鸭西背斜钻井提速技术试验及效果分析

郭宝林， 孙庆春

(1.西安石油大学石油工程学院，陕西 西安 710065； 2.西部钻探定向井技术服务公司，新疆 克拉玛依 834000； 3.中石化华北石油工程有限公司五普钻井分公司，河南 新乡 437000)

鸭西背斜钻井提速技术试验及效果分析

郭宝林1,2， 孙庆春1,3

(1.西安石油大学石油工程学院，陕西 西安 710065； 2.西部钻探定向井技术服务公司，新疆 克拉玛依 834000； 3.中石化华北石油工程有限公司五普钻井分公司，河南 新乡 437000)

鸭儿峡油田白垩系油藏鸭西背斜，地层倾角大、夹层多、研磨性强、可钻性差。钻进中直井段易斜；PDC钻头选型难度大，定向钻井时，工具面稳定性差、“托压”严重；钻井液性能要求高，常因与地层配伍性差，导致井下复杂情况发生，严重制约钻速提高。本文针对制约钻速提高的难点，通过现场试验效果分析来阐述鸭西背斜鸭K区块钻井提速措施，包括直井段防斜打直技术、水力振荡器试验、PDC钻头个性化试验、钻具组合选择和优化钻井液性能等，通过现场试验，为鸭西背斜钻井提速积累了成功经验。

钻井提速技术；个性化PDC钻头；水力振荡器；防斜打直；鸭K区块

0 引言

鸭西背斜鸭K区块地处鸭儿峡油田西沟末端且靠近鸭西油区，油藏埋藏深，主力开采层位白垩系K1g0，兼有鸭儿峡、鸭西、青西油田共同的钻探难点。地质方面：第四系砂砾岩胶结差，易渗漏；牛胳套-胳塘沟组和柳沟庄组泥岩极易水化膨胀，钻头易泥包；第三系白杨河组与白垩系中沟组间不整合面易导致钻井液漏失、井壁垮塌。工程方面：造斜段滑动钻进“托压”严重，钻具易粘卡，工具面稳定性差，造斜率低；稳斜钻进效果不理想，起下钻更换钻具组合频繁[1]，严重制约着该区块的钻井提速。

近几年，西部钻探公司围绕鸭K区块钻井提速和降低事故复杂为重点，开展了一系列优快钻井的现场试验，例如：高速牙轮+螺杆复合钻试验、脉冲技术试验、孕镶式钻头试验、表层钟摆钻具试验、垂钻系统试验、水力振荡器和个性化PDC钻头试验，通过现场试验效果分析，平均机械钻速较以往得到明显提高，实现了该区块的优快钻进。

1 鸭K区块地质构造概况

鸭K区块平均地表海拔2600 m，位于鸭儿峡油田白垩系油藏鸭西背斜构造，地表为丘陵及戈壁，地理位置为鸭儿峡西沟。主力开采层白垩系油层埋藏深、非均质性强、油层纵向、横向差异大、夹层多、研磨性强[1]。

2 鸭K区块地质分层岩石力学分析(见表1，表2)

牛胳套-胳塘沟组地层：地层岩石抗压强度不高，研磨性低，砾岩非常发育，对PDC钻头冲击严重，可钻性差。

弓形山组和白杨河组地层：地层岩石抗压强度低，研磨性低，可钻性较好。

表1 岩石抗压强度分级

表2 岩石内摩擦角分级

白垩系中沟组、下沟组地层：地层岩石抗压强度和研磨性均较高，可钻性差，对PDC钻头抗冲击和抗研磨能力要求高[1-2]。

3 影响钻井提速的难点

(1)造斜点通常选在白垩系中沟组，地层研磨性强、可钻性差(可钻性7～9级)、机械钻速低，滑动钻进时，“托压”严重、需频繁活动防钻具粘卡。

(2)夹层多，研磨性强，PDC钻头个性化设计和选型难度大；定向钻进时，工具面稳定性差，造斜率难以满足实钻要求，作业效率低。

(3)地层倾角大致直井段易斜，造斜点前负位移超标严重，增加了斜井段轨迹控制难度。

(4)承压载体以钻铤为主，增加了入井钻具的刚性和摩阻，不利于造斜施工。

(5)钻井液性能要求高，常因与地层配伍性差，易导致井下复杂事故发生。

4 钻井提速试验

4.1 复合防斜打快技术

复合防斜打快技术在已推广应用的4口井中取得了良好效果。共使用钻头6只，总进尺4512 m，平均机械钻速4.45 m/h。其中第三系地层总进尺3718 m，平均机械钻速5.57 m/h，比同地层Ø311 mm井眼平均机械钻速3.0 m/h提高了85.67%[3-6]。

