提速配套技術深層鉆井中的應用

周 石

（大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江大慶 163411）

徐家圍子地區深層天然氣儲層類型比較豐富，在不同層位存在致密砂巖、砂礫巖、火山巖、花崗巖及變質巖風化殼等5大類儲層，在儲層上均存在“三高一強”的地質特點，即巖石硬度高、可鉆性基值高、地溫高、研磨性強，雖然近年來通過技術攻關，深井鉆井速度有了大幅度提高，但仍存在很多技術問題，給深井提速帶來很大困難，主要表現為鉆頭斷齒、縮徑、使用指標低，導致井下復雜事故頻繁、機械鉆速慢、鉆井周期長、鉆井費用高等諸多問題，直接影響到油田的勘探鉆井效益。因此，進一步提高深井深層鉆井速度，降低復雜的發生，對加快勘探開發步伐具有重要意義。

1 鉆井提速難點

松遼盆地徐家圍子區塊勘探面積28860km2。所認識的儲層為5套：即登三、四段及泉一、二段的砂巖儲層、登一段和侏羅系的砂礫巖儲層、侏羅系的火山巖儲層、基底花崗巖儲層、變質巖儲層。深井深層其深度大都在2900m以下，即登婁庫組及以下地層，其地層特點歸納如下3點：

一是深層巖石硬度大，可鉆性差，縱向上存在砂泥巖互層和礫石層。地層巖性一般為上軟下硬。鉆進至登婁庫以后，地層巖石可鉆性差、研磨性強、硬度高，井深2700m左右地層可鉆性級值為6～10級，其中礫石層可鉆性級值高達10.38級，嚴重影響鉆頭和鉆具使用壽命。

二是地層傾角大，易發生井斜。在青山口組、泉頭組及登婁庫組等曾傾角最高可達10.8°，極易造成井斜，導致井身質量超標。

綜上可知提速難點主要為地質條件復雜，深層地層硬度高、研磨性強，導致機械鉆速低，鉆井周期長。

2 鉆井提速技術應用

通過理論和現場應用分析，優選復合鉆頭、應用液動旋沖工具配合PDC鉆頭，在深層施工中取得了較好的提速效果。形成了一套適合深層提速的鉆頭序列，即登婁庫組—營城組上部采用液動旋沖工具配合單排齒PDC+營城組下部—沙河子采用液動旋沖工具配合雙排齒PDC及動力鉆具配合復合鉆頭。

2.1 江鉆KPM 1642ART復合鉆頭試驗

復合鉆頭適合在定向井、直井和水平井等各種井型施工，其冠部結構包含PDC部分和牙輪部分，在鉆進時，具有機械鉆速快、PDC崩齒少和壽命長等特點。在鉆進過程中，改變了以往常規牙輪或者PDC的單一破巖機理，而是將兩者進行了整合應用，即先用牙輪齒的沖擊壓入作用對井底巖石進行撞擊預破碎，降低了PDC切削齒的切削載荷，然后用PDC齒的剪切作用進行刮削，兩者共同破碎鼻部和肩部的巖石，從而大幅度提高了機械鉆速和延長了鉆頭使用壽命。

鉆頭規格及參數：

外徑：215.9mm；刀翼數：4；PDC切削齒數：30；牙輪數：2；

牙輪切削齒數：103；保徑長度：100mm；排削槽面積：7985.2mm2；

鉆壓：40～120kN；轉數：60～180r/m in；鉆井液流量：25～34L/s。

鉆頭特點：

（1）采用混合切削結構。復合鉆頭同時包含牙輪和刀翼，牙輪切削齒形成不連續的齒坑，對巖石產生預破碎，PDC切削齒通過切削，蔣牙輪切削齒形成的不連續齒坑聯通，從而形成完整的破碎環帶，復合鉆頭在硬塑性地層中具有較高的機械鉆速。

（2）在不均勻及軟硬交錯地層，復合鉆頭上的牙輪切削齒對巖石產生預破碎，降低了PDC切削齒的切削載荷，提高了鉆頭穿越夾層的能力，避免在穿越軟硬交錯地層時損壞切削齒。

（3）采用動態流場模擬技術，優化鉆頭水利設計，增強鉆頭清洗、冷卻能力和防止鉆頭泥包。

（4）采用高耐沖蝕性能的堆焊材料和先進的基體表面強化技術，防止鉆頭表面沖蝕。

鉆具組合：?215.9mmBIT×0.38m+?172mm LZ×7.12m+?165mm JHF×0.50m+?178mm LWD×12.05m+?165mmMDC×8.87m+?165mmDC×27.65m+?127mmHWDP×56.02m+?127mmDP×579.35m+?127mmHWDP×223.48m+?127mmDP。

鉆進參數：定向鉆壓40～80kN，復合鉆壓30～50kN，轉速20～30r/m in，排量29～31L/s。

達深22H造斜段應用江鉆KPM 1642ART復合鉆頭，在營城組地層見到了明顯提速效果。鉆進中經優選參數，鉆速較快，累計施工8d，最高日進尺39m，施工中工具面穩定，相比本井三開造斜的2只PDC鉆頭，鉆速提高59.57%，相比2014年在安達汪深區塊貝克使用的復合鉆頭，鉆速提高15.69%，單只鉆頭進尺和純鉆都得到提高，相比斜井段機械鉆速提高了45.16%，提速效果明顯。

2.2 液動旋沖工具配合PDC的應用

在登婁庫組及以下地層應用液動旋沖工具，通過對深層巖性分析，合理優選單、雙排齒專用PDC鉆頭，即在登婁庫組及營城組上部地層應用單排齒PDC，在營城組下部地層使用雙排齒PDC鉆頭，解決了登婁庫組-營城組地層鉆速慢的問題。

在?215.9mm井眼累計使用12口井，在直井、斜井和水平井累計使用32只工具配合PDC鉆頭進行提速鉆進，累計施工165d進尺12251.91m，平均機械鉆速3.64m/h，若按照牙輪每只鉆頭4.5d進尺100m計算，累計需要123趟鉆施工553d，相對縮短了388d，節約91趟鉆，平均每口井縮短32d，減少8趟鉆。相比同型井段機械鉆速分別提高了118.09%、129.63%和90.28%。

3 應用效果

通過優選復合鉆頭、PDC鉆頭和提速工具、鉆井參數優化等技術等多方面綜合配套集成應用，整體上登婁庫及以下層位鉆井提速效果明顯，現場累計應用12口井，相比試驗井段平均機械鉆速分別提高了110.70%、108.94%和89.95%；按照不同井型分別比提高了10.03%、9.04%和4.40%，提速效果明顯。

4 結論

（1）針對徐家圍子區塊提速難點，并結合理論與實踐分析，通過12口井試驗優選出高效提速技術措施，即在登婁庫及以下地層的提速模式：登婁庫組至營城組上部地層使用液動旋沖工具配合單排齒PDC鉆頭+下部地層使用液動旋沖工具配合雙排齒PDC鉆頭+動力鉆具配合復合鉆頭。現場應用表明多種技術綜合使用實現了大幅度提高平均機械鉆速。

（2）建議在徐家圍子區塊大力推廣已固化的鉆頭序列，同時優選適合的鉆井液體系與鉆井、水利參數，充分發揮多種技術綜合應用的提速效果。

[1]楊春和，呂長文，李富.鉆井新技術在大慶外圍油田SS2井應用[J].西部探礦工程，2017（8）.