雅达油田水平井尾管附件钻除异常分析

王建全，孙文俊，张国安，楚广川，赵德利，马锦明（中国石化石油工程技术研究院　德州大陆架石油工程技术有限公司，山东　德州253005）

雅达油田水平井尾管附件钻除异常分析

王建全，孙文俊，张国安，楚广川，赵德利，马锦明
（中国石化石油工程技术研究院德州大陆架石油工程技术有限公司，山东德州253005）①

通过对伊朗雅达油田水平井尾管附件钻除异常情况的介绍，对前期几口水平井的钻除数据进行了详细对比分析。结合具体钻除参数的变化及钻除效果，找出了主要影响因素，总结出在雅达油田水平井钻除尾管附件的优化方法。通过对后期7口水平井钻除情况的进一步讨论分析，验证了该方法的可行性和适用性。有效解决了雅达油田水平井尾管附件钻除困难的难题，缩短了水平井钻井周期，节省了钻井成本，值得进一步推广。

雅达油田；水平井；尾管；钻除；钻压

水平井固井附件钻除一直是钻井比较关注的问题，且目前固井附件钻除的相关技术探讨比较少。多数油田的水平井设计为直接完井不钻除附件［1］，而雅达油田水平井则要对附件进行钻除。其钻井设计主要步骤为：Ø215．9 m m钻头钻至设计井深，下Ø177．8 m m合金尾管至水平段A点附近，留900 m左右口袋，固井；扫水泥塞、钻除附件，下入Ø114．3 m m套（筛）管完井。截止2012 08，雅达油田已钻水平井12口，井身结构基本相同，井深3 900～4 100 m，球座位置井斜80～90°，位于3 000～3 200 m，靠近A点。前期几口水平井在尾管附件钻除中采用与直井相似的钻压，发现钻速缓慢后担心钻坏合金套管，不敢盲目提高钻压，于是发生尾管附件钻除时间过长问题，对此进行技术讨论及分析。

1 雅达油田尾管附件钻除情况

伊朗雅达油田为中石化国勘与伊朗国家石油公司合作开发项目，已钻水平井井眼轨迹如图1。前期施工的几口水平井，Ø177．8 m m尾管固井施工顺利，碰压和放回水均正常，浮箍、浮鞋为水泥式，钻除时间较快，每只钻0．5 h左右；而Ø177．8 m m胶塞组及球座内套材质为铝合金及橡胶，则出现钻除时间过长问题，钻时都大于12 h，且各井之间相差较大，个别井达62．5 h。具体情况如表1。这不仅影响了钻井周期及钻井成本，而且增加了钻穿球座处合金套管的风险，并影响下一步Ø114．3 m m套（筛）管的完井作业。

图1 雅达油田水平井井眼轨迹垂直投影示意

表1 雅达油田前期水平井中胶塞及球座钻除情况

同期施工的直井，其胶塞及球座钻除时间相对稳定，且较短，一般在3～6 h。如表2。

表2 雅达油田直井中胶塞及球座钻除情况

由表1～2看出，水平井和直井中的钻时差别很大，可见井斜是引起水平井钻除效率降低的主要原因。

2 水平井和直井尾管附件钻除参数对比分析

2．1 直井钻除参数分析

雅达油田直井中钻除尾管附件采用基本相同的下部钻具组合，多数井采用P D C钻头，只有2口井使用了牙轮钻头，钻除参数与钻时对比如表3所示。

从表3看出，随着钻除参数的强化，钻时降低。其中，钻压是影响钻除效果的主要因素，随着钻压增大，钻时明显缩短。

表3 直井中胶塞及球座具体钻除参数对比

2．2 水平井钻除参数对比分析

前期几口水平井的井眼轨迹、球座位置、井斜相近，采用相同型号的钻头和与直井相似的钻除参数，钻除效率却比直井大大降低，且各井之间钻时相差较大，如表4。

表4 前期水平井中胶塞及球座具体钻除参数对比

从表4看出，钻压、下部钻具组合结构及球座以上是否留有水泥塞，都是影响水平井钻除效率的重要因素。钻压越大、加重钻杆越长，钻时越短；球座以上留水泥塞的井，钻时短。

2．3 S04井钻除异常实例分析

表4中的S04井钻时62．5 h，是其它井的2～4倍，特别异常。调查发现，该井前期为防止P D C钻头长时间钻除时钻坏合金套管，下入使用过的牙轮钻头，用40～70 k N小钻压钻进，钻进32 h进尺缓慢，起钻发现钻头磨损程度仍很小，如图2。分析为井底有效钻压偏小，导致钻除效果差。后期尝试加大钻压至100～150 k N钻除，效果明显。具体钻除情况如表5。