4.2 Power-V垂钻技术试验[7-8]

Power-V仪器主要由电子控制部分和机械导向部分组成。电子控制部分内部传感器测量到井斜和方位，与设计工具面相比较，控制机械导向部分，决定哪个导向推力块在设计的方向伸出作用于井壁，实现对井眼轨迹的连续控制。通过Power-V垂钻技术可以放开钻压，可以有效提高钻压敏感地层的机械钻速；对地层倾角较大地层有很好的防斜纠斜作用；避免传统的定向钻进有利于井径规则，井眼曲率变化小，可以有效地减少和避免井下复杂事故的发生，有利于后期作业。鸭K1-8井Ø241 mm井眼829～2680 m井段试验了Power-V垂钻技术，钻压90～120 kN，控制井斜在0.93°以下，平均机械钻速8.56 m/h，钻井周期14.32 d，与鸭K1-4井同地层相比，机械钻速提高22.05%，钻井周期缩短1.68 d。

4.3 高速牙轮+螺杆复合钻进试验(见表3)

4.4 水力脉冲空化射流技术试验(见表4、表5)

水力脉冲空化射流技术是将水力脉冲射流和自振空化射流耦合，将连续流动的钻井液调制成振动脉冲流动，在井底产生水力脉冲、瞬间负压、空化空蚀作用，以此改变井底流场、岩石应力状态达到提高破岩和携岩效率的作用。在鸭K1-2和鸭K1-3井第三系和白垩系地层使用试验取得了很好的效果。

表3 第三系含砾地层应用

注：牙轮+螺杆复合钻进第三系上部砾石层，平均机械钻速6.62 m/h，相比常规钻进机械钻速5.41 m/h提高了22.36%。

表4 第三系地层钻进方式对比

针对N2n+N1t夹层难题，采用脉冲技术，平均机械钻速提高了27.34%。

表5 白垩系地层脉冲钻进试验

脉冲[9-10]钻头比高速牙轮复合钻进平均机械钻速提高了54.25%，单只钻头进尺提高了142.99%，在鸭K区块白垩系含砂砾岩地层取得突破。

4.5 钻头试验与选型

4.5.1 钻头个性化试验(见表6、表7)

表6 800～2500 m井段个性PDC钻头试验

第三系地层应用效果较好的钻头有:T1665B、M1955、SF56H3、FX55SX3；白垩系地层应用效果较好的钻头有:TH1654S、M1655SS。

表7 2500～3700 m井段个性PDC钻头试验

注：共试验2种尺寸、8种型号的PDC[11-15]钻头。

4.5.2 孕镶式钻头的试验

鸭K1-3井孕镶式钻头试验，钻进地层K1g1，采用DI281型钻头，所钻井段3127～3288 m，纯钻109 h，进尺161 m，机械钻速1.48 m/h，钻进方式为孕镶+螺杆。

在鸭K1-3井白垩系试验高速螺杆+孕镶[16]金刚石钻头复合钻技术，相比常规钻进，机械钻速提高了38.32%。

4.5.3 钻头选型推荐(见表8)

表8 钻头选型推荐表

注：1 in=25.4 mm；如遇砾岩非常发育、大砾岩时，需用牙轮钻头过渡。

4.6 水力振荡器应用(见表9、表10)

表9 鸭K1-7井与鸭K1-4井钻具组合对比

表10 鸭K1-7井与鸭K1-4井钻进参数对比(造斜段)

