延川南煤层气“一趟钻”优快钻井技术

樊 华

(中石化华东油气分公司石油工程监督中心,江苏 210000)

延川南煤层气“一趟钻”优快钻井技术

樊 华

(中石化华东油气分公司石油工程监督中心,江苏 210000)

通过对延川南煤层气区块钻井遇到的诸多问题进行分析，总结了工程技术经验，文章介绍了“一趟钻”技术在煤层气中的应用，在常规钻井成熟工艺技术的基础上，从井位部署、钻头选型、钻进参数、井身结构等方面进行优化，形成了具有区块特色的“一趟钻“钻井技术，实现“一趟钻”成井。该技术在工区实践逐步成熟，为提速增效起到明显作用。

延川南 钻具组合 提速增效

1 基本概况

延川南煤层气田前期的开发井型主要为直井、定向井和水平井；采用丛式井组的方式进行开发，一个丛式井平台的井数一般为4～6口，采取普通直井及定向井采用二级井身结构。通过对前两年延川南煤层气钻井时效进行统计分析，普通定向井的时间利用率为48.3%，机械钻速为7.37m/h，平均钻井周期为14.49天。

延川南煤层气田地处黄土高原，地形复杂，沟壑纵横，在探勘部署井位时，受地形地貌等自然环境条件限制，钻井平台部署难度大，为充分利用平台，单平台井位部署增加到10～15口，而采气新工艺技术—同心射流泵的投入进一步给井位部署、井身结构、井眼的轨道设计和控制增加了难度。另外前期钻井过程中对区块认知不高、地层规律掌握不透、钻具组合使用不合理、钻头选型不到位等问题，导致钻井过程不够顺畅，机械钻速低。

通过对井位部署、钻头选型、钻进参数、井身剖面及钻具组合等方面开展技术攻关和现场试验，已形成一套成熟的配套技术，从而形成一套成熟的“标准化”的钻井技术，指导后期的钻井施工。即在二开全井段只需要一只钻头、一套动力钻具、一种钻具组合、中途不起钻，一趟钻进快速到底的配套钻具技术，简称“一趟钻”技术。

2 “一趟钻”优快钻井技术

2.1 井位部署及井身结构优化

针对井位部署存在的困难，借鉴页岩气“井工厂”模式，在井数确定后，按照两井口间距4～5m测算井场需要面积；选择井斜较小作为基准井，且对周边区域能有效控制；按照先钻位移大、井斜大的井，后钻位移小、井斜小的井原则进行施工；结合钻机摆放位置和大门方向，按照设计方位对剩余井排序；在满足采气工艺需要将大小井斜分开部署时，应最大程度保证井底轨道不发生交错现象，空间防碰距离至少大于5m。

根据井位布署、煤层深度及前期实钻工艺参数，优化井身结构：

(1)一开钻穿第四系地层，进入稳定基岩20m，下J55表层套管，用环形钢板制作简易井口。

(2)二开钻至设计井深，下生产套管完井，套管钢级：谭坪井斜小于45°选用N80，大于45°选用P110;万宝山构造带二开均选择P110级。

(3)井身结构设计中，相邻井间表层套管的下深需交替错开至少10m。

2.2 钻头优选及钻进参数

2.2.1 “一趟钻”钻头优选

延川南区块地层可钻性总体变化趋势为可钻性极值随着井深的增加而逐渐增大，属于中软-中硬地层。针对地层特性，选择PDC钻头配以高性能复合片，并采用优化的短抛物线轮廓，增加保径齿，增加排齿密度缩短齿长，增加耐磨性，比较适应软至中硬均质地层；同时采用渐开式非对称螺旋刀翼布齿设计，可使钻头更具稳定性。上部地层主辅切削结构设计，以提高钻头寿命；下部地层，深刀翼长抛物线型冠部构造，并选用5刀翼单排齿能最大化排屑槽面积防止井底沉砂，提高钻头使用寿命。

综合比较在刘家沟，石千峰组可选用M6657PDC，机械钻速均稳定在30m/h左右，延6-28-26井中使用GM1605TX钻头，23小时内进尺603m(114～717m)，机械钻速达到37.29m/h，钻头轻微磨损。

石盒子、太原组可选用GMD1635TX或FL1655，该钻头使用了5刀翼单排齿配以优质复合片钻头，该钻头射流强、刀翼排列适合中硬地层，满足本地区机械钻速设计要求，且钻头的磨损度小,前者平均机械转速19.60m/h，其中在延6-30-20井施工中达到28.36m/h，最高进尺在延6-32-20井施工中达到500m(868m～1368m)；后者在10余口井平均机械钻速达到18.78m/h。

2.2.2 钻进参数

通过对前期钻井情况的分析，对比各开次施工参数的使用效果，在一开阶段应重点防斜、防漏，钻进采取高转速、低钻压、小排量措施，钻压为2～4KN，泵压为3～4MPa，排量为24L/s，钻速为65r/min。

二开在直井段重点与邻井防碰、防斜、防漏，采取低钻压、高钻速、复合钻进；定向段加密测斜，钻压为4～8KN，泵压为6.0MPa，排量为25～28L/s，钻速为65r/min+螺杆钻速。

2.3 钻具组合优化及轨迹控制

2.3.1 “一趟组”钻具组合

延川南区块经过多年的实践经验，借鉴长庆钻井公司成熟的“四合一钻具”，在此基础上演化出“一趟钻”组合，取得较明显的效果。

(1)位移较大井(井斜>30°)：φ215.9mm钻头+单弯螺杆+φ165mm无磁钻铤×1根+φ165mm钻铤×6根+φ127mm钻杆。

(2)位移较小井(井斜<30°)：φ215.9mm钻头+可调螺杆+φ165mm短钻铤(1.5～3.0m)+φ212mm稳定器+定向直接头+φ165mm无磁钻铤+φ165mm钻铤(10～14根)+φ127mm钻杆(见图1)。

