复杂深层小井眼优快钻井关键技术分析

安明

摘 要：小井眼钻井有着井眼轨迹控制难度大、PDC 钻头选型单一、循环压耗大排量受限、钻具风险高、完井套管下入难度大等技术难题。研究区块被多组逆冲断层切割，研究区块易斜、易塌、硬脆性掉块多，定向井轨迹难以控制。应用深井小井眼安全钻井技术，不仅很好地控制了侧钻井的定向轨迹、提高了小井眼井段机械钻速，同时减少了井下事故复杂、降低了钻井成本，实现了快速安全钻井。

关键词：小井眼钻井；侧钻井；定向轨迹；钻井速度

研究区块是油田近年开发的主力区块。随着目的层专打和老井加深侧钻井的部署，小井眼井数量逐步增多。小井眼钻井有着井眼轨迹控制难度大、PDC 钻头选型单一、循环压耗大排量受限、钻具风险高、完井套管下入难度大等技术难题，针对以上难题进行技术攻关，解决研究小井眼井段的安全钻进问题，降低研究小井眼钻井的复杂事故率，从而提高该区块的整体钻井速度，缩短钻井周期。

1 研究地质构造特征

区块被多组逆冲断层切割，小井眼深井所钻井段均为白垩系中沟组底部、下沟组地层。中沟组地层岩性为：棕红色泥岩、砂质泥岩；下沟组地层岩性为：灰绿色、灰黑色泥岩、浅棕红色、灰绿色含砾中细砂岩、砾状砂岩夹棕红色泥质粉砂岩、灰黑色泥岩薄层。研究区块白垩系易斜、易塌、硬脆性掉块多，定向井轨迹难以控制。

2 研究区块小井眼钻井资料调研

研究区块井深在4000m以上，平均机速只有0.7m/h，复杂事故率高，2口井复杂事故累计损失31.3d，且钻进机速低、周期长，钻井周期超出设计周期71.77d。

3 研究小井眼钻井难点分析

（1）白垩系地层自然增斜率高。小井眼井身质量难以控制，三开井段（4294～4444m）由于地层自然倾角影响，井斜由5.59°↗26.87°。（2）小井眼侧钻井设计井斜大，轨迹控制难度大研究 111H 开窗后钻具刚性弱，轨迹控制难度大，定向段狗腿度大（最高达 14.56°/30m），小井眼排量低，携岩效果差，起下钻大段划眼，复杂时效多。（3）白垩系下沟组地层，钻进过程经常会遇到地层应力性坍塌，预防不到位或处理不当会造成卡钻事故。

4 技术措施应用

4.1 分析小井眼所钻地层，选择个性化PDC 钻头通过地层岩性分布，实钻岩性，以及后期测井过程中测井数据的分析得出，下沟组地层存在岩性致密。白垩系地层易造成 PDC 钻头异常损坏，而使用牙轮钻头则大大降低了机械钻速，如何提高钻头破岩效率，提高地层可钻性，成为一大技术难点。

4.1.1 刀翼及流道选择

PDC 钻头的受力取决于各个切削齿的受力及各切削齿在钻头的位置和钻头剖面形状，因此选择刀翼流道宽度均匀的PDC 钻头。

4.1.2 补齿设计

（1）切削齿尺寸优选：先选择 13mm 切削齿，采用中密度布齿的PDC 钻头。（2）优化布齿后倾角度：考虑到冲击载荷作用频率的因素研究地区钻头后倾角采用20°～22，尽可能减少对切削齿的先期破坏，达到提高钻头的使用寿命。（3）调整后排齿：增加前后排切削齿的高差，高差选0.75mm。（4）强化保径效果：在每个刀翼的保径面增加倒划齿，起到防硬卡作用。

4.2 井下工具优选与钻具结构优化

直井下入“0-1”钻具结构，配合MWD 跟踪测斜，控制井身质量，侧钻井考虑到仪器的抗高压和耐高温能力，选择上悬挂式、电池使用时间长等优点的仪器。小井眼下沟组选用小尺寸、大扭矩 7 头螺杆，使用时间在120h 以上，提高了行程钻速和进尺，随着优化钻头选型、井下动力钻具的优选，研究区块小井眼钻进机速逐步提升，平均机速由 0.77m/h 提高到 1.45m/h，突破了小井眼钻进机速慢的难点。

4.3 小井眼选择Φ101mm 钻杆，强化钻井参数小井眼所用Φ89mm 钻具抗扭、抗拉强度低，传递扭矩不足，给井眼轨迹控制带来许多困难。使用Φ101.6mm 钻杆很大程度上优化了钻井参数，增大钻井排量（13L/s 提高到 15L/s），提高携带效果，抗拉强度提高了111kN，缓解了定向时工具面不稳定。

4.4 制定完钻通井钻具结构，小间隙井段套管顺利下入

模拟套管刚性进行通井，按以下公式计算出通井钻具刚性：

式中：D钻铤——钻铤外径，cm；

D套管——套管外径，cm；

d 钻——钻铤内径，cm；

d 套——套管内径，cm。

通井钻具刚性按照由弱到强逐步增加，最终略 高于套管刚性后才可下套管。Φ171mm 井眼通井钻具结构：单扶：Φ171mm 钻头+120mmDC×1 根+Φ168mm扶正器+上部钻具；双扶 ：Φ171mm 钻 头+ Φ168mm 扶正器+120mmDC×1 根+Φ161mm 扶正器+上部钻具。 小井眼完井套管间隙一般较小，套管本体间隙最小的研究 8X 井只有 25mm；接箍间隙最小的研究 4J 只 有10.5mm；研究14 井在小井眼要求下入Φ139.7mm 套 管，研究 7X、研究 8X 均为开窗侧钻定向井，研究 7X 井 斜最大 42.05°，研究 8X 斜井段长达 1504m，4 口井套管安全下至井底。

4.5 成功預防事故复杂

（1）建立事故复杂风险识别与预防机制，小钻杆、钻铤抗拉抗扭强度低，加强钻具检查，规范上扣扭矩，落实探伤、错扣及倒换钻具制度。（2）针对性对重点井段及时间制定措施和监控。观察岩性变化和返处的岩屑状态，及时与泥浆方沟通，使钻井液始终具有适应地层各种裂缝的封堵、填充、架桥封堵等封堵防塌能力。（3）通过短起下、循环、排量调整配合钻井液使用雷特纤维素等措施，做到井筒快速有效地清洁，降低因岩屑堆积引起的复杂和事故。（4）成立现场技术管理小组，形成碰头会制度，细致评估施工风险，加强现场监督落实，确保措施执行到位。

5 效果评价

近年研究区块从钻头选型、钻井液性能优化、细化操作规程入手，小井眼钻探 4 口井，复杂事故损失时间控制在 0.3%以内。损失时间比以往大幅度降低，2016 年所钻2 口井均节约周期完成。机速提高：研究小井眼平均机速由 0.71m/h 提高到1m/h，平均机速提高29%；节约周期：小井眼最深探井节约周期 32d，其余 2 口开窗侧钻井节约周期17d，共计节约周期51.29d。

参考文献：

[1] 王士斌.国内外小井眼钻井设备的发展[J].石油矿场机械，2016，36（2）：18-21.