深井鉆井提速技術(shù)研究

王亞東

（大慶鉆探工程公司鉆井四公司，吉林松原138000）

為了高效開采油田的深部油氣資源，提高機(jī)械鉆速降低開發(fā)成本，大慶鉆探針對不同深井的地質(zhì)特點，對單井的每個開次制定了相應(yīng)的提速技術(shù)施工方案[1-2]，本文以X 深平1 井為例進(jìn)行了深井鉆井提速技術(shù)分析研究。

X 深平1 井是一口風(fēng)險探井。該井設(shè)計井深4746m，水平段長1500m。各工序施工難點較多，三開后實施近平衡鉆井，深層巖性變化大、氣藏復(fù)雜，氣藏壓力系數(shù)變化較大，需要根據(jù)實鉆情況調(diào)節(jié)鉆井液密度、粘度等參數(shù)，既要做到保護(hù)氣層，又要保證鉆井施工順利進(jìn)行。通過應(yīng)用綜合提速措施，該井取得了較高的機(jī)械鉆速，比設(shè)計提前5.5d完鉆，為深部地層優(yōu)快鉆井提供了技術(shù)參考。

1 X深平1井基本情況

1.1 X深平1井地質(zhì)情況

X 深平1 井位于松遼盆地，為一口側(cè)鉆水平井，根據(jù)鄰井鉆探成果及地震解釋成果，本區(qū)深層自上而下揭示的地層為白堊系下統(tǒng)泉頭組、登婁庫組及基底部分地層。從已有地震資料上看，該井將于青二、三段約1540m鉆遇斷層，施工時要注意防止井斜、井漏等工程事故的發(fā)生。深層致密地層注意防卡、防鉆具失效；加強(qiáng)預(yù)防火山巖段井漏、井塌，應(yīng)做好鉆井預(yù)案，鉆探過程中同時預(yù)防卡鉆；進(jìn)入目的層按規(guī)程做好井控工作；目的層裂縫發(fā)育，鉆井過程中應(yīng)做好防漏、堵漏預(yù)案，同時預(yù)防井漏后誘發(fā)井噴。該井儲層含有CO2氣體，應(yīng)預(yù)防CO2氣體腐蝕和對環(huán)境的影響。三開后深層氣藏地層壓力預(yù)測可能存在誤差，要求現(xiàn)場根據(jù)實鉆情況調(diào)節(jié)鉆井液性能，即要做到及時發(fā)現(xiàn)、保護(hù)氣層，又要保證鉆井施工順利進(jìn)行。

1.2 X深平1井井身設(shè)計

該井設(shè)計井深4746m，實際完鉆井深4746m，目的層和完鉆層位均為基底。該井為三開井身結(jié)構(gòu)，其中一開完鉆井深為300m，鉆至四方臺組，鉆頭尺寸為444.5mm，固井水泥漿反至地面；二開設(shè)計井深為2750m，鉆至登四段，鉆頭尺寸為275mm；三開設(shè)計井深為4746m，鉆至基底，鉆頭尺寸為215.9mm。

1.3 X深平1井井眼軌跡設(shè)計

X深平1井設(shè)計軌道剖面節(jié)點數(shù)據(jù)見表1。

表1 X深平1井設(shè)計軌道剖面節(jié)點數(shù)據(jù)

2 提速技術(shù)研究

2.1 一開施工提速情況

一開表層主要提速技術(shù)措施：①配制的鉆井液膨潤土漿，在開鉆前應(yīng)提前充分水化，從而使其性能更為優(yōu)良；②表層施工的鉆壓控制在20～40kN 范圍內(nèi),轉(zhuǎn)數(shù)控制在50～90r/min內(nèi)，要確保井眼垂直，不能為了搶進(jìn)尺隨意加大鉆壓和轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速；③接單根時要遵循早開泵晚停泵的技術(shù)措施，防止漏失和坍塌掉塊情況的發(fā)生；④起鉆時速度要慢，起鉆過程中連續(xù)灌注鉆井液，從而確保井壁穩(wěn)定；⑤完鉆后要充分循環(huán)洗井，從而確保井筒內(nèi)的巖屑清除干凈；⑥完鉆后可視情況進(jìn)行通井作業(yè)，保障套管可以順利下入到底。

按照設(shè)計，該井表層（0～300m）使用444.5mm PDC鉆頭，使用塔式鉆具組合。表層實鉆參數(shù)為：鉆進(jìn)時間5h、平均機(jī)械鉆速60m/h、鉆壓20～40kN、泥漿泵排量62L/s、泵壓5MPa、鉆井液密度1.08g/cm3、鉆井液漏斗粘度48～52s。

該井表層鉆速與臨井對比情況見表2。從表2 數(shù)據(jù)可知，該井的表層實際機(jī)械鉆速達(dá)到了60m/h，超過設(shè)計鉆速30m/h 和臨井的19.94m/h，比設(shè)計提前了0.47d完鉆，說明制定的提速方案取得了一定的效果。

