松遼地區(qū)油氣勘探優(yōu)快鉆井技術(shù)思路

任杭洲，李 翔

(1.中原油田鉆井二公司，河南濮陽 457001;2.中國地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉，湖北 武漢 430074)

松遼地區(qū)油氣勘探優(yōu)快鉆井技術(shù)思路

任杭洲1，李 翔2

(1.中原油田鉆井二公司，河南濮陽 457001;2.中國地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉，湖北 武漢 430074)

吉林松遼地區(qū)的腰英臺、秦家屯十屋、八屋區(qū)塊以及梨樹斷陷、長嶺斷陷的外圍中深探井和伏龍泉淺層氣井是中石化東北地區(qū)的重點區(qū)塊。自勘探開發(fā)以來鉆井提速面臨重重困難，2010年是中原油田鉆井隊伍進入該市場以來的提速年，以提速為目標，大膽創(chuàng)新，通過大量的鄰井調(diào)研分析，針對不同井的特點分別制定了不同的鉆井提速措施。在成熟的鉆井模式下通過不斷地、連續(xù)地優(yōu)化鉆頭選型，強化鉆井參數(shù)，推廣大功率高溫螺桿復(fù)合鉆進技術(shù)，細致的單井鉆井方案優(yōu)選，挖掘提速潛力，創(chuàng)出了有史以來最好的鉆探成績。詳細介紹了松遼地區(qū)油氣勘探優(yōu)快鉆井技術(shù)方案及具體措施。

油氣勘探;鉆井技術(shù);優(yōu)快措施;提速思路;松遼地區(qū)

1 概述

吉林地區(qū)的腰英臺、秦家屯十屋、八屋區(qū)塊以及梨樹斷陷、長嶺斷陷的外圍中深探井和伏龍泉淺層氣井是中國石化東北油氣分公司勘探開發(fā)的重點區(qū)塊。松遼腰英臺深層天然氣儲層具有埋藏深、地溫高、儲層致密、儲層類型多樣、非均質(zhì)性強等特點，鉆井提速面臨的主要因素是壓力系統(tǒng)復(fù)雜、鉆遇地層多、巖性變化大、地層研磨性強、可鉆性級值高等;而秦家屯地區(qū)及梨樹斷陷的淺井和中深探井制約鉆井速度的主要難點一是地層易斜，過去使用鐘擺鉆具輕壓吊打的方式，通過犧牲速度來保井身質(zhì)量;二是地層易垮塌和縮徑，造成起下鉆困難;三是下部地層可鉆級別高，研磨性強。伏龍泉構(gòu)造是東北油氣分公司淺層氣開發(fā)的主戰(zhàn)區(qū)，該區(qū)塊存在淺層氣，多次發(fā)生強烈井涌，成為鉆探的禁區(qū)。該區(qū)塊的井具有設(shè)計周期短，小井眼結(jié)構(gòu)，易井噴的特點。因此，解決制約鉆井速度的“瓶頸”技術(shù)，縮短鉆井周期，加快該地區(qū)的勘探開發(fā)步伐，對東北油氣分公司乃至整個石化集團公司的增儲上產(chǎn)都具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

2 松遼地區(qū)優(yōu)快技術(shù)思路

2.1 秦家屯地區(qū)淺井優(yōu)快方案

2.1.1 改變鉆井方式，防斜打快

秦家屯地區(qū)地層軟硬交錯、傾角大，易導(dǎo)致井斜，過去一般使用塔式或鐘擺鉆具組合，采取輕壓吊打的方式保證井身質(zhì)量，從而嚴重影響了鉆井進度。為此嘗試全井使用螺桿驅(qū)動加轉(zhuǎn)盤鉆的復(fù)合鉆井方式，對于不含礫巖的井段使用高效PDC鉆頭+螺桿鉆具的鐘擺鉆具組合，達到既保證井身質(zhì)量又提高鉆井速度的目的。此外選擇合適的井嘗試使用充氮氣欠平衡負壓鉆井方式，試驗使用液動錘、扭力沖擊器等新型鉆井工具。

