復(fù)雜深層小井眼優(yōu)快鉆井關(guān)鍵技術(shù)分析

安明

摘 要：小井眼鉆井有著井眼軌跡控制難度大、PDC 鉆頭選型單一、循環(huán)壓耗大排量受限、鉆具風(fēng)險(xiǎn)高、完井套管下入難度大等技術(shù)難題。研究區(qū)塊被多組逆沖斷層切割，研究區(qū)塊易斜、易塌、硬脆性掉塊多，定向井軌跡難以控制。應(yīng)用深井小井眼安全鉆井技術(shù)，不僅很好地控制了側(cè)鉆井的定向軌跡、提高了小井眼井段機(jī)械鉆速，同時(shí)減少了井下事故復(fù)雜、降低了鉆井成本，實(shí)現(xiàn)了快速安全鉆井。

關(guān)鍵詞：小井眼鉆井；側(cè)鉆井；定向軌跡；鉆井速度

研究區(qū)塊是油田近年開(kāi)發(fā)的主力區(qū)塊。隨著目的層專打和老井加深側(cè)鉆井的部署，小井眼井?dāng)?shù)量逐步增多。小井眼鉆井有著井眼軌跡控制難度大、PDC 鉆頭選型單一、循環(huán)壓耗大排量受限、鉆具風(fēng)險(xiǎn)高、完井套管下入難度大等技術(shù)難題，針對(duì)以上難題進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，解決研究小井眼井段的安全鉆進(jìn)問(wèn)題，降低研究小井眼鉆井的復(fù)雜事故率，從而提高該區(qū)塊的整體鉆井速度，縮短鉆井周期。

1 研究地質(zhì)構(gòu)造特征

區(qū)塊被多組逆沖斷層切割，小井眼深井所鉆井段均為白堊系中溝組底部、下溝組地層。中溝組地層巖性為：棕紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖；下溝組地層巖性為：灰綠色、灰黑色泥巖、淺棕紅色、灰綠色含礫中細(xì)砂巖、礫狀砂巖夾棕紅色泥質(zhì)粉砂巖、灰黑色泥巖薄層。研究區(qū)塊白堊系易斜、易塌、硬脆性掉塊多，定向井軌跡難以控制。

2 研究區(qū)塊小井眼鉆井資料調(diào)研

研究區(qū)塊井深在4000m以上，平均機(jī)速只有0.7m/h，復(fù)雜事故率高，2口井復(fù)雜事故累計(jì)損失31.3d，且鉆進(jìn)機(jī)速低、周期長(zhǎng)，鉆井周期超出設(shè)計(jì)周期71.77d。

3 研究小井眼鉆井難點(diǎn)分析

（1）白堊系地層自然增斜率高。小井眼井身質(zhì)量難以控制，三開(kāi)井段（4294～4444m）由于地層自然傾角影響，井斜由5.59°↗26.87°。（2）小井眼側(cè)鉆井設(shè)計(jì)井斜大，軌跡控制難度大研究 111H 開(kāi)窗后鉆具剛性弱，軌跡控制難度大，定向段狗腿度大（最高達(dá) 14.56°/30m），小井眼排量低，攜巖效果差，起下鉆大段劃眼，復(fù)雜時(shí)效多。（3）白堊系下溝組地層，鉆進(jìn)過(guò)程經(jīng)常會(huì)遇到地層應(yīng)力性坍塌，預(yù)防不到位或處理不當(dāng)會(huì)造成卡鉆事故。

4 技術(shù)措施應(yīng)用

4.1 分析小井眼所鉆地層，選擇個(gè)性化PDC 鉆頭通過(guò)地層巖性分布，實(shí)鉆巖性，以及后期測(cè)井過(guò)程中測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的分析得出，下溝組地層存在巖性致密。白堊系地層易造成 PDC 鉆頭異常損壞，而使用牙輪鉆頭則大大降低了機(jī)械鉆速，如何提高鉆頭破巖效率，提高地層可鉆性，成為一大技術(shù)難點(diǎn)。

4.1.1 刀翼及流道選擇

PDC 鉆頭的受力取決于各個(gè)切削齒的受力及各切削齒在鉆頭的位置和鉆頭剖面形狀，因此選擇刀翼流道寬度均勻的PDC 鉆頭。

4.1.2 補(bǔ)齒設(shè)計(jì)

（1）切削齒尺寸優(yōu)選：先選擇 13mm 切削齒，采用中密度布齒的PDC 鉆頭。（2）優(yōu)化布齒后傾角度：考慮到?jīng)_擊載荷作用頻率的因素研究地區(qū)鉆頭后傾角采用20°～22，盡可能減少對(duì)切削齒的先期破壞，達(dá)到提高鉆頭的使用壽命。（3）調(diào)整后排齒：增加前后排切削齒的高差，高差選0.75mm。（4）強(qiáng)化保徑效果：在每個(gè)刀翼的保徑面增加倒劃齒，起到防硬卡作用。

