晉古17井D152.4m井眼提速方案經濟性評價

羅文麗，胡 濤，李嗣洋，孫 鑫，劉榮慶，張瀟予，崔 露

（1.渤海鉆探工程技術研究院，天津300457；2.中國石油物資公司，北京100029；3.渤海鉆探招標中心，天津 300457）

鉆井工程是油氣田勘探開發最重要的環節之一，約占整個投資成本50%～60%。因此，鉆井速度直接影響勘探及產能建設的進程和投資成本。隨著我國鉆井技術的不斷發展，針對大斜度井、大位移井、長水平段井、深井及超深井機械鉆速低、鉆井周期長、投資成本大等特性，研制了各種提速工具，主要包括高效PDC鉆頭、水力加壓器、旋沖工具、水力振蕩器、扭轉沖擊器及渦輪鉆具等，其費用高、壽命短。但我國目前在淺井鉆井提速主要運用為“PDC+螺桿”的鉆井方式，價格低、運用簡便。

華北油田通過前期部署在束鹿凹陷晉古19井的鉆探，取得了工業性油氣流突破，試油測試館陶組井段899.40～908.20m折日產氣12.84×104m3，古生界井段1017.20～1068.00m折日產油6.37t。為了進一步加大勘探評價力度，落實圈閉面積、油層厚度及預測評估地質儲量等，繼續部署一口預探井——晉古17井。

1 工程地質概況

晉古17井位于河北省寧晉縣賈口鎮白木村東1076m，是部署在束鹿凹陷南端雷家莊斷層上升盤晉古19變質巖潛山內幕圈閉的一口直預探井，主要目的層為Ng、Ar，設計井深2500m。其鉆探目的為了解冀中探區變質巖潛山內幕儲蓋組合情況，了解雷家莊變質巖內幕的含油氣情況，兼探上第三系含油氣情況及落實儲層、含油氣面積、儲量。鉆遇地層自上而下為新生界第四系平原組，上第三系明化鎮組、館陶組；太古界（1400～2500m）。主要特殊巖性為館陶組底部雜色礫巖；太古界深灰色、灰白色及灰色石英巖、灰黑色板巖、變質巖互層。鄰井鉆探過程中，均在元古界井段發生裂縫性漏失。根據鄰井實鉆、試油情況況及滿足地質需求，通過優化井身結構，確定為三開井身結構設計，即鉆頭程序：D444.5mm×331m+D241.3mm×1405m+D152.4mm×2500m；套管程序：D339.7mm×330m+D177.8mm×1403m+先期祼眼完井。

2 D152.2mm井眼機械鉆速低的原因

2.1 上部井段鉆井情況

該井三開采用D152.4mm鉆頭鉆進至井深1524m，鉆進19d，共進尺171.81m，純鉆時間174h，平均機械鉆速0.98m/h，起下鉆12趟，使用11只鉆頭（包括1只取芯鉆頭），期間進行了2次取芯作業，各鉆頭使用情況如圖1所示。鉆井液體系為低固相聚合物，密度1.05g/cm3；粘度32～39s；API失水10～6mL；靜切力2/4Pa；含砂0.2%；pH值8～9。主要鉆具組合類型及參數為：

A：D152.4mm鉆頭接頭+浮閥+D121mm無磁鉆鋌×1根+?121mm鉆鋌×(11、15、17和20)根+?88.9mm鉆桿。

鉆井參數：鉆壓60～100kN；轉速60r/min；排量16L/s；泵壓8～12MPa。

B：D152.4mmPDC+D120mm直螺桿+浮閥+托盤+D121mm無磁鉆鋌×1根+?121mm鉆鋌×15根+?88.9mm鉆桿。

鉆井參數：鉆壓60kN；轉速（60+DN）r/min；排量18L/s；泵壓14MPa。

2.2 制約機速主要因素

（1）三開井段鉆遇下元古界地層，其巖性以石英巖、灰黑色板巖、變質巖互層為主，巖石強度高，研磨性極強、可鉆性差。查閱有關資料顯示：巖石的研磨性由小到大順序為硫酸鹽類巖石（石膏、重晶石）、碳酸鹽巖石（石灰巖、白云巖）、硅質巖石（燧石）、鐵—鎂長石巖、石英巖。

