大庆深层钻井提速实践与认识

2018-09-11王法高

西部探矿工程 2018年9期

关键词：扭力机械钻速大庆

王法高

（大庆油田有限责任公司采气分公司，黑龙江大庆163453）

1 问题的提出

统计大庆油田11口深井深层牙轮钻头使用情况（如表1所示），平均单只钻头进尺102.52m，单只纯钻49.11h，机械钻速2.09m/h。牙轮钻头施工效率偏低，有必要进行深层钻井提速。

2 钻井提速实践情况

表1 大庆深层牙轮钻头使用情况统计表

2.1 复合钻井提速

大庆深层由于地层原因使用牙轮钻头钻进，但牙轮钻头使用效率低，平均机械钻速2.16m/h，平均单只钻头进尺124.38m，单只钻头纯钻57.63h。因此使用个性化PDC钻头配合抗高温螺杆进行复合钻井提速。钻具组合：∅215.9mmBIT×0.29m+∅178mmLZ×8.3m+∅159mm DC×9.22m+ ∅214mmSTB×1m+∅159mmDC×9m+∅214mmSTB×1.59m+∅159mmDC×252.8m+∅127mmDP。

个性化PDC钻头∅215.9mmFX74D由哈里伯顿公司提供，每个刀翼均采用双排优质切削齿。该钻头在达深14井累计进尺396.56m，累计纯钻时194.70h，机械钻速2.04m/h，与邻井比较，钻速提高7.4%，单只钻头进尺提高2.8倍。钻头使用情况如表2所示。

表2 DS14井∅215.9mmFX74D钻头使用情况

2.2 涡轮钻具提速

涡轮钻具有高转速、高功率、耐高温的特点，适用于深井、超深井、高温井，配合孕镶金刚石钻头，可解决研磨性地层钻速慢的难题。大庆深层多次使用涡轮钻具钻进，但提速效果不明显，施工情况统计如表3所示。分析涡轮钻具提速效果差的主要原因有，一是没有找到适合涡轮钻具在火山岩地层钻进的钻头，二是井眼准备不足，井眼不畅导致下涡轮钻具遇阻而不能使用涡轮钻具，三是由于地层研磨性强等引发钻具失效等复杂情况。

2.3 气体钻井

气体钻井以空气或其他气体作为循环介质，具有提高机械钻速、降低储层伤害等特点。大庆深层多次应用气体钻井技术提高钻井速度，但由于地层出水、地层倾角大造成了严重井塌、卡钻、井斜超标等井下复杂事故。虽然钻速大幅度提高，但往往进尺较少、准备时间较长、处理复杂事故时间长，未能起到提速效果。

气体钻井应用效果较好的有XS441井和XS904井，钻头使用情况如表4所示。XS441井三开气体钻井井段900m，平均钻速9.38m/h，钻速是常规钻进的5倍，钻进周期6.11d，相比常规900m井段钻进周期缩短30d，且气体井段创出单只牙轮进尺541.6m，平均机械钻速9.15m/h的好水平。钻具组合中加放方接头后，施工中扭矩、注压稳定，返砂良好，对保证井下钻头稳定，以及修整井壁起到了较好的作用。钻进中优选参数，选择转速避开共振点（54、62、70r/min），控制钻压、钻速，每个单根采取前3m和后3m增大注气量160m3/min，进行正倒划的两划措施，保证了井眼畅通和井身质量。气液转化过程中，先期用气体裹白油对井眼进行雾化喷扫，使井壁憎水，减少炸裂，然后进行灌浆循环，分段加热井壁，防止井壁吸水脱落，划眼显示较少，气液转化一次成功，达到了稳定井壁的目的。另外地质设计较详细的利用临井录井及测井资料，预测出水层位及出水量，确保气体钻井施工的安全，达到提速效果。

表4 气体钻井钻头使用情况统计表

2.4 扭力冲击器

在井下，PDC钻头的运动是极其无序的，包括横向、纵向和扭向的振动及这几种振动的组合。井下振动会损坏单个PDC切削齿，导致钻头寿命降低，引起扭矩波动干扰定向控制和随钻测井（LWD）信号，以及产生不规则井眼降低井身质量。扭力冲击器扭力冲击发生器配合PDC钻头一起使用，其破岩机理是以冲击破碎为主，并加以旋转剪切岩层，主要作用是在保证井身质量的同时提高机械钻速。扭力冲击器消除了井下钻头运动时可能出现的一种或多种振动（横向、纵向和扭向）的现象，使整个钻柱的扭矩保持稳定和平衡，巧妙地将泥浆的流体能量转换成扭向的、高频的、均匀稳定的机械冲击能量并直接传递给PDC钻头，使钻头和井底始终保持连续性。由扭力冲击器提供的额外的扭向冲击力完全改变了PDC钻头的运作，其每分钟750～1500次高频稳定的冲击力，相当于每分钟750～1500次切削地层，这就使钻头不需要等待扭力积蓄足够的能量就可以切削地层。这时候PDC钻头上有2个力在切削地层，一个是转盘提供的扭力，一个是扭力冲击器提供的力，这时候钻杆的扭矩基本是稳定的，钻杆传达的扭矩可以完全用于切削地层，而不会浪费，从而消除常规钻井中出现的粘滑现象。

扭力冲击器在ZS17井进行了首次深层钻井提速试验，取得了较好效果。该井中，扭力冲击器与∅215.9mmU613M钻头钻进483.84m，钻时曲线如图1所示。钻进层位为登二段和营城组，岩性为泥质粉砂岩、砂质砾岩、火山岩，其中登二段机械钻速为8.33m/h；营城组井段机械钻速为3.58m/h，平均机械钻速4.00m/h，相比临井同层位井段，钻速分别提高了提高5.74倍、2.80倍，总体平均机械钻速提高了3.03倍。