2.1.2 加強鉆頭選型

鉆頭是鉆井生產(chǎn)的重要工具，并且是影響鉆井速度的決定性因素。不同類型的鉆頭適應(yīng)不同的地層，這就是鉆頭的選型問題。過去在該地區(qū)使用的鉆頭型號比較單一，尤其是PDC鉆頭。我們根據(jù)不同地層特性引進多種型號的PDC和牙輪鉆頭，優(yōu)選出適合該地區(qū)地層的鉆頭序列，達到提速的目的。

秦家屯地區(qū)淺井提速鉆頭優(yōu)選整體思路:

(1)用一只四刀翼PDC鉆頭(PDC鉆頭設(shè)計以追求最高機械鉆速為宗旨)配合動力鉆具復(fù)合鉆進，穿至登樓庫中上部地層或鉆穿，再用一只或兩只牙輪鉆頭高轉(zhuǎn)速大鉆壓完成2100 m進尺。

(2)優(yōu)選井位嘗試使用一只PDC鉆頭完成整口井2100 m進尺。

2.1.3 多種途徑改善井眼條件

(1)工程技術(shù)方面:根據(jù)設(shè)備狀況，盡可能的使用高泵壓、大排量，加快鉆井速度，保證井眼規(guī)則;堅持“短起下鉆”清砂，直井每鉆進150～200 m短起下一次，并且長短結(jié)合;使用小彎度螺桿(0.75°～1°)的復(fù)合鉆井方式適當增加井徑擴大率，同時控制井斜。

(2)鉆井液工藝方面:使用優(yōu)質(zhì)鉆井液處理劑，改善鉆井液的流變性，增強鉆井液的攜砂性能。通過加入鉀鹽離子、小陽離子等兩性離子抑制地層縮徑并防塌。

2.1.4 優(yōu)化鉆進參數(shù)

地層跳鉆造成頻繁斷鉆具一直是制約鉆壓和轉(zhuǎn)速的矛盾問題，根據(jù)本地區(qū)機械鉆速對轉(zhuǎn)速敏感的特點，根據(jù)目前使用的鉆具情況，通過轉(zhuǎn)速鉆壓共振公式計算，嘗試使用轉(zhuǎn)速90 r/min(增加25 r/min)、鉆壓200 kN的鉆井參數(shù)鉆進。鉆進中途加強鉆具的探傷工作，鉆鋌工作時間≯200 h探傷一次。

2.1.5 優(yōu)化措施實施情況

秦家屯地區(qū)9口淺井提速試驗取得重大突破，鉆井周期由30天降至15天以內(nèi)，個別2000 m以淺的井限在了10天以內(nèi)。二開PDC鉆頭平均機械鉆速達到18.46 m/h，同比提高了42%;牙輪鉆頭平均機械鉆速達到4.04 m/h，同比提高了30.32%;各項鉆井經(jīng)濟技術(shù)指標創(chuàng)該地區(qū)最高水平。

