板桥油田井身结构优化探讨

刘天恩

摘要：板桥油田深部地层含气量大，岩石可钻性差，使得井身结构复杂，机械速度慢，周期长。针对钻井过程中存在的问题，开展地层三压力预测技术研究，以此为基础进行井身结构的优化，合理优化技术套管下深，并结合螺杆钻具+PDC钻头复合钻井技术、抗高温盐水钻井液体系等技术，大大提高了钻井速度，缩短了钻井周期，节约了钻井成本，为本地区深层沙河街组地层井身结构设计提供了依据。通过在板桥油田B43-36井进行应用，钻井周期缩短到46.21天，较同井深井缩短59.5%，机械钻速提高到11.25m/h，较同井深井提高114.7%，实现了板桥油田深部地层快速高效开发的目的。

关键词：板桥深层；井身结构优化；机械钻速；螺杆钻具+PDC

板桥油气田地处大港油田上古林乡，构造上位于黄骅凹陷中部北大港构造带东北下倾部位，北邻板桥生油凹陷，南接北大港油田，东端深入渤海，是一受南北双向挤压的半背斜构造。其含气层系主要分布在沙一下、沙二段、沙三段，平均埋藏深度约为3500m，部分区块沙三段埋深约为4200-4500m，地层压力系数1.0-1.19，由于地面多被盐田卤池和大港水库泻洪区覆盖，造成板桥油气田地表条件复杂，大部分井普遍为定向井，而且深层沙河街组岩石可钻性差，使得井身结构复杂，机械速度慢，周期长。

随着人们对钻井地质客观规律的深入认识、钻井设备的日益改善以及钻井工艺技术的不断发展和提高，通过不断优化井身结构，大幅度的提高了板桥深层富含气井钻井速度，也为该地区钻井设计及施工提供了依据[1-2]。

1 钻井难点分析

（1）东营组、沙一中段以泥岩为主，易水化膨胀、井壁坍塌，造成阻或卡。

（2）目的层段含气量大，钻井过程中发生气侵风险大，井控要求高；

（3）井深较大，井底温度高，预计可达到150℃，对钻井液抗高温性能要求较高；

（4）深部沙河街组地层埋藏较深，沙二段、沙三段地层埋藏垂深超到4000m，地层特性中～中硬，可钻性较差，研磨性高～极高，研磨性较强。

2 地层三压力预测分析及井身结构优化

2.1 三压力预测分析

B43-36井地层三压力预测数据可知，沙二、沙三段坍塌压力最大1.38g/cm3，为保证地层不发生坍塌，钻井液设计最高密度为1.40g/cm3，而馆陶底部砾岩段漏失压力为1.40g/cm3，所以馆陶组底部为一个必封点。同时东营组、沙一上、沙一中存在大段泥岩，易水化膨胀，造成井壁坍塌，多口邻井在此层位发生井壁垮塌，所以沙一中为另一个必封点。

2.2 井身结构优化

以往板桥地区4500m以上的井基本采用四开井身结构，钻井周期较长。B43-36井设计井深4954m，根据地层三压力预测情况，馆陶组、沙一中为井身结构设计的两个必封点，馆陶组底部深度为2000m，沙一中底部深度为3050m，井深相差仅为1050m，且沙一中以上地层坍塌压力最大为1.30g/cm3，设计钻井液密度为1.30g/cm3，可以考虑采用三开井身结构设计，一层技术套管将所有必封点全部封固，优化技术套管下深封过沙一中地层，封固上部断层、易漏层和易坍塌地层。

3 优快钻井配套技术研究

3.1螺杆钻具+PDC钻头复合钻井技术

3.1.1 PDC钻头个性化设计

板桥地区沙河街组地层特性，可以看出，深部沙河街组地层如沙二段、沙三段地层，地层特性中～中硬，可钻性较差，研磨性高～极高，研磨性较强。

针对深部地层岩性致密、研磨性强、可钻性差的难题，与厂家密切合作，进行PDC钻头个性化设计，PDC 钻头结构特征主要包括冠部剖面曲线设计、布齿设计、刀翼设计、保径设计和水力结构设计等方面，设计的HT2555B在B43-36井上进行了应用，机械钻速得到大幅提高。

