海拉爾—塔木察格區塊提高鉆井效率研究

汪 林

（大慶鉆探工程公司鉆井三公司，黑龍江大慶163453）

1 概述

隨著大慶油田的不斷發展，海拉爾—塔木察格區塊的勘探開發取得了良好的效果。在鉆井過程中，井斜超標、井壁坍塌和鉆具卡斷的復雜情況仍時有發生。這些技術難題一定程度上降低了該區塊的勘探開發速度和經濟效益。因此需要針對存在的問題進行提高鉆井效率的相關研究。

2 地質情況及施工難點

海拉爾—塔木察格區塊位于蒙古國和內蒙古自治區。斷層和過渡帶較多導致臨井可參考性較差，從而使該區塊的地質構造、地層壓力的分布狀況不易弄清。主要地質特點是淺部地層成巖性差，膠結疏松，井塌井漏問題較為突出；南屯組、銅缽廟組地層傾角較大、造斜能力強，不易控制井身質量。南屯組和大磨拐河組泥巖厚度較大，大磨拐河組底部、南屯組泥巖層較厚鉆井施工中注意防井塌、防卡、防斜；該區塊屬于亞寒帶氣候，冬季寒冷漫長，自然條件差，不利于鉆井施工。

3 提高鉆井速度方面

機械鉆速較低的主要原因：①在大一段至南一段的目的層位，為滿足錄井對返出巖屑的要求，使PDC鉆頭的使用受到限制，而使用牙輪鉆頭則機械鉆速明顯下降；②在傾角比較大的地層，采用了輕壓吊打的方法來防斜，也降低了機械鉆速；③南一段下部地層有礫石大量分布，地層可鉆性差，使用牙輪鉆頭進一步降低了鉆速[1-2]。

針對上述問題，主要從以下幾個方面進行調整：

（1）井身機構優化。針對海—塔地區的表層及上部井段地層較為復雜的問題，對井身結構進行了優化，對井深小于3200m的井使用?374.7mm鉆頭×?273mm套管，對井深大于3200m的井使用了?311.9mm鉆頭×?244.5mm套管的結構，經多口井證實，該種井身結構在加快施工進度的同時還可以節約成本。

（2）鉆頭優選。PDC鉆頭方面：為了尋找適合海—塔地層的PDC鉆頭，對R、M、B、F、KM、G系列的鉆頭進行了大量對比實驗。通過對比試驗發現，R系列的?228.6mm PDC鉆頭適用于二開，KM系列的?220mmPDC鉆頭適用于南屯組以上地層，G506、MD3641G的?215mm鉆頭適用于南屯組地層。

牙輪鉆頭方面：由于南屯組以下地層的可鉆性在6級以上，并且存在大量的礫石層，所以需要加強牙輪鉆頭的耐磨性，通過加強鉆頭的保徑功能和強化掌背，使鉆頭的機械鉆速和使用壽命得到了提高。

4 井壁穩定方面

海—塔地層井壁失穩的主要原因有：①該區塊上部為強水敏性地層，蒙脫石含量偏高，鉆井過程中易發生水化膨脹導致縮徑，造成起下鉆困難，并且由于水化膨脹導致井壁坍塌剝落；②地層成巖性差、膠結疏松，導致井壁易剝落；③中下部大磨拐河下段、南屯組地層微裂縫發育，粘土含量高，當鉆井液濾液進入井壁后易發生井壁失穩[3]。

針對上述問題，主要從鉆井液以及鉆井施工工序2方面進行調整。

（1）鉆井液方面。增加鉆井液礦化度，當鉆井液礦化度和地層流體礦化度接近后，可大幅度減小由于鉆井液濾液的滲透作用和毛細管力造成的井壁失穩；在微裂縫發育地層鉆進時使用多種封堵劑進行復合封堵，進一步降低濾液的濾失量和滲透速度，從而穩定井壁延長坍塌周期。

（2）鉆井施工方面：

①控制排量：上部膠結較差的地層適當降低排量，減少井壁沖刷；②減小壓力激動：控制起下鉆速度，分段循環，開泵不要過猛，避免激動壓力過大憋漏地層；③控制鉆速：上部地層鉆進過程中，鉆速不易過快，避免產生泥環或泥包憋漏地層；④充分使用4級固控設備，將有害固相及時清除，從而提高鉆井液性能。

5 鉆具失效預防方面[4]

鉆具失效的原因分析：①該區塊地層較為復雜，巖石可鉆性級值高、斷層較多、地層傾角較大等地質情況是造成鉆具失效的客觀原因。②鉆具在井下要承受較大的彎曲、振動和軸向載荷等載荷作用，并且應力集中在鉆柱螺紋連接處，是導致鉆具失效的根本原因。

針對上述問題，采用如下技術措施進行預防：①建立鉆柱檔案，根據使用壽命定期更換；②在礫石層鉆進過程中合理調整鉆進參數，適當降低鉆壓；③定期對鉆具進行探傷，及時更換有疲勞裂紋的鉆具，從而減少斷裂幾率；④建立鉆柱彎曲點計算模型，根據數據替換彎曲應力最大的鉆柱，改變鉆柱受力情況，從而延長鉆柱的使用壽命。

6 應用效果

上述研究成果在南21-17、貝20等12口井進行了現場應用，同比鉆進周期縮短了5.6d，平均機械鉆速提高了10.25%，井身質量均合格，取得了較好的應用效果。

7 結論與認識

（1）針對海—塔區塊進行的井身結構優化和針對不同地層進行的鉆頭優選可有效提高機械鉆速縮短鉆井周期。

（2）對鉆井液體系和鉆井施工工序進行優化可以有效降低井壁坍塌的風險。

（3）通過建立鉆柱檔案和調整鉆進參數等工藝措施可以有效降低因鉆具失效帶來的施工問題。

[1]《鉆井手冊》編寫組.鉆井手冊（甲方）上冊[M].北京：石油工業出版社，1990：395-412.

[2]王關清,陳元頓,周煜輝.深探井和超深探井鉆井的難點分析和對策探討[J].石油鉆采工藝，1998(1).

[3]王大勛,劉洪,韓松，等.深部巖石力學與深井鉆井技術研究[J].鉆采工藝,2006(3).

[4]劉汝山,朱德武.中國石化深井鉆井主要技術難點及對策[J].石油鉆探技術,2005(5).