wěn)定性差、機械鉆速低、易發(fā)生事故復雜等不利于正常鉆井的因素，是本井鉆井的重點和難點。同時本井因為井較深，我們在鉆頭的合理選型、井身質量控制、井下事故復雜的預防、機械鉆速的提高以及深井鉆井取芯等方面都需要制定相關的鉆井技術措施來確保該井的正常施工和完井。

1 鉆井技術難點分析

（1）該井為深預探井，設計為四開井。安全把Ф177.8mm套管下到位，保證固井成功向我們提出了挑戰(zhàn)；（2）該井下部地層傾角較大，使得井身質量控制難度大，容易超標；（3）該井提示在鉆遇煤層要進行鉆井取心，深井煤層取心收獲率難以保證；（4）該井三開裸眼段較長，易產生事故復雜；（5）該井下部鉆遇古生界，地層的可鉆性很差，隨之帶來的是機械鉆速較低，鉆井周期長；（6）井控工作是該井的重點，原始資料缺乏，地層壓力狀況不清，給該井的井控安全帶來了隱患。

2 鉆井中遇到的主要難題及解決辦法

2.1 該井井身質量的控制

2.1.1 一開由于地層淺，地層疏松，采用牙輪鉆頭配塔式鉆具組合。同時為了搞好防斜打直工作，隨鉆鋌的增加逐漸提高鉆壓，保證井身質量。

2.1.2 二開用牙輪鉆頭配鐘擺鉆具組合，在鉆鋌吊打出套管鞋后視情況把鉆壓增加至正常鉆壓。

2.1.3 三開第一只鉆頭用牙輪鉆頭配雙扶剛性鐘擺鉆具組合鉆阻流環(huán)，在鉆鋌吊打出套管鞋后把鉆壓增加至正常鉆壓。

為了提高全井的機械鉆速，起鉆后可下入PDC

鉆頭。

井深超過3300m后為了保證井下安全，盡量簡化鉆具結構。

為了搞好井下事故負責的預防工作，井深超過4000m后采用光鉆鋌組合。

組合：Φ215.9mmPDC+Φ165mmDC×4柱+Φ127mmHWDP×5柱+Φ127mmDP。鉆井措施根據(jù)所下入的鉆頭來確定。

2.1.4 四開用光鉆鋌組合。

組合：Φ149.2mmPDC+Φ105mmDC×3柱+Φ89mmDP。

鉆壓：20～40kN；轉速：60～70轉/分；排量：8～10L/s。

2.1.5 在該井井身質量的控制方面，我們主要是在上部先掌握主動權。嚴格執(zhí)行技術措施及操作規(guī)程，用牙輪鉆頭配雙扶剛性鐘擺鉆具組合，切實搞好防斜打直工作。在鉆具組合中加入無磁鉆鋌，每鉆進300m左右就及時檢測井斜和方位。下部井段為了保證井下安全，提高全井機械鉆速，減少事故復雜，用PDC鉆頭配9m單扶鉆具組合，保證了該井上部的井身質量。同時，每次起鉆投測電子多點，搞好井身軌跡跟蹤。由于該井下部的地層傾角比較大，用常規(guī)的鉆具組合滿足不了甲方的需求。在2890～3240m井段，用無線隨鉆進行糾斜，保證了該井的井身質量。經電測資料顯示該井最大井斜6.36度，最大水平位移55.74m，井底閉合位移13.49m，屬于優(yōu)質井。

2.2 合理鉆頭選型，提高機械鉆速

該井和高古7井相比，全井機械鉆速有了較大的提高。在開鉆伊始，我們就對高古7井的資料進行了分析，找出了制約該區(qū)塊機械鉆速的各項因素，對癥下藥。在該井的上部井段，地層可鉆性較好，現(xiàn)場用牙輪鉆頭可以提高機械鉆速，最大限度地釋放鉆壓。在下部井段，地層可鉆性差，對于提高全井的機械鉆速尤為重要。高古7井主要是采用牙輪鉆頭，致使機械鉆速較低，在高古4井，現(xiàn)場主要采用上海中曼金剛石鉆頭生產的PDC鉆頭來提高全井的機械鉆速，同時也最大限度地保證了井下安全，減少了事故復雜。

在三開下部地層主要以PDC鉆頭來提高機械鉆速。PDC鉆頭入井前保證井底清潔，不得有落物。下鉆至裸眼井段控制下放速度，若遇阻必須進行劃眼時，以額定排量緩慢低扭矩劃眼。下鉆離井底50～60m開泵劃眼至井底，嚴禁一次下到底。到底后先用低轉速、低鉆壓進行井底造型0.5～1m，再逐漸將鉆壓加至正常鉆進最佳值。在鉆遇高研磨性或硬砂泥巖時，降低轉速以延長鉆頭使用壽命。在深部井段可鉆性極差的研磨性地層，主要使用HJT517GK、HJT537GK、HJT637GK等牙輪鉆頭來提高機械鉆速，補充了PDC鉆頭的不足。

2.3 井控安全

2.3.1 該井屬于預探井，井控的安全工作顯得尤為重要。在每次開鉆前，規(guī)范井控設備的安裝及固定。同時井控設備的試壓工作做到符合鉆井設計要求，搞好井控設備的維護及保養(yǎng)工作，使井控設備隨時處于備戰(zhàn)狀態(tài)。

2.3.2 嚴格執(zhí)行井控管理的各項規(guī)章制度。加強井控實戰(zhàn)演練，錄取好各項井控的基礎數(shù)據(jù)，為及時壓井提供必要的依據(jù)。