2.2 腰英臺地區(qū)優(yōu)快方案

2.2.1 鉆井難點分析

腰英臺深井設(shè)計井深4500～5000 m，具有鉆井周期長、井底溫度高、壓力系統(tǒng)復(fù)雜、鉆遇地層多、巖性變化大等特點。主要鉆遇地層為第四系、第三系的泰康組、白堊系的明水組、四方臺組、嫩江組、姚家組、青山口組、泉頭組、登婁庫組、營城組、沙河子組。深井提速方面主要影響因素有:根據(jù)實鉆資料分析，該地區(qū)地層巖性復(fù)雜，富含礫石，地層可鉆級值高，鉆探難度高，全井平均機械鉆速在1.7～2.5 m/h，青山口及以下地層多次試驗應(yīng)用國產(chǎn)PDC鉆頭，但沒有取得實質(zhì)性的突破，如腰深4井二開進入青山口組后，先后進行了7次PDC鉆頭試驗，機械鉆速平均僅為1.09 m/h，使用情況不理想，進尺、使用時間、機械鉆速基本接近和低于牙輪鉆頭，火山巖地層單只牙輪鉆頭進尺25～50 m，純鉆時間15～40 h，鉆速極低，深井大尺寸井眼動力鉆具因高溫等條件的限制，而使其應(yīng)用受到極大的制約，使得復(fù)合鉆進技術(shù)實施困難，機械鉆速提高難度較大。同時要求鉆井液首先應(yīng)具備強抗溫能力，腰英臺地區(qū)地溫梯度在3.5～3.7℃/100 m，井底溫度一般在150℃左右，鉆井液高溫穩(wěn)定性是關(guān)鍵;其次是強抑制能力，滿足井壁穩(wěn)定的需要;第三是強抗污染能力，氣田天然氣組分高含CO2，一般都在20%以上，解決CO2侵等深井鉆遇地層條件;同時火山巖裂縫發(fā)育，以較高角度傾斜縫為主，預(yù)探井鉆遇的大部分是以垂直裂縫為主，裂縫面規(guī)則，縫寬一般0.1～2 mm，裂縫密度平均為10條/m，裂縫開啟度較好，基本未充填，裂縫走向雜亂，對鉆井液密度極敏感，極易發(fā)生井塌(腰深5井最大掉塊直徑達到8 mm)，特別是在欠平衡鉆進時尤為嚴重。使用常規(guī)鉆井液已難以滿足腰英臺地區(qū)鉆井工程的要求。

2.2.2 優(yōu)選鉆頭，推廣復(fù)合鉆進

2.2.2.1 應(yīng)用鉆頭優(yōu)選技術(shù)

2.2.2.1.1 PDC 鉆頭的選擇

青山口及青山口以下地層，更廣泛的試用不同廠家、不同類型的國產(chǎn)PDC鉆頭，并調(diào)研東北地區(qū)國外PDC鉆頭的試驗應(yīng)用情況，優(yōu)選國外PDC鉆頭序列;二開青山口及青山口以下地層PDC鉆頭設(shè)計應(yīng)注重高抗沖擊性和研磨性，鉆頭運動穩(wěn)定性，較大的復(fù)合片傾角，鉆頭中心部抗沖擊能力，小尺寸復(fù)合片，備齒保護設(shè)計等因素。目的:青山口以下地層特性極其復(fù)雜，鉆頭鉆遇環(huán)境復(fù)雜，高抗沖擊、抗研磨的鉆頭才能保持較長的使用壽命，維持一定的機械鉆速，減少起下鉆時間，從而達到提高效率的目的。

從實際使用情況看，該區(qū)塊地層青山口組適合使用HC407ZX和HC505ZX等系列的PDC鉆頭，青山口以下的泉頭組地層適合使用13或16 mm混合復(fù)合片多刀翼鉆頭，這樣才能有效切入地層和抵抗地層的復(fù)雜運動沖擊。腰深5井在3142～3369 m井段使用一只HC505ZX系列的PDC鉆頭，探索應(yīng)用了復(fù)合鉆進技術(shù)，進尺227 m，機械鉆速1.58 m/h，由于井下扭矩一直波動較大，出現(xiàn)了掉塊、別鉆頭、開泵困難等復(fù)雜情況，被迫終止。該只鉆頭的使用，說明在泉頭組硬質(zhì)泥巖和砂礫互層的地層特性情況下，進口鉆頭在設(shè)計、材質(zhì)方面能夠承受較高轉(zhuǎn)速，保持較長的使用壽命。在該區(qū)塊推廣復(fù)合鉆進是一個方向。

