提速配套技术深层钻井中的应用

周 石

（大庆钻探工程公司钻井一公司，黑龙江大庆 163411）

徐家围子地区深层天然气储层类型比较丰富，在不同层位存在致密砂岩、砂砾岩、火山岩、花岗岩及变质岩风化壳等5大类储层，在储层上均存在“三高一强”的地质特点，即岩石硬度高、可钻性基值高、地温高、研磨性强，虽然近年来通过技术攻关，深井钻井速度有了大幅度提高，但仍存在很多技术问题，给深井提速带来很大困难，主要表现为钻头断齿、缩径、使用指标低，导致井下复杂事故频繁、机械钻速慢、钻井周期长、钻井费用高等诸多问题，直接影响到油田的勘探钻井效益。因此，进一步提高深井深层钻井速度，降低复杂的发生，对加快勘探开发步伐具有重要意义。

1 钻井提速难点

松辽盆地徐家围子区块勘探面积28860km2。所认识的储层为5套：即登三、四段及泉一、二段的砂岩储层、登一段和侏罗系的砂砾岩储层、侏罗系的火山岩储层、基底花岗岩储层、变质岩储层。深井深层其深度大都在2900m以下，即登娄库组及以下地层，其地层特点归纳如下3点：

一是深层岩石硬度大，可钻性差，纵向上存在砂泥岩互层和砾石层。地层岩性一般为上软下硬。钻进至登娄库以后，地层岩石可钻性差、研磨性强、硬度高，井深2700m左右地层可钻性级值为6～10级，其中砾石层可钻性级值高达10.38级，严重影响钻头和钻具使用寿命。

二是地层倾角大，易发生井斜。在青山口组、泉头组及登娄库组等曾倾角最高可达10.8°，极易造成井斜，导致井身质量超标。

综上可知提速难点主要为地质条件复杂，深层地层硬度高、研磨性强，导致机械钻速低，钻井周期长。

2 钻井提速技术应用

通过理论和现场应用分析，优选复合钻头、应用液动旋冲工具配合PDC钻头，在深层施工中取得了较好的提速效果。形成了一套适合深层提速的钻头序列，即登娄库组—营城组上部采用液动旋冲工具配合单排齿PDC+营城组下部—沙河子采用液动旋冲工具配合双排齿PDC及动力钻具配合复合钻头。

2.1 江钻KPM 1642ART复合钻头试验

复合钻头适合在定向井、直井和水平井等各种井型施工，其冠部结构包含PDC部分和牙轮部分，在钻进时，具有机械钻速快、PDC崩齿少和寿命长等特点。在钻进过程中，改变了以往常规牙轮或者PDC的单一破岩机理，而是将两者进行了整合应用，即先用牙轮齿的冲击压入作用对井底岩石进行撞击预破碎，降低了PDC切削齿的切削载荷，然后用PDC齿的剪切作用进行刮削，两者共同破碎鼻部和肩部的岩石，从而大幅度提高了机械钻速和延长了钻头使用寿命。

钻头规格及参数：

外径：215.9mm；刀翼数：4；PDC切削齿数：30；牙轮数：2；

牙轮切削齿数：103；保径长度：100mm；排削槽面积：7985.2mm2；

钻压：40～120kN；转数：60～180r/m in；钻井液流量：25～34L/s。

钻头特点：

（1）采用混合切削结构。复合钻头同时包含牙轮和刀翼，牙轮切削齿形成不连续的齿坑，对岩石产生预破碎，PDC切削齿通过切削，蒋牙轮切削齿形成的不连续齿坑联通，从而形成完整的破碎环带，复合钻头在硬塑性地层中具有较高的机械钻速。

（2）在不均匀及软硬交错地层，复合钻头上的牙轮切削齿对岩石产生预破碎，降低了PDC切削齿的切削载荷，提高了钻头穿越夹层的能力，避免在穿越软硬交错地层时损坏切削齿。

（3）采用动态流场模拟技术，优化钻头水利设计，增强钻头清洗、冷却能力和防止钻头泥包。

（4）采用高耐冲蚀性能的堆焊材料和先进的基体表面强化技术，防止钻头表面冲蚀。

钻具组合：Ø215.9mmBIT×0.38m+Ø172mm LZ×7.12m+Ø165mm JHF×0.50m+Ø178mm LWD×12.05m+Ø165mmMDC×8.87m+Ø165mmDC×27.65m+Ø127mmHWDP×56.02m+Ø127mmDP×579.35m+Ø127mmHWDP×223.48m+Ø127mmDP。

钻进参数：定向钻压40～80kN，复合钻压30～50kN，转速20～30r/m in，排量29～31L/s。

达深22H造斜段应用江钻KPM 1642ART复合钻头，在营城组地层见到了明显提速效果。钻进中经优选参数，钻速较快，累计施工8d，最高日进尺39m，施工中工具面稳定，相比本井三开造斜的2只PDC钻头，钻速提高59.57%，相比2014年在安达汪深区块贝克使用的复合钻头，钻速提高15.69%，单只钻头进尺和纯钻都得到提高，相比斜井段机械钻速提高了45.16%，提速效果明显。

2.2 液动旋冲工具配合PDC的应用

在登娄库组及以下地层应用液动旋冲工具，通过对深层岩性分析，合理优选单、双排齿专用PDC钻头，即在登娄库组及营城组上部地层应用单排齿PDC，在营城组下部地层使用双排齿PDC钻头，解决了登娄库组-营城组地层钻速慢的问题。

在Ø215.9mm井眼累计使用12口井，在直井、斜井和水平井累计使用32只工具配合PDC钻头进行提速钻进，累计施工165d进尺12251.91m，平均机械钻速3.64m/h，若按照牙轮每只钻头4.5d进尺100m计算，累计需要123趟钻施工553d，相对缩短了388d，节约91趟钻，平均每口井缩短32d，减少8趟钻。相比同型井段机械钻速分别提高了118.09%、129.63%和90.28%。

3 应用效果

通过优选复合钻头、PDC钻头和提速工具、钻井参数优化等技术等多方面综合配套集成应用，整体上登娄库及以下层位钻井提速效果明显，现场累计应用12口井，相比试验井段平均机械钻速分别提高了110.70%、108.94%和89.95%；按照不同井型分别比提高了10.03%、9.04%和4.40%，提速效果明显。

4 结论

（1）针对徐家围子区块提速难点，并结合理论与实践分析，通过12口井试验优选出高效提速技术措施，即在登娄库及以下地层的提速模式：登娄库组至营城组上部地层使用液动旋冲工具配合单排齿PDC钻头+下部地层使用液动旋冲工具配合双排齿PDC钻头+动力钻具配合复合钻头。现场应用表明多种技术综合使用实现了大幅度提高平均机械钻速。

（2）建议在徐家围子区块大力推广已固化的钻头序列，同时优选适合的钻井液体系与钻井、水利参数，充分发挥多种技术综合应用的提速效果。

[1]杨春和，吕长文，李富.钻井新技术在大庆外围油田SS2井应用[J].西部探矿工程，2017（8）.