松辽盆地北部深层天然气井钻井提速关键技术探讨

朱会江

[摘 要]松辽盆地北部徐家围子深层天然气储层是该地区主要的勘探目的层，为进一步加快深井施工速度，分析了松辽盆地深层钻井提速的主要技术难点，总结了钻井施工过程中遇到的主要问题，提出了优化钻井设计、采用抗高温提速工具、实施气体钻井配套技术等措施，为深层天然气井钻井提速提供技术支持。

[关键词]天然气井；钻井提速；难点；对策

中图分类号：TE243 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）09-0001-01

前言

松辽盆地北部徐家围子地区深层勘探目的层主要是白垩系下统和侏罗系上统火石岭组及基底，多为砂岩、泥岩、火山岩、变质岩及砂砾岩等致密性岩石，可钻性差，单只钻头进尺短、机械钻速低[1]。为进一步加快松辽盆地深井施工速度，实现深井再次提速，在近三年的深井施工中，大庆油田全面推广了复合钻井技术、优选了新型高效钻头、完善了气体钻井工艺、完善了深层降斜手段、研究了加重解卡技术，还积极进行了涡轮钻具实验等新技术、新工艺的应用，实现了深井再次提速目标。但仍有一些瓶颈技术难题亟需解决，同时，新的问题也不断出现。

1 松辽盆地北部深层天然气井钻井技术难点

1.1 地质特征复杂

大庆深层气藏岩性复杂，主要有砂岩、泥岩、熔岩、碎屑岩、砂砾岩及其过渡性岩石，并具有多套储集类型。其典型特征为：①纵向上分布井段长，埋藏深，最深达到6300m；②井温高，平均地温梯度在4.0℃/100m左右；③岩性致密，密度最高可达2.75g/cm3；④物性差，火山岩储层渗透率最低仅有0.02mD，孔隙度4.0%；⑤储集空间复杂，主要有原生气孔和裂缝组合、纯裂缝储层、溶孔与裂缝组合等。

1.2 钻井难点

松辽盆地北部深层天然气井钻井钻井难点主要表现在：①深层岩石硬度大，岩石可钻性级值最高达10.38，钻进火山岩、砾岩地层时钻头磨损严重、钻速低；②平均地温梯度高达，深层井段温度高，对钻井工具、仪器、助剂的耐温性能要求高，易发生井下故障，固井施工难度大；③深部地层压实程度高，孔隙度和渗透率低。徐家围子断陷带主力气层孔隙度低于10%，渗透率低于2.574mD，局部存在异常压力层系；④部分区块裂缝发育，存在胶结性差的破碎性地层，易发生井壁剥落、坍塌和恶性漏失等井下故障。

2 存在问题

2.1 钻头问题

深井技套泉二段以下地层，地层硬度高，而且由于钻井液密度大（>1.25g/cm3）而造成的压持效应，使得牙輪钻头机械钻速很慢（1.0m/h左右），而此深度以下还没有适合的PDC钻头。虽然近年来PDC的使用效果已经取得突破，但目前还不能够完全实现PDC钻头技套完钻，仍有提速空间，这就需要继续改进、优选出更适合泉头组、登娄库组钻进的PDC钻头。

PDC钻头。

2.2 井下动力钻具问题

2.2.1 涡轮钻具存在问题

没有适合涡轮钻具在火山岩地层钻进的钻头：①牙轮钻头转速满足不了硬地层钻进的需要，牙齿抗冲击、抗研磨能力不足，会出现断齿、磨齿速度加快的现象，甚至掉牙轮；②PDC钻头适合高转速，但复合片抗冲击能力更差，配合涡轮钻进时复合片很快会碎裂。

2.2.2 螺杆钻具存在的问题

螺杆钻具在深井施工中主要有3个作用：配合PDC钻头或者高速牙轮钻头进行复合钻井，提高机械钻速；单弯螺杆纠斜钻进，保证井身质量；用于水平井、定向井的导向钻进，控制井眼轨迹。高温会使螺杆钻具的橡胶和金属膨胀，减少定、转子之间的配合值，严重影响螺杆钻具的性能。螺杆钻具的薄弱环节是定子橡胶耐高温程度低、轴承易损坏。目前国产螺杆的抗温性、使用寿命还不能满足深井施工要求。