2.2.2.1.2 牙輪鉆頭的改進

腰平11井是東北局在長深氣田部署的一口水平井，設(shè)計井深4657.66 m，實際井深4668 m，設(shè)計垂深3770 m，設(shè)計井底位移1100 m，實際井底位移1099.79 m，設(shè)計水平段位移543 m，實際水平段長542.8 m，圓滿地達到了設(shè)計要求。腰平11井三開所鉆地層為火成巖，地層研磨性很強，對鉆頭的磨損相當嚴重。根據(jù)我們施工完成的腰平3井經(jīng)驗，三開使用江鉆MD系列鉆頭效果很好，主要是MD537HX、MD617HX，但在腰平11井這兩種型號的鉆頭使用效果很不理想，3775～4252 m井段，共使用江漢產(chǎn)的牙輪鉆頭14只，平均使用時間17.46 h，平均進尺34 m，最短的一只HJT617GL，僅用2 h，外徑磨小2 mm。主要損壞部位是牙輪的“巴掌”部分，牙輪“巴掌”磨小后，導(dǎo)致牙輪軸承密封失效、損壞。解決辦法是加強“巴掌”的保徑，采用加布金剛石保徑齒來延緩“巴掌”的磨損，從而延長鉆頭的使用時間。改進鉆頭的型號為MD537HDPX，已在腰平11井試用，使用井段4432～4500 m，進尺68 m，純鉆時間32 h，機械鉆速2.12 m/h，比改進前純鉆時間延長10 h，使用效果良好。

2.2.2.1.3 水平井動力鉆具的選擇

腰平11井在水平段鉆進使用5LZ－172螺桿，轉(zhuǎn)速150～160 r/min，因轉(zhuǎn)速過高加速了鉆頭“巴掌”的磨損，隨后采用了功率大、轉(zhuǎn)速低的5級7LZ－172的螺桿，它的轉(zhuǎn)速為110～120 r/min，轉(zhuǎn)速降低后可以延長鉆頭使用時間，每分鐘少轉(zhuǎn)40轉(zhuǎn)，原來鉆頭使用20 h的話，轉(zhuǎn)速降低后可以延長5～7 h。通過使用對比，平均機械鉆速沒有大的差別，鉆頭的純鉆進時間增加了18%，單只鉆頭的進尺增加了15 m左右。

2.2.2.2 試驗應(yīng)用動力鉆具和復(fù)合鉆進技術(shù)

(1)引進適應(yīng)高轉(zhuǎn)速的PDC鉆頭和長壽命、低壓降、低轉(zhuǎn)速、抗高溫、大功率的螺桿動力鉆具，采用相應(yīng)的工藝技術(shù)措施，通過提高轉(zhuǎn)速來提高機械鉆速。高轉(zhuǎn)速、砂礫巖對鉆頭提出更高的抗研磨、抗沖擊要求。

(2)根據(jù)鉆頭和螺桿特性及實際加壓壓降情況，優(yōu)化鉆進參數(shù)、水力參數(shù)，試驗應(yīng)用本地區(qū)深井、極硬地層、含礫層雙驅(qū)復(fù)合鉆進模式，收集各類參數(shù)和數(shù)據(jù)，為進一步推廣積累經(jīng)驗。

(3)引進使用適合深層氣井深部井段的孕鑲金剛石鉆頭，配合螺桿或高速渦輪鉆具作為泉頭組、登婁庫、營城組鉆頭的選擇和應(yīng)用類型。

(4)研究應(yīng)用大鉆桿或復(fù)合鉆桿配合新型加長組合噴嘴、側(cè)噴嘴，解決深部大井眼井段壓耗高、單泵鉆進不能有效清巖，破巖效率低等問題，減少沿程壓耗，發(fā)揮水力能量，有效提高機械鉆速。