（2）牙輪鉆頭進尺和壽命均較短，單只鉆頭進尺19m和工作時間為17h，如圖2所示。

（3）PDC鉆頭鉆進時吃入困難，磨損速度也較快、崩齒、斷齒、肩部磨損嚴重，如圖3所示。

圖3 PDC鉆頭鉆時分析

3 提速方案經濟對比

為了加快勘探進程，縮短鉆井工期及降低投資成本。針對三開井段地層巖性研磨性強、鉆速低的特性。開展了提速方案措施研究，兼顧考慮工期與成本關系，并進行經濟性評。即提速思路：方案一是采用Schlumberger公司Smith(渦輪+孕鑲鉆頭）；方案二是采用俄羅斯渦輪+Smith孕鑲鉆頭；方案三是采用牙輪鉆頭常規鉆進。根據這3種方案以鉆進至設計井深2500m，剩余進尺858m為分析對象，進行成本估算（按當前市場價格）。

（1）方案一成本概算。根據服務條件：一是每米1.1×104元，包括渦輪鉆具、孕鑲鉆頭、工具動員費、人員費；二是根據前期鉆井情況及地層巖性特征，服務方按類似地層，每天鉆進25m；三是30鉆機日費5×104元/d。分析剩余進尺鉆進所需34.32d，總成本為5×104元/d×34.32d+1.1×104元/m×858m=1115.45×104元。

（2）方案二成本概算。根據服務條件：一是進尺200m以上按2750元/m計算，進尺費只包括渦輪鉆具、人員費，不包括孕鑲鉆頭費，同時要考慮設備運輸費和待命（占用）費（運輸費2.4×104元/次，計1次；占用費2×104元/d，按2d計），需2套渦輪，運輸費按2次考慮；二是鉆頭按Smith公司提供，一只孕鑲鉆頭42×104元，單只鉆頭進尺按150m考慮，需6只鉆頭；三是工況按方案一考慮，35d；四是30鉆機日費5×104元/d。總成本：5×104元/d×35d+0.275×104元/d×858d+42×104元/只×6只元+2.4×104元/次×2次+2×104元/d×6d=679.75×104元。

（3）方案三成本概算。根據條件：一是目前常規工藝鉆進，日進尺為10m；二是牙輪鉆頭按2.5×104元/只；三是30鉆機按日費5×104元/d；四是單只鉆頭進尺16.2m。分析計算：鉆進所需天數85.8d；鉆頭使用數量53只；總成本5×104元/d×85.8d+2.5×104元/只×53只=561.5×104元。

通過上述3種方案成本概算，方案三成本最低，工期最長，是方案一、二的2.45倍。

4 現場實施情況

4.1 施工情況

考慮勘探投資以節約成本為主要因素，最終采用方案三常規鉆井方式施工，期間開展了個性化鉆頭設計優選工作，并取得一定的成效。本井鉆井技術指標：完鉆井深為2739.74m，完鉆層位太古界，鉆井周期104.5d和完井周期105.4d（均不包括2次中途測試9.38d），鉆機月速778.34m/臺月，全井平均機速2.16m，純鉆時間1269h、占總時間50.14%，三開井徑擴大率為2.05%。全井共使用54只鉆頭，其中三開井段使用51只鉆頭（包括取芯鉆頭5只）。三開井段共進行10筒次取芯作業，進尺16.86m，平均單筒進尺1.69m，芯長8.56m，收獲率50.77%，巖芯收獲低，主要原因為地層年代老、石英砂巖硬、研磨性強，起出巖芯均斷裂、巖芯未成柱狀、取芯鉆時慢，斷裂巖芯互相磨損。

4.2 個性化鉆頭優選設計效果

（1）PDC鉆頭優選：通過與國內鉆頭廠家合作，優選2只PDC鉆頭，分別為5刀翼、16mm和13mm。分別在第13和22趟鉆進行了試驗，與中間牙輪鉆頭鉆進進行對比分析。PDC單只鉆頭與牙輪單只鉆頭相比平均進尺提高了39%，平均機速提高了24%，提速效果明顯，但考慮價格因素，經濟性不強。

（2）國外進口牙輪鉆頭應用試驗：優選試驗2只史密斯牙輪鉆頭，型號XR30T0D。與國產牙輪鉆頭相比，單只鉆頭平均進尺提高了48.6%，平均機速只提高了4%。史密斯牙輪鉆頭在行程鉆速方面提高明顯。

5 結論與認識

（1）束鹿凹陷南端元古界地層埋藏淺，石英巖可鉆性差、研磨性強，運用“渦輪鉆具+高效PDC鉆頭”提速經濟性差，只能以時間換空間的方式采用常規鉆井完成勘探作業。

（2）渦輪提速工具均由國外公司掌握，費用高、選擇性少，需加快推進國產化，繼而推廣應用。

（3）國產高效PDC鉆頭與進口牙輪鉆頭提速效果顯著，但針對淺井石英巖地層巖石強度硬、可鉆性差、研磨性強的特點，提速經濟性不強。