河南油田泌416井钻井技术

2015-07-02黄国昌

石油地质与工程 2015年6期

关键词：牙轮机械钻速钻具

黄国昌，王维，李平,唐陈，刘炳，李剑

(1.中国石化河南石油工程有限公司技术装备处，河南南阳 473132；2.中国石化河南石油工程有限公司钻井工程公司)

河南油田泌416井钻井技术

黄国昌1，王维2，李平2,唐陈2，刘炳2，李剑2

(1.中国石化河南石油工程有限公司技术装备处，河南南阳 473132；2.中国石化河南石油工程有限公司钻井工程公司)

泌416井是河南油田泌阳凹陷南部陡坡带栗园鼻状构造一口重点预探井，该井地层自上而下含有砾石，地层研磨性强，可钻性差，给钻井施工增加了难度，通过采取钻头优选、钻井液优化等相应的技术措施，克服了机械钻速低、钻井液污染严重、摩阻大等技术难点，保证了该井的顺利完钻，同时也获得该区块钻井的宝贵经验。

泌阳凹陷；泌416井；钻井技术

泌416井是泌阳凹陷南部陡坡带栗园鼻状构造一口重点预探水平井，设计井深3 215 m，水平位移1 073 m,钻探目的是落实南部陡坡带泌416井区核三段岩性-断层圈闭的含油气性，寻找新的增储空间。本井钻井周期70.5 d，完井周期82.3 d，平均机械钻速4.12 m/h。泌416井采用三开井身结构，井身结构数据见表1。

表1 泌416井井身结构数据

1 泌416井钻井难点分析

(1)上部地层新生界第四系平原组、新近系凤凰镇组地层疏松易垮塌,含有大段砂岩流砂层，地层造浆性不强，容易出现“糖葫芦”井眼，中途测斜、接单根过程中易发生沉砂卡钻，一开下套管易遇阻。

(2)上部地层经过长期开发，注水井密布，导致一些层位压力异常，易发生溢流、井涌等复杂情况。

(3)为了满足钻井施工及深部勘探的要求，封隔不同的压力系统及保护油气层，二开为大尺寸井眼(φ311 mm)，机械钻速低(5.8 m/h)，比相同井段φ216 mm井眼9 m/h机械钻速降低了36%；地层自上而下含有砾石，PDC钻头使用受限，只能选用517、537系列牙轮钻头。

(4)本井岩性以砂岩、泥岩、含砾砂岩为主，地层研磨性强，复杂地层导致跳钻严重，钻具易疲劳损伤、发生断钻具故障(邻井安2050井断钻具13次)，单只钻头进尺少，易发生掉牙轮钻头故障。

(5)本井存在离子污染(SO42-、CO32-、HCO3-及Ca2+等)，对钻井液切力、失水影响较大，维护泥浆性能难度大。

(6)该井的三靶心定向井，最大井斜30°，水平位移1 067 m，斜井段长、扭矩大、摩阻大，给施工带来较大的难度。

2 关键钻井技术

2.1 钻头优选技术[1-4]

钻头是破碎岩石的主要工具，机械钻速的快慢取决于钻头型号与地层岩性是否匹配。

(1)一开选用了江西产的MP2G钢齿钻头，钻头特点是牙齿长，适合上部极软地层，有利于提高机械钻速。实钻用了2只MP2G钻头钻完297 m，纯钻时间为87.5 h，平均机械钻速为3.35 m/h，使用情况较好。根据实钻情况，起出钻头牙齿磨损严重，一开井深超过300 m使用镶齿钻头。

(2)二开根据地层研磨性强、跳钻等特点，共优选6只钻头(表2)，其中使用3只镶齿钻头HJT517G，其特点是：金属密封钻头，适用高转速钻进；带有中心喷嘴和掌背强化，更利于清洗牙齿和井底净化，并具有防止钻头尺寸磨小等功能。要求大井眼311 mm螺杆钻牙轮钻头纯钻时间控制在40 h以内，为降低井下风险，尝试试用PDC钻头，本井二开使用三只PDC钻头，总体使用效果不错，使用情况如下：第一只为入井二次的河北锐石生产M1953钻头，5刀翼19 mm复合片，本井进尺98 m，钻头肩部复合片崩齿，本体磨损；第二只为武汉地大生产的WH461-5钻头，五刀翼，19 mm复合片，进尺为120 m，起出钻头肩部磨损严重，未能发挥PDC使用效果；第三只PDC钻头根据前两只PDC钻头的使用情况，及时与厂家沟通，优选PDC钻头选型，着重提高钻头的稳定性以及加强PDC钻头保径齿能力，优选黄河旋风HF336GL钻头进尺323 m,机械钻速7.18 m/h，使用效果好，为泌304区块上部地层PDC钻头使用上提供了成功案例。

表2 泌416井二开钻头使用情况

(3)三开共使用了17只钻头，其中使用5只PDC钻头，12只牙轮钻头，使用情况见表3。在三开钻头选型上结合二开PDC钻头使用情况，及时与PDC钻头厂家技术人员沟通，优化三开PDC钻头，重点强化PDC钻头肩部的稳定性，增加双排齿、增大后倾角等措施，强化PDC复合片的研磨性，提高三开钻井机械钻速，优选2只黄河旋风的HF335GLF钻头,从表2看，其在进尺和机械钻速方面使用效果比较理想；后使用江汉KMD1363DAR钻头效果不理想，起出钻头磨损严重。优化牙轮钻头选型，选用江汉MD537HX钻头。但使用效果并不理想，进尺与成本不成正比，性价比上低于HJT537G钻头。由于使用牙轮钻头存在判断困难、掉牙轮等风险，后又尝试使用黄河旋风的HF236HLF和武汉地大的WH461P-6钻头，效果均不理想。