图2 钻头钻除32 h出井状态

表5 S04井胶塞及球座具体钻除参数

从S04井钻除过程看，井底有效钻压是影响水平井尾管附件钻除效率的关键因素。

3 影响水平井尾管附件钻除速度的综合原因分析

3．1 钻头选型

目前，胶塞及球座的材质主要为铝合金和少量橡胶，P D C和牙轮钻头都可选用。P D C钻头以“犁削”方式破岩，胶塞与球座不防转时需要较大钻压，这在水平井中会使钻头侧向力过大、易钻坏套管而不易采用。牙轮钻头在周向转动的同时牙轮能自转，以冲击、撕扯方式破岩，胶塞和球座不防转时有较好钻除效果，但钻除效率低于P D C钻头。

3．2 下部钻具组合

在水平井中，近钻头处选用大尺寸钻铤，能够减少钻头侧向力，减少对套管的损坏。加重钻杆越多，钻具的整体刚性越强［2 3］，可减少钻具多次弯曲产生的摩擦力，有利于钻压传递。加重钻杆过少，传递至井底的有效钻压小，钻速低；超过所需最低长度后，对钻除效果影响不大。根据表3直井中的钻除经验，50～60 k N的有效钻压可取得较好钻除效果，考虑井斜因素，粗略计算水平井所需的Ø88．9 m m加重钻杆为381～458 m。

表6 下部钻具组合和钻压及球座以上水泥塞对钻时的影响分析数据

表6中前3口井使用10柱加重钻杆，计算能提供约39 k N有效钻压，达到优化钻压的80%，提高表观钻压（指重表指示钻压），能够传递至井底，取得较好钻除效果。S23井和F13井因加重钻杆过少，钻压不能有效传递，虽然表观钻压较大，井底有效钻压却很小，导致钻时过长。

3．3 钻除参数

从表3～4看出，强化钻除参数，有利于提高钻除效果。转速、排量、泵压在水平井中对钻除效果影响较小，而施加至井底的有效钻压直接影响钻除效果。现场为防止钻坏合金套管采用与直井中相同的表观钻压，由于井斜因素影响，实际作用至井底的有效钻压不够，导致水平井中钻除附件效果差。F2、F31在直井中钻压最大，钻时最短；S04井后期增大钻压至100～150 k N后钻速也成倍提高。可见，雅达油田水平井尾管附件钻除困难的主要原因是施加的有效钻压不够。

3．4 胶塞与球座材质和结构的影响

目前使用的胶塞及球座内套材料为铝合金和橡胶，如图3。在牙轮钻头钻除过程中时，铝合金和胶皮塑性强，易粘连，不易破碎，钻除时间相对较长，更适合用P D C钻头钻除。

钻杆胶塞、尾管胶塞和球座之间设计有防转机构，防止钻除过程中跟随钻头转动。但长时间钻除易导致防转机构被破坏，影响钻除效果。

3．5 球座以上水泥塞的影响

用水泥浆压塞，可将胶塞固住，能够阻止防转机构失效后胶塞跟随钻头一起转动，提高钻除效果。前期5口水平井都没有专门用水泥浆压塞，只将固井管线内约200 L水泥浆替入井内，除S15井球座以上有水泥塞、钻除时间相对较短外，其它井球座以上均无水泥塞，钻除时间也更长。

综上分析，雅达油田前期水平井尾管附件钻除困难的主要原因是有效钻压太低，加重钻杆长度不够，钻压不能有效传递至钻头，井底有效钻压太低；其次是球座处无水泥浆封固，导致钻时过长。

4 推荐的钻除参数及方法

针对雅达油田影响水平井尾管附件钻除效率的主要因素，总结出以下优化钻除方法：

1） 水平井推荐使用M D527或M D517牙轮钻头。不建议用P D C钻头，防止钻坏合金套管。

2） 采用合理钻具组合，保证能提供足够有效钻压。推荐钻具组合：Ø149．2 m mM D517牙轮钻头＋Ø120．65 m m钻铤1柱＋Ø88．9 m m加重钻杆13～15柱＋普通钻具。