3.1.2螺杆动力钻具

螺杆动力钻具不仅可改善钻柱受力状况，减少钻柱和套管的磨损和破坏等，还可提高鉆速。尤其是随着PDC钻头的崛起和发展，使得井下动力钻具与PDC钻头相配合使用展示出了良好的使用效果，在B43-36井推广应用螺杆钻具+PDC钻头复合钻井技术，有效提高了机械钻速。

3.2 抗高温盐水钻井液体系优选及应用

井身结构优化后，可以看出，三开裸眼井段较长，达到1932m，沙一下、沙二段井壁为大段泥岩，易水化膨胀，且地层坍塌压力较高，对钻井液抑制防塌性有很高的要求，考虑到钻井安全以及保护油气层需要，优选抗高温盐水钻井液体系，该体系抑制防塌性较强，保护储层效果好，且固相含量低，有利于提高钻井速度，防止长时间侵泡钻井液而造成井壁垮塌，体系配方如下：

膨润土浆+1.2%SDT108+5%SD101+3.0%SDT109+3.5%GFD+1.5%SF260+3%润滑剂+2%BZ-YBJ+7%KCL

3.2.1 抑制防塌性实验

选用大港油区沙河街地层钻屑，进行页岩分散回收率实验，实验条件为180℃/滚动16h，实验结果表明，配方页岩回收率为94.4%，而自来水的回收率为55.6%，具有较好的抑制防塌能力。

3.2.2 储层保护效果评价实验

采用G339井沙河街天然岩心进行渗透率恢复值的测试，实验结果表明渗透率恢复至达到80%以上，达到保护油气层效果。

4 应用效果分析

板桥地区井深超过4500m的井普遍采用四开井身结构，钻井周期较长。B43-36井设计井深4954m，采用三开井身结构设计，技术套管优化下深至沙一中地层，封固上部断层、易漏层和部分产层，节省了一层技术套管，从而提高了钻井速度，大大缩短了钻井周期，节约了钻井成本，为本地区深层沙河街组地层钻井井身结构设计提供了实践经验。

统计邻区邻井的钻完井数据，板桥地区钻井深度普遍小于4500m，2013年完钻的BS16-17井为本地区最深井，完钻井深达到4727m，完钻层位奥陶系，采用四开井身结构，其钻井周期达到197.71天，而机械钻速仅为3.45m/h，相邻区块有3口井完钻井深达到4800m以上，其中BS9X1、BS23X1完钻层位为沙三段，均为四开井身结构，机械钻速最快仅为5.16m/h。B43-36通过井身结构的优化，钻井周期明显提高，达到46.21天，机械钻速也上升到11.25m/h。

5 结论

（1）地层三压力预测数据的准确可靠为合理的井身结构优化奠定了坚实的基础，板43-36井的顺利实施，也证实了是预测结果的准确性与合理性。

（2）抗高温盐水液体系具有较好的抑制防塌性以及储层保护效果，对沙河街地层井壁稳定效果好，为B43-36井的顺利实施创造了有利条件。

（3）现场应用表明，B43-36井优化后的井身结构能够保证安全快速钻井要求，使得板桥深部地层采用三开井身结构变得可行，对比同井深同层位钻井，板43-36井钻井周期大幅度缩短、机械钻速显著提高，为该地区井身结构设计提供了实践经验。

参考文献：

[1] H.Xu、T.Tochikawa、T.Hatakeyama.A Method for Bit Selection by Modelling ROP and Bit-life.PETSOC-97-78-P.

[2] 周树合、种建春、路继臣等.乌深1井钻探关键技术实践与认识[J].石油钻采工艺.2000，22（2）：37-41.