图1 “一趟钻”钻具组合

上稳定器：外径206～210mm公母稳定器，长度1.5±0.5m,扶正棱长0.5±0.05m；

单弯螺杆：5LZ165*1.0-1.25*7Y-6级；主要结构尺寸:外径165mm;长度8.0±0.5m;单弯度数1.0～1.25度;螺杆扶正器尺寸:外径210±2mm;扶正棱长0.25±0.05m。

“一趟钻”钻具组合属微增钻具，可以有效的控制狗腿度和井斜，完成直井段、增斜段、稳斜段的三段施工。出现自然增井斜可更换外径210mm的上扶正器，外径大于210mm的单弯，去掉短钻铤可起到降井斜的效果；如出现自然降井斜，可使用外径208～209mm的上扶正器，中间的短钻铤选用长度为2.5～3m的，螺杆扶正外径选用210mm的，可起到增井斜的效果。“一趟钻”钻具的灵活运用可以进行微増调、微降、稳斜控制，剖面相对平稳，狗腿度都可控制在设计范围内，并且复合钻进的使用频率大大提高。

2.3.2 可调式螺杆工具

可调式螺杆调弯壳体的调整角度一般为0～3°，能够满足造斜率要求，且工作性能稳定，一根螺杆可以连续使用3口井以上。该工具在延六评2平台进行了试验，选用165mm立林5LZ165*7.0L五级可调弯度式螺杆，长度为7.2m，弯点长度为1.97m，扶正器210mm，排量为14.37L/s～28.73L/s，计算造斜率后确定弯度调至1.22°，运转时间162h,进尺1394m，螺杆在钻进期间性能良好，且造斜能力稳定，出井测试轴向轴承间隙和径向轴承间隙都在正常范围内，结合“一趟钻”组合能够发挥更大的优势。

2.3.3 井眼轨迹控制

受平台井数增多，井下井眼轨迹交错复杂影响，对平台上各井轨道应统筹安排。合理选择造斜点位置，减少扭方位施工以降低防碰风险，按照“直—增—稳”剖面轨迹进行轨道设计。实钻过程中保证直井段防斜打直，在二开井段采用“一趟钻”稳斜钻具组合以微增中靶；对于大位移、大井斜井二开造斜段使用“螺杆+PDC”，控制好狗腿度，摸清定向时特定钻具组合的造斜率，包括特定的螺杆、扶正器对造斜率的影响，并充分利用自然方位漂移规律和旋转钻进自然增斜规律减少滑动钻进，提高复合钻进的使用频率。延六评2平台的前2口井都在稳斜段增井斜，自然增斜约3°～4°/100m，自然降方位2°/100m，利用这些规律在第3～5口井施工中机械钻速提高较明显。

3 现场应用效果

“一趟钻”钻井优快技术提速明显，2013年在工区W35平台第二口井试用该技术，现场选用海耐森PDC+6级立林单弯螺杆+欠尺寸扶正器，在逐渐掌握相应钻井参数后后期钻井周期对比缩短明显(如图2)。“一趟钻”钻具组合在工区大面积推广，钻井效率提高明显，各项技术指标大幅提高，钻井周期明显下降：平均机械钻速从2011年6.91m/h提高至2014年的11.96%，平均钻井周期从2011年的14.72天降至2014的11.06天。

图2 W35平台钻完井周期提高示意图

4 小结

(1)通过实施“一趟钻”优快钻井技术，在提高钻井速度的同时，减少起下钻频率及复杂情况发生率，能降低钻井成本，提高了整体开发效益。

(2)针对位移大小选用两种“一趟钻”组合，钻头选型也更加高效、稳定，使用性能稳定的可调螺杆，掌握地层方位自然漂移规律及自然增降斜规律用来指导定向施工，使井眼轨迹更加光滑。

[1] 王敏生，光新军.页岩气“井工厂”开发关键技术[J].钻采工艺,2013,36(5)：1-4.

[2] 赵巍，黄占盈，吴学升.长庆油田“四合一”钻具组合轨迹控制能力力学分析[J].石油化工应用,2012,31(9) ：45-47.

[3] 樊华，居柯.延川南煤层气田地层方位漂移规律研究[J].内蒙古石油化工,2013,23：60-63.

[4] 黄继庆，魏向辉，周东，等.复杂地层PDC钻头研究[J].石油机械，2008,36(12)：11-13.

[5] 龙志平，袁明进，朱智超.延川南煤层气V型水平井组钻井关键技术研究[J].中国煤层气，2012，9(6)：12-15.

(责任编辑 黄 岚)

“One Trip” Optimal and Fast Drilling Technology in South Yanchuan CBM Block

FAN Hua

(Petroleum Engineering Supervision Center, SINOPEC East China Company, Jiangsu 210000)

Through analysis of problems occurred drill well drilling in south Yanchuan CBM Block, the paper summarizes the technical and engineering experience and introduces the application of “one trip” drilling technology in CBM wells. Based on the mature technology of conventional gas drill, it optimizes the drilling design from the aspects of well distribution, bit selection, drilling parameters and well structure, and forms the “one trip” drilling technology with regional characteristics. The application of this technology has been gradually mature and has significant effect on improving ROP and efficiency.

South Yuanchuan; bottom hole assembly；ROP and efficiency improvement

樊华，现任中石化华东油气分公司石油工程监督中心钻井监督主管，长期从事煤层气勘探开发现场技术研究与管理。