高古4井深井鉆井技術(shù)探討

亓凱　葉青松

摘要：高古4井是一口設(shè)計井深達4980m的天然氣深預(yù)探井，是歷年來所鉆的第三口深探井。其他兩口探井（民深一井、臨982井）雖然已經(jīng)完井，但是在鉆井過程中都出現(xiàn)了井下事故復(fù)雜，損失相當嚴重。文章對高古4井深井鉆井技術(shù)進行了探討。

關(guān)鍵詞：鉆頭；機械鉆速；井控；鉆井取心；深井鉆井技術(shù) 文獻標識碼：A

中圖分類號：P634 文章編號：1009-2374（2016）22-0156-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.077

高古4井位于臨清坳陷東部莘縣凹陷中段西部斜坡帶高古4鼻狀構(gòu)造的較高部位，是該區(qū)塊最深的一口預(yù)探井，設(shè)計為四開井。三開Φ215.9mm的裸眼長達3000余m，而且下入Φ177.8mm生產(chǎn)套管，對我們是一個嚴峻的考驗。高古4井設(shè)計井深4980m，完鉆層位是下古生界的奧陶系八陡組?？椎杲M以上地層我們比較了解，屬正常地層，進入中生界后至下古生界，復(fù)雜層位多、裸眼段長較長、下部地層傾角大等原因造成的井壁穩(wěn)定性差、機械鉆速低、易發(fā)生事故復(fù)雜等不利于正常鉆井的因素，是本井鉆井的重點和難點。同時本井因為井較深，我們在鉆頭的合理選型、井身質(zhì)量控制、井下事故復(fù)雜的預(yù)防、機械鉆速的提高以及深井鉆井取芯等方面都需要制定相關(guān)的鉆井技術(shù)措施來確保該井的正常施工和完井。

1 鉆井技術(shù)難點分析

（1）該井為深預(yù)探井，設(shè)計為四開井。安全把Ф177.8mm套管下到位，保證固井成功向我們提出了挑戰(zhàn)；（2）該井下部地層傾角較大，使得井身質(zhì)量控制難度大，容易超標；（3）該井提示在鉆遇煤層要進行鉆井取心，深井煤層取心收獲率難以保證；（4）該井三開裸眼段較長，易產(chǎn)生事故復(fù)雜；（5）該井下部鉆遇古生界，地層的可鉆性很差，隨之帶來的是機械鉆速較低，鉆井周期長；（6）井控工作是該井的重點，原始資料缺乏，地層壓力狀況不清，給該井的井控安全帶來了隱患。

2 鉆井中遇到的主要難題及解決辦法

2.1 該井井身質(zhì)量的控制

2.1.1 一開由于地層淺，地層疏松，采用牙輪鉆頭配塔式鉆具組合。同時為了搞好防斜打直工作，隨鉆鋌的增加逐漸提高鉆壓，保證井身質(zhì)量。

2.1.2 二開用牙輪鉆頭配鐘擺鉆具組合，在鉆鋌吊打出套管鞋后視情況把鉆壓增加至正常鉆壓。

2.1.3 三開第一只鉆頭用牙輪鉆頭配雙扶剛性鐘擺鉆具組合鉆阻流環(huán)，在鉆鋌吊打出套管鞋后把鉆壓增加至正常鉆壓。

為了提高全井的機械鉆速，起鉆后可下入PDC

鉆頭。

井深超過3300m后為了保證井下安全，盡量簡化鉆具結(jié)構(gòu)。

為了搞好井下事故負責(zé)的預(yù)防工作，井深超過4000m后采用光鉆鋌組合。

組合：Φ215.9mmPDC+Φ165mmDC×4柱+Φ127mmHWDP×5柱+Φ127mmDP。鉆井措施根據(jù)所下入的鉆頭來確定。

2.1.4 四開用光鉆鋌組合。

組合：Φ149.2mmPDC+Φ105mmDC×3柱+Φ89mmDP。

鉆壓：20～40kN；轉(zhuǎn)速：60～70轉(zhuǎn)/分；排量：8～10L/s。

2.1.5 在該井井身質(zhì)量的控制方面，我們主要是在上部先掌握主動權(quán)。嚴格執(zhí)行技術(shù)措施及操作規(guī)程，用牙輪鉆頭配雙扶剛性鐘擺鉆具組合，切實搞好防斜打直工作。在鉆具組合中加入無磁鉆鋌，每鉆進300m左右就及時檢測井斜和方位。下部井段為了保證井下安全，提高全井機械鉆速，減少事故復(fù)雜，用PDC鉆頭配9m單扶鉆具組合，保證了該井上部的井身質(zhì)量。同時，每次起鉆投測電子多點，搞好井身軌跡跟蹤。由于該井下部的地層傾角比較大，用常規(guī)的鉆具組合滿足不了甲方的需求。在2890～3240m井段，用無線隨鉆進行糾斜，保證了該井的井身質(zhì)量。經(jīng)電測資料顯示該井最大井斜6.36度，最大水平位移55.74m，井底閉合位移13.49m，屬于優(yōu)質(zhì)井。