2.2.3 優(yōu)快措施實施情況

安全優(yōu)質(zhì)高速完成了腰深5井、梨1井、腰深9井的鉆探任務(wù)。腰深5井全井安全無事故，平均機械鉆速2.27 m/h，創(chuàng)腰英臺氣田深直井機械鉆速最高記錄，與鄰井相比，提高17.6%;鉆井周期175天，對比鄰井節(jié)約30～46天，周期縮短率14.6%。腰深9井設(shè)計井深4770 m，實際完鉆井深4465 m，鉆井周期159天，平均機械鉆速2.01 m/h，鉆井周期創(chuàng)同區(qū)塊同井深井最短周期記錄。同比腰深7井(完鉆井深4386 m)縮短周期13天，多施工進尺79 m。二開段4140 m的施工，周期106天，對比腰深4井節(jié)約周期32天，周期縮短26%。

2.3 伏龍泉淺層氣井鉆井技術(shù)思路

2.3.1 鉆井難點分析

該區(qū)塊設(shè)計周期短，鉆井周期設(shè)計一般為6～8天，屬于91/2in+6 in鉆頭兩開結(jié)構(gòu)井，該區(qū)塊起鉆時拔活塞現(xiàn)象極為嚴重，抽吸井噴風(fēng)險大，該區(qū)塊去年施工的兩口井均發(fā)生了井噴事故;泉頭組二段以下地層存在多個漏失段;上部地層鉆頭泥包嚴重等。在實際施工中存在4大鉆井風(fēng)險:

(1)小井眼鉆井懸重小，起鉆遇卡無有效下壓力，容易卡鉆;

(2)鉆進中采用扶正器鐘擺鉆具組合，起鉆時拔活塞現(xiàn)象嚴重，泥漿無法回灌，常常是起一柱或兩柱就要接方鉆桿正灌泥漿一次，加上井淺、環(huán)空容積小、少量的抽吸原因造成的氣體侵入，也能誘發(fā)井噴;

(3)環(huán)空間隙小，下鉆時泥漿被大量壓入管內(nèi)，到底開泵易發(fā)生堵水眼，這樣起鉆會造成不能及時正循環(huán)灌漿，間接引起井噴;

(4)整個井段存在多個漏失段，給井下帶來無法預(yù)計的安全風(fēng)險。

2.3.2 優(yōu)化施工方案

(1)重新設(shè)計PDC鉆頭。F2－30井使用了4種不同的PDC鉆頭，全井機械鉆速只有8 m/h(設(shè)計機械鉆速14 m/h)，鉆頭泥包現(xiàn)象頻繁。所以，著重從PDC鉆頭的流道，刀翼數(shù)，復(fù)合片及切削傾角等方面做了較大的改動。

(2)針對拔活塞現(xiàn)象和下套管開泵困難的現(xiàn)象，增大了鉆頭尺寸，比設(shè)計鉆頭大3.6 mm(設(shè)計152.4 mm鉆頭);專門加工了φ152×300 mm鉆柱扶正器。在防控井斜的情況下，有效減輕上述復(fù)雜情況。

(3)優(yōu)化泥漿性能。鉆進時采用1.20～1.22 g/cm3，起鉆加重至1.25 g/cm3，馬式漏斗粘度控制在50 s左右，避免井漏和井噴的發(fā)生。

(4)優(yōu)化鉆井參數(shù)，排量由15 L/s提高到20 L/s，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速由90 r/min提高到110 r/min。

(5)確定了短程起下鉆的井段和單根劃眼措施，改善起鉆井筒環(huán)境。

(6)制定全井的技術(shù)操作措施，確保井控安全。

2.3.3 優(yōu)快措施實施情況

F2－30井是我公司在伏龍泉區(qū)塊施工的第一口淺層氣井，完鉆井深1153 m。由于采用小井眼施工方案，極有發(fā)生井噴的風(fēng)險，歷時15.5天才完成該井的施工。雖被評為優(yōu)質(zhì)工程，但該井的機械鉆速較低，鉆井周期較長。針對第一口井的成功經(jīng)驗和遇到的問題，在第二口井(F2－18井)的施工中，嚴格按照制定的方案施工，鉆井周期、機械鉆速同比第一口井有了大幅度的提高。完鉆井深1180 m，鉆井周期由15.5天縮短為9.5天，縮短率63.2%，機械鉆速由8 m/h提高到14.13 m/h，提高76.62%。F2－12井是我公司施工的第三口井，僅用7.5天完成設(shè)計井深1200 m，平均機械鉆速16 m/h，鉆井周期又縮短了2天時間，縮短率20.7%，平均機械鉆速提高了13.2%，全井正常施工。