在斜井段和水平段钻进过程中，钻柱贴合在下井壁上，钻柱重力在垂直于井壁方向的分力N会产生摩擦阻力，从而导致钻压不能完全有效地施加于钻头之上。特别是定向钻进中钻柱长时间贴合在下井壁上产生的静摩擦阻力往往更大，一旦大于钻井过程中施加的钻压就会造成“托压”现象，猛然加压又会导致钻柱“蛙动”[17]，影响机械钻速和井内工具使用效率：在使用水力振荡器后，钻井液的动能转化为机械能，使钻柱产生3～10 mm的轴向蠕动，这种蠕动使井底钻具组合与井壁处于动摩擦状态，通过钻具传递给钻头，形成周期性连续柔和变化的钻压[18]。在鸭K1-7井和鸭K1-4井造斜段试验水力振荡器[19]，取得一定效果，但在钻具组合选配、工具安放位置仍需考量,力争获得更好的提速效果。

4.7 其他提速建议

4.7.1 加重钻杆[20]取代钻铤承压

以往的定向井主要以钻铤为承压载体，不仅增加钻柱与井壁间的摩阻，加剧“托压”，还增加了钻具事故机率。钻铤刚性强，在旋转钻进中，交变应力作用，钻铤易折断，而采用加重钻杆代替钻铤不仅可减少钻具与井壁间的摩阻，降低钻具事故风险，还可减缓“托压”，有利于定向造斜的顺利施工。

4.7.2 优化钻井液性能[21-22]

提高钻井液的抑制性，保证井壁稳定；提高钻井液的润滑性，有效解决“托压”和粘卡；改善钻井液的流变性，提高钻屑携带能力。

5 结语

(1)应用复合防斜打快技术和垂直钻井系统提速效果显著，且仍存在提速空间。

(2)针对不同地层和岩性，优选PDC钻头提速显著，提速空间大，因此，应加大PDC个性化钻头现场试验，甄选出针对本区块的PDC钻头。

(3)水力振荡器的现场应用表明新工具、新工艺对钻井提速有一定帮助作用，后期还应做好加强新工具、新工艺的研发力度及对新工具发挥最佳性能的各项参数加强现场试验和数据分析。

(4)优化钻井液性能可提高与地层配伍性，降摩阻，利于携带钻屑，保持井壁稳定。

(5)应用加重钻杆降摩阻、减缓托压，有利于定向造斜，还可降低钻具刚性，防止钻具事故发生，实现安全钻进。

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Experiment of Improving Drilling Speed in Anticline of West Yaerxia and Effect Analysis/

GUOBao-lin,SUNQing-chun

(1.College of Petroleum Engineering, Xi’an Petroleum University, Xi’an Shaanxi 710065; 2.China Petroleum Western Directional Drilling Technology Services Company, Karamay Xinjiang 834000, China; 3.Wu-pu Drilling Company of North China Petroleum Bureau, SINOPEC, Xinxiang Henan 453700, China)

Yaerxia oilfield is located in the anticline of west Yaerxia Cretaceous reservoir with high formation dip, much interlayer, strong abrasiveness and poor drillability. Deviation often occurs in vertical drilling and tool face stability is poor with serious back pressure in directional drilling, the selection of PDC bit types is difficult. Due to the poor compatibility with the formations, complicated downhole problems would be caused, which seriously restrict the drilling speed-increasing, the drilling fluid performance should be suitable. Aiming at the difficulties of restricting drilling speed-increasing, through the analysis on the field test results, this paper illustrates the drilling speed-increasing measures in Ya K block, including deviation control with straight well drilling, hydraulic oscillator test, PDC bit personalized test, bottom hole assembly selection and optimization of drilling fluid performance, etc. By the field tests, successful experience of the drilling speed-increasing has been accumulated for Ya K block.

drilling speed-increasing; personalized PDC bit; hydraulic oscillator; deviation control with straight well drilling; Ya K block

2016-04-23；

2017-01-06

郭宝林，男，汉族，1985年生，工程师，石油工程专业，西安石油大学在职研究生，主要从事特殊工艺井的研究和技术服务，陕西省西安市灞桥区红旗乡五星村，gbl1206@163.com。

P634

A

1672-7428(2017)02-0053-04