2.3.3 進入油氣層后每次起鉆前必須進行短程起下鉆測量后效，計算油氣上竄速度，以確定油氣上竄速度在安全的范圍內才能進行起鉆作業(yè)。

2.4 深井安全技術要求

2.4.1 在井深進入3000m以后的深井階段，起下鉆嚴格控制速度，減少壓力激動。下鉆要分段開泵循環(huán)，保證每次循環(huán)時間不低于一個循環(huán)周，每次下鉆離井底50～60m開泵劃眼到底。

2.4.2 由于該井較下部有的地層不適應PDC鉆頭，就用牙輪鉆頭來提高機械鉆速。為了預防掉牙輪等事故的發(fā)生，在現(xiàn)場應嚴格執(zhí)行技術措施，認真跑合好牙輪；在鉆遇軟硬交互的地層及時調整技術措施，最大程度發(fā)揮好牙輪鉆頭的效能。起鉆時保證牙輪鉆頭應留有一定的余新，對每次起出的牙輪鉆頭認真進行分析，為下部的鉆頭選型和使用參數(shù)提供依據(jù)。

2.4.3 起下鉆過程中，遇阻、卡上提或下壓不能超過100kN，經過上下活動不能解除的，進行劃眼，避免引起事故復雜。井深進入3300以后，盡量簡化鉆具組合，改用Ф165mm鉆鋌和Ф211mm扶正器，最大限度地預防井下事故復雜的發(fā)生。同時，每鉆進200～300m進行一次短程起下鉆修整井壁；連續(xù)鉆進48小時進行長段短程起下鉆拖拉井壁，保證井眼的暢通。

2.5 保證取芯質量

該井共進行鉆井取芯（煤層中）兩次。鉆井取芯井段為4369.00～4375.5m；4515.00～4518.6m。鉆井取芯總進尺10.1m，芯長9.9m，取芯收獲率達98.02%。

由于該井是在煤層中用川8-3型取芯工具進行鉆井取芯，由于煤層易沖刷破碎，造成了取芯收獲率難以保證。在汲取齊一井（取芯收獲率為90.5%）經驗的基礎上，入井前仔細檢查并保養(yǎng)懸掛軸承；間隙調整隙至9～10mm；對各連接部位按要求力矩進行緊扣；樹芯采用低轉速、低排量以減少對煤層的沖刷；取芯時采用恒壓鉆進；割芯時把鉆壓一次加到150kN，待懸重恢復就拔芯起鉆；起鉆過程中做到平穩(wěn)，嚴禁猛剎猛頓。通過這些措施的落實，很大程度上保證了該井的取芯收獲率。

2.6 套管防磨技術

為了搞好套管防磨問題，在鉆具組合中每間隔400m就加入一只套管防磨接頭。每次起鉆對各防磨接頭進行檢查，丈量防磨接頭的磨損情況，發(fā)現(xiàn)防磨接頭的旋轉部件磨損較嚴重就立即更換；每次起鉆前要求第一只防磨接頭不出套管鞋。

2.7 保證Φ177.8mm套管順利下到位

該井創(chuàng)造了公司Φ177.8mm套管在Φ215.9mm井眼下深的記錄，該井Φ177.8mm下深為4616.68m。搞好井眼的準備，對縮徑井段進行劃眼，確保暢通無阻，為套管的順利下入提供條件。下套管嚴格各項技術操作規(guī)程：做到連續(xù)灌滿泥漿；逐根通內徑；按設計要求下足扶正器；控制套管的下放速度；用套管鉗保證每個絲扣的上扣力矩達到要求。

下完套管后，用Ф140mm缸套一個凡爾的排量緩慢開通泵，循環(huán)正常后，再逐漸加大排量循環(huán)至固井所需排量，處理好泥漿，進行固井作業(yè)。

2.8 兩次斷鉆具事故的處理

2.8.1 該井鉆進到4419.8m時懸重由1420kN降到1120kN，泵壓由14.7MPa下降到7.9MPa，起鉆發(fā)現(xiàn)鉆具本體折斷。落魚魚頂2905.99m，落魚長1513.8m。下入LT-200型卡瓦打撈筒兩次撈獲落魚，損失時間41小時。

2.8.2 該井取芯鉆進到4518.6m時懸重由1440kN降到1110kN，泵壓由7.2MPa下降到3.4MPa，起鉆發(fā)現(xiàn)鉆具折斷。落魚魚頂2920.35m，落魚長1598.35m。下入LT-200型卡瓦打撈筒一次撈到落魚，損失時間15小時。

2.8.3 根據(jù)這兩次斷鉆具事故的分析，其主要原因是由于井眼曲率較大，造成應力集中，鉆時慢，加速了鉆桿的疲勞破壞。

2.8.4 為了滿足井下安全的需求，對鉆鋌、加重鉆桿等進行了現(xiàn)場探傷，更換入井的鉆桿為全新的S135級斜坡鉆桿后，再未發(fā)生斷鉆具事故，為井下安全提供了保障。

3 結論與認識

（1）高古4井的井身質量、取心質量、固井質量合格率均為100%，為公司深井技術的發(fā)展積累了寶貴的經驗；（2）搞好鉆頭選型，合理使用好牙輪鉆頭和PDC鉆頭，可以取得較高的機械鉆速和經濟、社會效益，提高油田的勘探開發(fā)速度和產能建設；（3）認真執(zhí)行深井的各項技術要求，嚴格各項操作規(guī)程，可以較好地解決井下阻卡等問題，減少井下的事故；（4）該井由勝利油田泥漿公司服務，在對付泥頁巖易跨塌、井眼縮徑等方面為公司泥漿水平的提高提供了經驗支持。

作者簡介：亓凱（1986-），男，山東萊蕪人，中石化西南油氣分公司川東北采氣廠工程師，研究方向：油氣井工程。

（責任編輯：秦遜玉）