4.2 井下工具優(yōu)選與鉆具結(jié)構(gòu)優(yōu)化

直井下入“0-1”鉆具結(jié)構(gòu)，配合MWD 跟蹤測(cè)斜，控制井身質(zhì)量，側(cè)鉆井考慮到儀器的抗高壓和耐高溫能力，選擇上懸掛式、電池使用時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)的儀器。小井眼下溝組選用小尺寸、大扭矩 7 頭螺桿，使用時(shí)間在120h 以上，提高了行程鉆速和進(jìn)尺，隨著優(yōu)化鉆頭選型、井下動(dòng)力鉆具的優(yōu)選，研究區(qū)塊小井眼鉆進(jìn)機(jī)速逐步提升，平均機(jī)速由 0.77m/h 提高到 1.45m/h，突破了小井眼鉆進(jìn)機(jī)速慢的難點(diǎn)。

4.3 小井眼選擇Φ101mm 鉆桿，強(qiáng)化鉆井參數(shù)小井眼所用Φ89mm 鉆具抗扭、抗拉強(qiáng)度低，傳遞扭矩不足，給井眼軌跡控制帶來(lái)許多困難。使用Φ101.6mm 鉆桿很大程度上優(yōu)化了鉆井參數(shù)，增大鉆井排量（13L/s 提高到 15L/s），提高攜帶效果，抗拉強(qiáng)度提高了111kN，緩解了定向時(shí)工具面不穩(wěn)定。

4.4 制定完鉆通井鉆具結(jié)構(gòu)，小間隙井段套管順利下入

模擬套管剛性進(jìn)行通井，按以下公式計(jì)算出通井鉆具剛性：

式中：D鉆鋌——鉆鋌外徑，cm；

D套管——套管外徑，cm；

d 鉆——鉆鋌內(nèi)徑，cm；

d 套——套管內(nèi)徑，cm。

通井鉆具剛性按照由弱到強(qiáng)逐步增加，最終略 高于套管剛性后才可下套管。Φ171mm 井眼通井鉆具結(jié)構(gòu)：?jiǎn)畏觯害?71mm 鉆頭+120mmDC×1 根+Φ168mm扶正器+上部鉆具；雙扶 ：Φ171mm 鉆 頭+ Φ168mm 扶正器+120mmDC×1 根+Φ161mm 扶正器+上部鉆具。 小井眼完井套管間隙一般較小，套管本體間隙最小的研究 8X 井只有 25mm；接箍間隙最小的研究 4J 只 有10.5mm；研究14 井在小井眼要求下入Φ139.7mm 套 管，研究 7X、研究 8X 均為開(kāi)窗側(cè)鉆定向井，研究 7X 井 斜最大 42.05°，研究 8X 斜井段長(zhǎng)達(dá) 1504m，4 口井套管安全下至井底。

4.5 成功預(yù)防事故復(fù)雜

（1）建立事故復(fù)雜風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與預(yù)防機(jī)制，小鉆桿、鉆鋌抗拉抗扭強(qiáng)度低，加強(qiáng)鉆具檢查，規(guī)范上扣扭矩，落實(shí)探傷、錯(cuò)扣及倒換鉆具制度。（2）針對(duì)性對(duì)重點(diǎn)井段及時(shí)間制定措施和監(jiān)控。觀察巖性變化和返處的巖屑狀態(tài)，及時(shí)與泥漿方溝通，使鉆井液始終具有適應(yīng)地層各種裂縫的封堵、填充、架橋封堵等封堵防塌能力。（3）通過(guò)短起下、循環(huán)、排量調(diào)整配合鉆井液使用雷特纖維素等措施，做到井筒快速有效地清潔，降低因巖屑堆積引起的復(fù)雜和事故。（4）成立現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)管理小組，形成碰頭會(huì)制度，細(xì)致評(píng)估施工風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督落實(shí)，確保措施執(zhí)行到位。

5 效果評(píng)價(jià)

近年研究區(qū)塊從鉆頭選型、鉆井液性能優(yōu)化、細(xì)化操作規(guī)程入手，小井眼鉆探 4 口井，復(fù)雜事故損失時(shí)間控制在 0.3%以內(nèi)。損失時(shí)間比以往大幅度降低，2016 年所鉆2 口井均節(jié)約周期完成。機(jī)速提高：研究小井眼平均機(jī)速由 0.71m/h 提高到1m/h，平均機(jī)速提高29%；節(jié)約周期：小井眼最深探井節(jié)約周期 32d，其余 2 口開(kāi)窗側(cè)鉆井節(jié)約周期17d，共計(jì)節(jié)約周期51.29d。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王士斌.國(guó)內(nèi)外小井眼鉆井設(shè)備的發(fā)展[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2016，36（2）：18-21.