大慶深層鉆井提速實踐與認識

王法高

（大慶油田有限責任公司采氣分公司，黑龍江大慶163453）

1 問題的提出

統計大慶油田11口深井深層牙輪鉆頭使用情況（如表1所示），平均單只鉆頭進尺102.52m，單只純鉆49.11h，機械鉆速2.09m/h。牙輪鉆頭施工效率偏低，有必要進行深層鉆井提速。

2 鉆井提速實踐情況

表1 大慶深層牙輪鉆頭使用情況統計表

2.1 復合鉆井提速

大慶深層由于地層原因使用牙輪鉆頭鉆進，但牙輪鉆頭使用效率低，平均機械鉆速2.16m/h，平均單只鉆頭進尺124.38m，單只鉆頭純鉆57.63h。因此使用個性化PDC鉆頭配合抗高溫螺桿進行復合鉆井提速。鉆具組合：?215.9mmBIT×0.29m+?178mmLZ×8.3m+?159mm DC×9.22m+ ?214mmSTB×1m+?159mmDC×9m+?214mmSTB×1.59m+?159mmDC×252.8m+?127mmDP。

個性化PDC鉆頭?215.9mmFX74D由哈里伯頓公司提供，每個刀翼均采用雙排優質切削齒。該鉆頭在達深14井累計進尺396.56m，累計純鉆時194.70h，機械鉆速2.04m/h，與鄰井比較，鉆速提高7.4%，單只鉆頭進尺提高2.8倍。鉆頭使用情況如表2所示。

表2 DS14井?215.9mmFX74D鉆頭使用情況

2.2 渦輪鉆具提速

渦輪鉆具有高轉速、高功率、耐高溫的特點，適用于深井、超深井、高溫井，配合孕鑲金剛石鉆頭，可解決研磨性地層鉆速慢的難題。大慶深層多次使用渦輪鉆具鉆進，但提速效果不明顯，施工情況統計如表3所示。分析渦輪鉆具提速效果差的主要原因有，一是沒有找到適合渦輪鉆具在火山巖地層鉆進的鉆頭，二是井眼準備不足，井眼不暢導致下渦輪鉆具遇阻而不能使用渦輪鉆具，三是由于地層研磨性強等引發鉆具失效等復雜情況。

2.3 氣體鉆井

氣體鉆井以空氣或其他氣體作為循環介質，具有提高機械鉆速、降低儲層傷害等特點。大慶深層多次應用氣體鉆井技術提高鉆井速度，但由于地層出水、地層傾角大造成了嚴重井塌、卡鉆、井斜超標等井下復雜事故。雖然鉆速大幅度提高，但往往進尺較少、準備時間較長、處理復雜事故時間長，未能起到提速效果。

氣體鉆井應用效果較好的有XS441井和XS904井，鉆頭使用情況如表4所示。XS441井三開氣體鉆井井段900m，平均鉆速9.38m/h，鉆速是常規鉆進的5倍，鉆進周期6.11d，相比常規900m井段鉆進周期縮短30d，且氣體井段創出單只牙輪進尺541.6m，平均機械鉆速9.15m/h的好水平。鉆具組合中加放方接頭后，施工中扭矩、注壓穩定，返砂良好，對保證井下鉆頭穩定，以及修整井壁起到了較好的作用。鉆進中優選參數，選擇轉速避開共振點（54、62、70r/min），控制鉆壓、鉆速，每個單根采取前3m和后3m增大注氣量160m3/min，進行正倒劃的兩劃措施，保證了井眼暢通和井身質量。氣液轉化過程中，先期用氣體裹白油對井眼進行霧化噴掃，使井壁憎水，減少炸裂，然后進行灌漿循環，分段加熱井壁，防止井壁吸水脫落，劃眼顯示較少，氣液轉化一次成功，達到了穩定井壁的目的。另外地質設計較詳細的利用臨井錄井及測井資料，預測出水層位及出水量，確保氣體鉆井施工的安全，達到提速效果。

表4 氣體鉆井鉆頭使用情況統計表

2.4 扭力沖擊器

在井下，PDC鉆頭的運動是極其無序的，包括橫向、縱向和扭向的振動及這幾種振動的組合。井下振動會損壞單個PDC切削齒，導致鉆頭壽命降低，引起扭矩波動干擾定向控制和隨鉆測井（LWD）信號，以及產生不規則井眼降低井身質量。扭力沖擊器扭力沖擊發生器配合PDC鉆頭一起使用，其破巖機理是以沖擊破碎為主，并加以旋轉剪切巖層，主要作用是在保證井身質量的同時提高機械鉆速。扭力沖擊器消除了井下鉆頭運動時可能出現的一種或多種振動（橫向、縱向和扭向）的現象，使整個鉆柱的扭矩保持穩定和平衡，巧妙地將泥漿的流體能量轉換成扭向的、高頻的、均勻穩定的機械沖擊能量并直接傳遞給PDC鉆頭，使鉆頭和井底始終保持連續性。由扭力沖擊器提供的額外的扭向沖擊力完全改變了PDC鉆頭的運作，其每分鐘750～1500次高頻穩定的沖擊力，相當于每分鐘750～1500次切削地層，這就使鉆頭不需要等待扭力積蓄足夠的能量就可以切削地層。這時候PDC鉆頭上有2個力在切削地層，一個是轉盤提供的扭力，一個是扭力沖擊器提供的力，這時候鉆桿的扭矩基本是穩定的，鉆桿傳達的扭矩可以完全用于切削地層，而不會浪費，從而消除常規鉆井中出現的粘滑現象。

扭力沖擊器在ZS17井進行了首次深層鉆井提速試驗，取得了較好效果。該井中，扭力沖擊器與?215.9mmU613M鉆頭鉆進483.84m，鉆時曲線如圖1所示。鉆進層位為登二段和營城組，巖性為泥質粉砂巖、砂質礫巖、火山巖，其中登二段機械鉆速為8.33m/h；營城組井段機械鉆速為3.58m/h，平均機械鉆速4.00m/h，相比臨井同層位井段，鉆速分別提高了提高5.74倍、2.80倍，總體平均機械鉆速提高了3.03倍。

圖1 ZS17井扭力沖擊器鉆進井段鉆時曲線

3 結論與認識

（1）個性化PDC鉆頭配合抗高溫螺桿復合鉆進，是大慶深層鉆井提速的有效手段。

（2）渦輪鉆具提速還有待探索，關鍵是要優選渦輪鉆具和與之匹配并適用于大慶深層鉆進的高效孕鑲金剛石鉆頭。

（3）氣體鉆井提速明顯，但要充分考慮綜合效益。實施氣體鉆井關鍵是地質預告要準確，施工技術措施要細化，遇到復雜問題時決策要果斷，避免氣體鉆井帶來不必要的損失。

（4）扭力沖擊器配合個性化PDC鉆頭能大幅度提高機械鉆速，縮短鉆進周期，扭力沖擊器在大慶深層有廣闊的應用前景。