3） 使用水泥头，用标准施工程序固井，并用1 m3水泥浆压塞，防止胶塞跟随钻头转动。

4） 推荐优化钻除参数为：排量1．0～1．1 m

3／min，转速40～60 r／min，转矩4～8 kN·m，表观钻压120～150 kN。根据钻除效果适时调整钻压。

5） 每钻进5 cm左右活动钻具一次，以清理钻头底部的钻屑。

5 现场应用与效果分析

经分析研究后，雅达油田后期水平采用以上方法进行钻除作业，主要采取了固井用1 m3水泥浆压塞、提高表观钻压至100～150 k N、排量1．05～1．4 m3／min和定时活动钻具措施，胶塞和球座钻除时间大幅降低。具体钻除参数及效果如表7。

表7 后期水平井中胶塞及球座具体钻除参数对比

从表7钻除情况看，优化参数后取得了理想钻除效果，达到直井内的钻除水平。尤其是S18井，超过了直井内的钻除速度，只用了1．8 h，这也说明直井内还有提高钻除效率的潜力。S02井因钻压偏低，钻除较慢。S20井因使用加重钻杆过少，即使施加了较大钻压，钻压不能有效传递，钻除时间仍过长，但也比优化参数前钻得快。S24井使用的加重钻杆偏少，钻压不到推荐值的一半，致使钻除效率变化不大，钻除时间为18．5 h。

由于后期水平井均采用了水泥浆压塞措施，保证了胶塞固定不转动，加之钻压普遍比前期水平井大，钻除效率得到明显提高，这充分说明了有效钻压是水平井中影响钻除效率的最关键因素。对比表4、表7钻除效果，也进一步证明下部钻具结构和胶塞防转措施也是水平井影响钻除效率的重要因素。后期经过试压和测井解释，证明下部合金套管没有造成损伤，这是牙轮钻头在水平井合金套管内长时间、大钻压钻除附件的一个探索。

水平井优化钻除参数和方法的应用，使雅达油田水平井尾管附件钻除效率大大提高，平均钻除效率提高5倍，解决了现场尾管附件钻除困难的难题。同时缩短了钻井周期，减小了钻井成本，为雅达油田水平井附件钻除提供了很好的参考依据，并再次证明钻除困难的原因分析及推荐方法的合理性。

6 结论

1） 现场应用证明，有效钻压是影响水平井尾管附件钻除效率的关键因素，下部钻具组合结构和尾管附件的防转性能也是影响水平井钻除效率的重要因素。

2） 使用推荐的钻除参数和方法，钻除效率高，不损伤套管，对雅达油田水平井合金套管内的附件钻除起了一定指导作用，缩短了钻除时间，节省了钻井成本。该方法在其他油田水平井的附件钻除方面也具有一定参考意义，值得进一步推广。

3） 建议在胶塞及球座的材质及防转机构方面进一步研究，以进一步提高其可钻性。

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［4］ 陈永明，闫振来．定向井井底真实钻压的计算方法［J］．钻井工艺，1996，19（4）：1 5．

［5］ 肖建波，雷宗明．水平井井底钻压的研究［J］．天然气工业，2001，21（3）：41 44．

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Anaiysis of Abnormaiities During Driiiing out Liner Accessories in
the Horizontai Weiis of Yadavaran Oiifieid

WANG Jianquan，SUN Wenjun，ZHANG Guoan，CHUG uangchuan，ZHAO Deli，MA Jin ming
（Shelfoil Petroleu m Equip ment&Services Co．，Ltd．，Research Institute of Petroleum Engineering，SINOPEC，Dezhou253005，China）

The abnormalities during drilling outliner accessoriesin the horizontal wells of Iran Ya davaran oilfield isintroduced in this paper．Detailed co m parison and analysis are carried out on the drill out data of severalinitial horizontal wells．Causes that lead to drill out difficulty are analyzed and discussed，and the root causes are identified by correlating the changes of drill out para meters and the corresponding results．An optimized method is concluded for drilling out liner accessories in the horizontal wells of Yadavaran oilfield．T his method covers several sectors such as drill bit，drill string co m bination，drill out para meters and cementing procedure．T he drill out data of seven later horizontal wells are discussed and analyzed，w hich verifies the feasibility and applicability of this method．This method has effectively solved the difficulty during drilling out liner accessories in the horizontal wells of Yadavaran oilfield，shorten the time of horizontal drilling and saved drilling cost and deserves further application．

Yadavaran oilfield；horizontal well；liner；accessories；drill out；WOB

T E925．2

B

10．3969／j．issn．1001 3842．2015．06．017

1001 3482（2015）06 0074 05

①2015 02 08

王建全（1965 ），男，山东淄博人，高级工程师，主要从事固完井工具研发与推广应用工作，Email：wjq＠shelfoil．co m。