本井三开钻头使用总结经验如下：①井深在2 100 m以内使用黄河旋风生产PDC钻头HF335GLF效果好,机械钻速高。②由于地层研磨性强等特点，选用混镶金刚石保径的MD537HX钻头并不能长时间使用，发挥不出其效果，从经济效益上选用HJT537G钻头更加适宜。

2.2 复合钻井技术

复合钻井技术诸多优点使得该技术在深井提速中应用越来越广泛，技术也比较成熟。其基本的底部钻具组合是“高效钻头+动力钻具”，动力钻具主要有螺杆和涡轮两种，螺杆主要是配合高效牙轮钻头和PDC钻头，近年来高效能PDC钻头和高性能的螺杆钻具发展很快，为PDC钻头复合钻井技术的应用奠定了良好的基础。在地层和泥浆泵条件允许的情况下，应用成熟的高效钻头复合钻井技术可大幅度提高机械钻速。本井可钻性差、研磨性强，在高转速条件下容易造成钻头先期磨损，可选用低转速、大功率螺杆钻具，同时施加更大钻压，提高机械破岩能量。

表3 泌416井三开钻头使用情况

3 钻井液工艺技术

3.1 钻井液体系优选

3.1.1 一开直井段采用聚合物钻井液体系

开钻后将配制好的质量分数为0.5%的PAC141胶液加入钻井液中，提高大井眼(φ444.5 mm)携带和悬浮岩屑的能力，钻进中逐渐混入45 m3中转站泥浆，钻至301 m，适当提高黏度，充分循环钻井液，保持井底清洁，确保顺利下入套管固井。

配方为：5%膨润土+0.3%Na2CO3+0.3%～0.5%包被剂PAC141

3.1.2 二开井段采用低黏低固相聚合物钻井液体系

二开前彻底清理循环系统泥砂，将一开钻井液用清水和胶液冲稀至膨润土含量40 g/L左右，加入0.3%～0.5%PAC141、0.5%～1%SHN-1调整钻井液性能：黏度在40 s左右，密度不大于1.10 g/cm3。开钻后将钻水泥塞污染的钻井液加入适量纯碱防止钙离子污染。

上部地层造浆严重，因此将大分子处理剂质量分数增加到0.3%～0.5%，提高钻井液体系的抑制能力。钻进中及时补充PAC141、SHN-1大小分子聚合物胶液，保持聚合物浓度，增强钻井液的抑制性。

进入造斜段逐渐混入中转站含油泥浆约90 m3，含油量1.5%，以提高体系的润滑性能。根据情况调整处理剂配方，维护钻井液性能稳定。

严格控制钻井液中的劣质固相含量和低密度固相，在保证带砂和井下安全前提下，保持低密度、低黏切，以提高PDC钻头机械钻速。

配方：4%～5%膨润土+0.3%～0.5%纯碱+0.3%FA367+0.3%～0.5%PAC141 +0.5%～1%SHN-1+1%～2%DF +1%白油+加重剂

3.1.3 三开井段采用聚合物钻井液体系

三开前彻底清理循环系统泥砂，开钻后将钻水泥塞污染的钻井液加入适量纯碱，防止钙离子污染。钻进中及时补充大小分子聚合物胶液，保持聚合物浓度，增强钻井液的抑制性。钻井液处理剂尽可能按设计配方配成胶液，按循环周加入钻井液中，尽量不要将干粉处理剂直接加入循环钻井液中。

根据井下需要加入4%～6%页岩2井油基泥浆，使含油量达到3%～5%，以提高体系的润滑性能，加入KJ-1,提高体系的降滤失、抗污染能力。

完钻前提前处理好钻井液，维护性能均匀稳定。起钻前适当提高钻井液黏度，封闭下部井段，大循环2周，充分清洁井眼，振动筛无明显返砂，以保证电测作业、下套管的顺利进行。

配方：4%～5%膨润土+0.3%～0.5%纯碱+0.2NaOH+1%SHN-1+0.5FA367+0.5%～0.7%PAC141+0.5CP-I+1%～2%KJ-1+0.5%SFT+0.5%DF-1+3%～5%油+加重剂

3.2 钻井液复杂情况处理

为提高机械钻速，三开将钻井液密度降至1.10 g/cm3，黏度42～45 s；钻进至1 640 m，失水增大到16 mL，滤液分析检测，CO32-含量1 130 mg/L、HCO3-含量2 871 mg/L，SO42-含量4 315 mg/L，判断发生碱或碱水污染钻井液。处理措施：用生石灰消除污染，用抗盐降失水剂KJ-1和润滑剂调整性能，并用胶液进行维护，在以后的钻进中定期加入适量的生石灰，预防污染。

3.3 油基泥浆使用情况

该井在三开钻进至井深2 150 m时，接单根上提摩阻15～18 t，下放摩阻约6 t，上提摩阻、扭矩增加。为降低井下风险，要增加钻井液润滑剂含量。使用泥浆中转站油基泥浆。油基钻井液组分： 80%白油+28%CaCl2水+乳化剂+其它。

加入页岩2井油基钻井液前后，循环井浆润滑性进一步得到提高，泥饼更加致密光滑，摩阻系数有所降低；上提钻具摩阻降至10～12 t，下放摩阻降至4～5 t，效果明显；混入页岩2井油基钻井液后，Ca2+含量升至808 mg/L，漏斗黏度变化不大，切力稍有升高，钻井液性能基本稳定。在钻进至井深2 180 m，分两次又加入6 m3油基泥浆，泥浆含油量达到4.5%，摩阻系数降至0.06。