2.3 气体钻井技术难题

现场施工实践证实，气体钻井提高机械钻速、缩短钻井周期的效果明显，但由于该工艺自身特点而存在一些技术难题悬而未决，而且随着气体钻井施工的不断推广、深入，各种新问题亦随之暴露，主要有以下情况：①地层出水情况不能准确预测，而且在发现出水后，尚无能够有效测定出水量的手段；②井斜角问题仍未能彻底解决。塔式钻具、钟摆钻具和满眼钻具均不能主动防斜，当井斜角增大时，均须同时控制钻压和钻速，影响了机械钻速的提高；③井壁稳定问题，包括两方面：钻进过程中的井壁不稳定，气液转换后的井壁失稳；④对后续钻井施工的影响：气体钻进井段井径大、极不规则，造成后期钻进扭矩大、测井遇阻，还会影响固井质量。

3 钻井提速措施

3.1 优化钻井设计

（1）优化井身结构。钻井设计优化有利于深层钻井提速提效，需综合考虑设计井深、层位、岩性、地层压力、三开裸眼段长度和各开次固井施工难度等多种因素。直井技术套管下深以PDC钻头实现二开井段完钻为优化原则；三开井段设计应用高效PDC钻头复合钻井、气体钻井、液动旋冲钻井以及涡轮钻井等配套技术，以提高钻井速度，缩短钻井周期，降低钻井成本。

（2）优选钻头。根据所钻遇地层的岩性、测井资料等确定所钻井段的岩石可钻性级值及其匹配的钻头类型，利用已钻井的实钻数据进行综合评价，对二开、三开井段进行了钻头优选，确定大庆深层钻头适用范围，形成大庆深井钻头序列。

3.2 采用抗高温提速工具

（1）涡轮钻具。涡轮钻具是利用高压钻井液冲击反向弯曲的涡轮定子、转子叶片，将钻井液的压力能转换为机械能，使钻头高速旋转，研磨地层实现破岩。该工具的主要特点：①全金属结构，抗温性能良好；②输出扭矩平稳，钻具震动小，不易损伤钻具和失速；③涡轮钻具驱动孕镶金刚石钻头高速旋转研磨地层，所钻井眼规则，井径变化小；④配合孕镶金刚石钻头，可以提高硬或极硬地层单只钻头的进尺和行程钻速。

（2）液动旋冲提速工具。液动旋冲工具是将钻井液的流体能量转化为机械能，使PDC钻头受到周向周期性冲击和轴向水力脉冲，优化了PDC钻头的破岩方式，提高了钻头的破岩效率，减缓了钻头磨损，进而提高了机械钻速。该工具的特点：①提供额外的周向高频冲击力，消除黏滑现象，辅助PDC钻头剪切破岩；②提高PDC钻头的适用性和耐久性；③液动脉冲辅助破岩；④纯机械构造，适用温度高；⑤现场操作简单、安全可靠。

3.3 气体钻井配套技术

（1）提升地层出水预测精度。原有地层出水预测方法精度较低，无法满足气体钻井技术推广应用的需求。需要对预测参数进行重新识别，建立不同渗透率条件下地层出水判别公式，以及不同流动方式和天然水域外边界条件下的地层出水量计算公式，预测精度提高至80%以上。

（2）改进配套设备。改进配套设备主要包括：①开展钻具受力和携岩效果分析，优化并设计了方接头小钟摆钻具组合，在提高钻速的同时，保证了井身质量；②在原有注气参数监测软件基础上，增加了存储、回放、曲线分析及报警功能，同时利用视频远距离传输同显技术，实现了钻台直接监测注气参数，并在排砂管线加装湿度传感器和配套降尘装置等地面设备，保证了监测的连续性，提高了识别地层出水的及时性和准确性；③应用内喷外侵注白油施工工艺，保证气液转化时井壁的稳定，降低卡钻概率。

4 结束语

经过长期的钻井实践，已经形成松辽盆地深层提速的配套集成技术系列，也在现场应用中取得了很好的效果。但仍须解决一些瓶颈技术难题，并不断探索提速的新途径。随着外围疑难井、特殊工艺井的增多，钻井施工难度不断加大，需要不断总结经验、开拓创新，再次促进技术进步。

参考文献

[1] 王海波.大庆徐家围子超深井提速技术研究[D].大庆：东北石油大学，2013..

[2] 董明键.元坝124井超深井钻井提速配套技术[1].石油钻探技术，2011，39（6）：23-26.