表2 X深平1井表層實鉆情況對比

2.2 二開施工提速情況

在鉆頭、提速工具和鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選方面：二開選取19mm 復(fù)合片315mm 的PDC 鉆頭鉆至泉二段，泉二段以下選取311.2mm 的PDC 鉆頭配合液動旋沖工具；鉆進(jìn)過程中排量保持在68L/s 左右，確保返砂徹底；每鉆進(jìn)一個立柱進(jìn)行一次劃眼作業(yè)，從而保證井壁穩(wěn)定。

在鉆井液體系性能優(yōu)化方面：將使用的鉆井液體系的密度控制在1.10～1.55g/cm3，漏斗粘度控制在45～56s，固相含量控制在13%以內(nèi)，API失水控制在4mL以內(nèi)；二開開鉆前保證配制的鉆井液得到充分的剪切循環(huán)，確保鉆井液性能達(dá)到要求；進(jìn)入葡萄花油層50m前根據(jù)地層情況對鉆井液的密度做適當(dāng)調(diào)整，避免油氣侵現(xiàn)象的出現(xiàn)；二開鉆進(jìn)過程中，保證四級固控的有效使用，保證振動篩布的目數(shù)達(dá)到120目，充分去除有害固相。二開實際施工所用的鉆井參數(shù)見表3。

表3 X深平1井二開實鉆參數(shù)

該井二開在300～1190m 部分的井段機(jī)械鉆速較快，達(dá)到22.67m/h，而隨著地層的加深，巖石硬度增大，在1190～2750m 井段，機(jī)械鉆速下降為15.22m/h，該井段機(jī)械鉆速下降的主要原因是巖石可鉆性差和鉆頭的持續(xù)磨損。二開井段總的平均機(jī)械鉆速為17.28m/h，高于臨井的9.10m/h，但低于設(shè)計機(jī)械鉆速25m/h，二開完鉆周期也超出設(shè)計周期3.89d。說明在二開井段的施工方案還需要進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)整。

2.3 三開施工提速情況

2.3.1 三開導(dǎo)眼

三開導(dǎo)眼段鉆進(jìn)井段2750～3250m，在導(dǎo)眼段鉆遇層位登婁庫組，地層巖性以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、紫紅色泥巖為主。該段施工難點為泥巖吃入較困難。根據(jù)地層特點，鉆頭選擇215.9mmJKP-6 SD6648V 平面齒鉆頭，并使用液動旋沖工具幫助提高機(jī)械鉆速，螺桿選用1.5°，確保完成直井段后可以進(jìn)行造斜段鉆進(jìn)。

三開導(dǎo)眼段使用液動旋沖工具作為提速工具，鉆 具 為：?215.9mmBIT×0.35m+液 動 旋 沖×1.65m+?178mmDC×9.46m+?214mmSBT×1.6m+?178mm×0.5m 止 回 閥+?178mmDC×18.93m+?165mmDC×112.76m+?127mmHWDP×139.69m+?139.7mmDP。主要的施工參數(shù)為：轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速80～90r/min、泵壓15～18MPa、泥漿泵排量為35～37L/s、鉆壓為85～125kN、鉆井液粘度50～65s、鉆井液密度1.15～1.20g/cm3。

三開導(dǎo)眼段所鉆地質(zhì)分層位于基底，地層為碎裂花崗巖，純鉆時間為142h，共計進(jìn)尺500m，平均機(jī)械鉆速為3.52m/h，好于臨井同層位2.86m/h 的評價機(jī)械鉆速，低于設(shè)計的3.80m/h。

2.3.2 三開造斜情況

造斜段2657～3215m，自井斜1.2°鉆進(jìn)，鉆遇層位登四段、登三段、基底。施工難點為基底地層花崗巖研磨性強(qiáng)，鉆頭吃入困難，造斜時工具面不穩(wěn)，基底含礫石對鉆頭沖擊破壞強(qiáng)。根據(jù)巖性和施工特點，鉆頭選用抗沖擊性能好和穩(wěn)定性強(qiáng)的215.9mm非平面齒PDC鉆頭；螺桿選用1.5°，提高造斜能力；儀器選用MWD，提高探層能力。三開鉆具組合為：?215.9mm鉆頭×0.35m+?172mm 旋沖螺桿×7.94m+?178mm 止回閥×0.5m+?178mmNMDC×19.1m（MWD)+?172mm 懸掛接頭×0.95m+?127mmHWDP×279.55m+?139.7mmDP。

三開造斜段所鉆目的層為基底，地層巖性為碎裂花崗巖，三開總進(jìn)尺558m，總純鉆時間307.5h，機(jī)械鉆速1.81m/h，由于造斜段采用定向鉆進(jìn)所以機(jī)械鉆速相對較低。三開造斜段的實鉆情況見表4。