2.2 合理鉆頭選型，提高機械鉆速

該井和高古7井相比，全井機械鉆速有了較大的提高。在開鉆伊始，我們就對高古7井的資料進行了分析，找出了制約該區(qū)塊機械鉆速的各項因素，對癥下藥。在該井的上部井段，地層可鉆性較好，現(xiàn)場用牙輪鉆頭可以提高機械鉆速，最大限度地釋放鉆壓。在下部井段，地層可鉆性差，對于提高全井的機械鉆速尤為重要。高古7井主要是采用牙輪鉆頭，致使機械鉆速較低，在高古4井，現(xiàn)場主要采用上海中曼金剛石鉆頭生產(chǎn)的PDC鉆頭來提高全井的機械鉆速，同時也最大限度地保證了井下安全，減少了事故復(fù)雜。

在三開下部地層主要以PDC鉆頭來提高機械鉆速。PDC鉆頭入井前保證井底清潔，不得有落物。下鉆至裸眼井段控制下放速度，若遇阻必須進行劃眼時，以額定排量緩慢低扭矩劃眼。下鉆離井底50～60m開泵劃眼至井底，嚴禁一次下到底。到底后先用低轉(zhuǎn)速、低鉆壓進行井底造型0.5～1m，再逐漸將鉆壓加至正常鉆進最佳值。在鉆遇高研磨性或硬砂泥巖時，降低轉(zhuǎn)速以延長鉆頭使用壽命。在深部井段可鉆性極差的研磨性地層，主要使用HJT517GK、HJT537GK、HJT637GK等牙輪鉆頭來提高機械鉆速，補充了PDC鉆頭的不足。

2.3 井控安全

2.3.1 該井屬于預(yù)探井，井控的安全工作顯得尤為重要。在每次開鉆前，規(guī)范井控設(shè)備的安裝及固定。同時井控設(shè)備的試壓工作做到符合鉆井設(shè)計要求，搞好井控設(shè)備的維護及保養(yǎng)工作，使井控設(shè)備隨時處于備戰(zhàn)狀態(tài)。

2.3.2 嚴格執(zhí)行井控管理的各項規(guī)章制度。加強井控實戰(zhàn)演練，錄取好各項井控的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為及時壓井提供必要的依據(jù)。

2.3.3 進入油氣層后每次起鉆前必須進行短程起下鉆測量后效，計算油氣上竄速度，以確定油氣上竄速度在安全的范圍內(nèi)才能進行起鉆作業(yè)。

2.4 深井安全技術(shù)要求

2.4.1 在井深進入3000m以后的深井階段，起下鉆嚴格控制速度，減少壓力激動。下鉆要分段開泵循環(huán)，保證每次循環(huán)時間不低于一個循環(huán)周，每次下鉆離井底50～60m開泵劃眼到底。

2.4.2 由于該井較下部有的地層不適應(yīng)PDC鉆頭，就用牙輪鉆頭來提高機械鉆速。為了預(yù)防掉牙輪等事故的發(fā)生，在現(xiàn)場應(yīng)嚴格執(zhí)行技術(shù)措施，認真跑合好牙輪；在鉆遇軟硬交互的地層及時調(diào)整技術(shù)措施，最大程度發(fā)揮好牙輪鉆頭的效能。起鉆時保證牙輪鉆頭應(yīng)留有一定的余新，對每次起出的牙輪鉆頭認真進行分析，為下部的鉆頭選型和使用參數(shù)提供依據(jù)。

2.4.3 起下鉆過程中，遇阻、卡上提或下壓不能超過100kN，經(jīng)過上下活動不能解除的，進行劃眼，避免引起事故復(fù)雜。井深進入3300以后，盡量簡化鉆具組合，改用Ф165mm鉆鋌和Ф211mm扶正器，最大限度地預(yù)防井下事故復(fù)雜的發(fā)生。同時，每鉆進200～300m進行一次短程起下鉆修整井壁；連續(xù)鉆進48小時進行長段短程起下鉆拖拉井壁，保證井眼的暢通。