3 認識和體會

(1)松遼盆地吉林地區(qū)淺井提速，應(yīng)把PDC鉆頭優(yōu)選和鉆井參數(shù)優(yōu)化技術(shù)作為重點，綜合考慮各種配套技術(shù)的實施應(yīng)用，如防斜、井壁穩(wěn)定技術(shù)等，減少復(fù)雜時效，實現(xiàn)整體周期提速是主要目標。

(2)深層氣井營城組火成巖以上地層，PDC鉆頭基本可以突破。但各井之間，相同地層巖性卻變化極大，應(yīng)用效果存在較大差距。

(3)深層氣井雖然應(yīng)用了國內(nèi)液動沖擊器、國外高速渦輪配合孕鑲金剛石鉆頭復(fù)合鉆進、國外扭力沖擊器等技術(shù)，但沒有達到效果，新工藝實質(zhì)性地的提速突破面臨“瓶頸”。

(4)各井段的鉆頭優(yōu)選技術(shù)依然是區(qū)塊提速的重要突破點。

(5)國產(chǎn)牙輪鉆頭的軸承和保徑與國外產(chǎn)品存在較大差距，還不能滿足該地區(qū)水平井的要求，增加了起下鉆次數(shù)，延長了鉆井周期。

(6)深層氣井下部地層，可鉆級別高、研磨性強、巖性變化快。應(yīng)推廣使用低轉(zhuǎn)速(50～80 r/min)、大扭矩螺桿鉆具。

［1］孔凡軍，周英操，張書瑞，等.松遼盆地北部深層天然氣勘探鉆井技術(shù)［J］.中國石油勘探，2004，(4).

［2］潘起峰，高德利，孫書貞，等.PDC鉆頭選型新方法［J］.石油學(xué)報，2005，(3).

［3］李文明，陳紹云，劉永貴.優(yōu)快鉆井配套技術(shù)在希50－54井應(yīng)用實踐［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(6).

［4］季細星，蘇義腦.新型鉆直井的鉆具組合及油田試驗結(jié)果分析［J］.石油鉆采工藝，1996，(1).

［5］賈國慶，劉炳運.鉆井技術(shù)水平再上新臺階［N］.中國石化報，2008－02－19.

Optimized and Fast Drilling Technology for Oil and Gas Exploration in Songliao Area

REN Hang-zhou，LI Xiang(1.No.2 Drilling Company of Zhongyuan Oilfield，Puyang Henan 457001，China;2.China University of Geosciences，Wuhan Hubei 430074，China)

The medium exploration wells of Yaoyingtai，Qinjiatunbawu，Qinjiatunshiwu block and surrounding Lishu fault depression and Changling fault depression of Songliao area in Jilin are important in China Petroleum＆Chemical Corporation of northeast area，as well as shallow gas well of Fulongquan.Different efficiency improvement measures were respectively made according to the characteristics of each well.Through constant bit optimization，enhancing drilling parameters，adopting high power and high temperature composite screw drilling technology，designing detailed single well drilling schemes and developing efficiency potential，the best drilling record was obtained.The paper introduced the optimized and fast drilling technical schemes and the specific measures in Songliao area.

oil and gas exploration;drilling technology;optimized and fast drilling measure;thought of efficiency improvement;Songliao area

TE242

A

1672－7428(2011)10－0015－0412

2011－04－17;

2011－07－29

任杭洲(1973－)，男(漢族)，山東桓臺人，中原油田鉆井二公司吉林項目部副經(jīng)理、工程師，鉆井工程專業(yè)，從事鉆井技術(shù)工作，河南省濮陽市北環(huán)路40號，huojw2008@163.com。