表4 三開造斜段實鉆情況

2.3.3 三開水平段情況

水平段鉆進(jìn)井段3215～4746m，鉆遇層位基底，巖性以紫灰色碎裂花崗巖為主，施工難點為花崗巖可鉆性差對鉆頭沖擊性強(qiáng)，水平段穩(wěn)斜效果要求高。根據(jù)巖性和施工特點，鉆頭選用215.9mm復(fù)合鉆頭，提高鉆頭抗沖擊性的同時不影響機(jī)械鉆速；螺桿選用1°，提升水平段的穩(wěn)斜效果，儀器選用MWD，提高探層能力。三開水平段使用的鉆具組合為：?215.9mm復(fù)合鉆頭×0.39m+?172mm1°螺桿×8.56m+?178mm止回閥×0.5m+?172mm 坐鍵接頭×0.67m+?178mmNMDC×9.46m(MWD)+?172mm 限流閥×0.85m+?127mmHWDP×52.58m+?139.7mmDP×1374.66m+?127mmHWDP×212.58m+?139.7mmDP。三開水平段總純鉆時間420h，機(jī)械鉆速3.30m/h。三開水平段的實鉆情況見表5。

表5 三開水平段實鉆情況

3 提速分析

本井至4746m 完鉆，實際鉆井周期191.5d，通過應(yīng)用綜合提速措施，該井取得了較高的機(jī)械鉆速，比設(shè)計提前5.5d 完鉆，為大慶油田深部地層優(yōu)快鉆井提供了技術(shù)參考。

其中一開鉆進(jìn)周期對比紙上鉆井節(jié)約0.12d，得益于開鉆后大排量高轉(zhuǎn)數(shù)鉆進(jìn)，減少了循環(huán)時間，提高了機(jī)械鉆速。提前配好鉆鋌立柱，節(jié)約了接單根時間。

二開鉆進(jìn)周期為14.1d，鉆井過程中有井壁剝落現(xiàn)象，將密度提至設(shè)計上限后剝落有所減緩；在二開鉆進(jìn)至1420m 時，根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)入葡萄花油層前50m 加重，由于即將鉆開注水層，根據(jù)鄰井注水壓力及設(shè)計要求，全井密度由1.25g/cm3提至1.52g/cm3。

三開導(dǎo)眼設(shè)計井深3250m，實際井深3250m，實際共取機(jī)動芯五筒，取芯進(jìn)尺共24.03m，芯長23.86m，取芯收獲率99.29%。

三開施工中，花崗巖研磨性極強(qiáng)，且在水平段定向施工中鉆壓很難全部加在鉆頭上，給鉆進(jìn)施工帶來了困難。造斜段所采用的牙輪鉆頭+螺桿導(dǎo)向的鉆具組合，很好地控制了狗腿度，平滑地過渡到水平段。水平段優(yōu)選復(fù)合鉆頭+1°螺桿以應(yīng)對目的層紫灰色碎裂花崗巖，有效地增加了鉆速，大大節(jié)約了鉆進(jìn)周期。并且每次起鉆丈量扶正器外徑，有磨損及時更換，很好地控制了井斜，減少了定向進(jìn)尺，提高了機(jī)械鉆速。

4 結(jié)論

（1）該井使用的提速措施主要有：在鉆頭優(yōu)選的基礎(chǔ)上使用恰當(dāng)?shù)你@具組合；在二開和三開井段使用液動旋沖工具進(jìn)行提速，在施工工藝方面使用適當(dāng)?shù)哪酀{泵排量并及時進(jìn)行劃眼作業(yè)；在鉆井液方面控制合理的鉆井液密度、較低的固相含量、較強(qiáng)的潤滑性、較低的失水并充分使用四級固控。

（2）地質(zhì)方面的提速要點有：二開泉三段紫紅色泥巖可鉆性差，應(yīng)該優(yōu)選鉆頭并使用提速工具加快鉆速；三開蓋層可鉆性差，鉆頭易磨損外徑，控制好鉆頭使用時間，加強(qiáng)鉆具及轉(zhuǎn)換接頭管理，按要求的使用時間及時更換；基底地層花崗巖研磨性強(qiáng)，鉆頭吃入困難，造斜時工具面不穩(wěn)，基底含礫石對鉆頭沖擊破壞強(qiáng)。

（3）本井實際鉆井周期191.5d，通過應(yīng)用綜合提速措施，取得了較高的機(jī)械鉆速，比設(shè)計提前5.5d完鉆。

（4）針對不同深井的地質(zhì)特點，對單井的每個開次制定相應(yīng)的提速技術(shù)施工方案，通過不斷的總結(jié)完善，可以取得良好的深井提速效果。