2.5 保證取芯質(zhì)量

該井共進行鉆井取芯（煤層中）兩次。鉆井取芯井段為4369.00～4375.5m；4515.00～4518.6m。鉆井取芯總進尺10.1m，芯長9.9m，取芯收獲率達98.02%。

由于該井是在煤層中用川8-3型取芯工具進行鉆井取芯，由于煤層易沖刷破碎，造成了取芯收獲率難以保證。在汲取齊一井（取芯收獲率為90.5%）經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，入井前仔細檢查并保養(yǎng)懸掛軸承；間隙調(diào)整隙至9～10mm；對各連接部位按要求力矩進行緊扣；樹芯采用低轉(zhuǎn)速、低排量以減少對煤層的沖刷；取芯時采用恒壓鉆進；割芯時把鉆壓一次加到150kN，待懸重恢復(fù)就拔芯起鉆；起鉆過程中做到平穩(wěn)，嚴禁猛剎猛頓。通過這些措施的落實，很大程度上保證了該井的取芯收獲率。

2.6 套管防磨技術(shù)

為了搞好套管防磨問題，在鉆具組合中每間隔400m就加入一只套管防磨接頭。每次起鉆對各防磨接頭進行檢查，丈量防磨接頭的磨損情況，發(fā)現(xiàn)防磨接頭的旋轉(zhuǎn)部件磨損較嚴重就立即更換；每次起鉆前要求第一只防磨接頭不出套管鞋。

2.7 保證Φ177.8mm套管順利下到位

該井創(chuàng)造了公司Φ177.8mm套管在Φ215.9mm井眼下深的記錄，該井Φ177.8mm下深為4616.68m。搞好井眼的準備，對縮徑井段進行劃眼，確保暢通無阻，為套管的順利下入提供條件。下套管嚴格各項技術(shù)操作規(guī)程：做到連續(xù)灌滿泥漿；逐根通內(nèi)徑；按設(shè)計要求下足扶正器；控制套管的下放速度；用套管鉗保證每個絲扣的上扣力矩達到要求。

下完套管后，用Ф140mm缸套一個凡爾的排量緩慢開通泵，循環(huán)正常后，再逐漸加大排量循環(huán)至固井所需排量，處理好泥漿，進行固井作業(yè)。

2.8 兩次斷鉆具事故的處理

2.8.1 該井鉆進到4419.8m時懸重由1420kN降到1120kN，泵壓由14.7MPa下降到7.9MPa，起鉆發(fā)現(xiàn)鉆具本體折斷。落魚魚頂2905.99m，落魚長1513.8m。下入LT-200型卡瓦打撈筒兩次撈獲落魚，損失時間41小時。

2.8.2 該井取芯鉆進到4518.6m時懸重由1440kN降到1110kN，泵壓由7.2MPa下降到3.4MPa，起鉆發(fā)現(xiàn)鉆具折斷。落魚魚頂2920.35m，落魚長1598.35m。下入LT-200型卡瓦打撈筒一次撈到落魚，損失時間15小時。

2.8.3 根據(jù)這兩次斷鉆具事故的分析，其主要原因是由于井眼曲率較大，造成應(yīng)力集中，鉆時慢，加速了鉆桿的疲勞破壞。

2.8.4 為了滿足井下安全的需求，對鉆鋌、加重鉆桿等進行了現(xiàn)場探傷，更換入井的鉆桿為全新的S135級斜坡鉆桿后，再未發(fā)生斷鉆具事故，為井下安全提供了保障。

3 結(jié)論與認識

（1）高古4井的井身質(zhì)量、取心質(zhì)量、固井質(zhì)量合格率均為100%，為公司深井技術(shù)的發(fā)展積累了寶貴的經(jīng)驗；（2）搞好鉆頭選型，合理使用好牙輪鉆頭和PDC鉆頭，可以取得較高的機械鉆速和經(jīng)濟、社會效益，提高油田的勘探開發(fā)速度和產(chǎn)能建設(shè)；（3）認真執(zhí)行深井的各項技術(shù)要求，嚴格各項操作規(guī)程，可以較好地解決井下阻卡等問題，減少井下的事故；（4）該井由勝利油田泥漿公司服務(wù)，在對付泥頁巖易跨塌、井眼縮徑等方面為公司泥漿水平的提高提供了經(jīng)驗支持。

作者簡介：亓凱（1986-），男，山東萊蕪人，中石化西南油氣分公司川東北采氣廠工程師，研究方向：油氣井工程。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）