准噶尔盆地中部地区侏罗系地层钻井提速技术研究

摘要：准噶尔盆地中部地区的侏罗系地层以砂泥岩为主，可钻性级值较高，硬度高，研磨性强，钻进时体积破碎困难，机械钻速慢，根据破岩需要，研制了5刀翼的提速耐磨PDC钻头，同时侏罗系地层异常高压，钻井液密度高压持作用明显，且上部地层井壁稳定性差极易发生掉块研制了螺杆等动力钻具的使用，优选了水力冲击器，配套形成侏罗系地层钻井提速技术，开展了现场应用，与相邻井段常规钻相比，平均机械钻速提高4倍以上，具有良好的推广应用前景。

关键词：侏罗系；PDC钻头；提速

准噶尔盆地共4个区块，勘探面积超过1.2×104km2，资源量超过10亿吨，普遍存在复杂情况多，钻井周期长等问题，其中钻井提速的难点是下部的侏罗系地层，厚度在500m以上，平均机械钻速仅为1m/h左右，岩心力学实验结果表明侏罗系地层本身可钻性差，另一方面吐谷鲁群以下地层异常高压，钻井液密度高压持作用明显，最后侏罗系上部地层井壁稳定性差极易发生掉块，因此研制了螺杆钻具等提速工具的使用。

针对上述问题，通过研发高效PDC钻头，优选钻头使用方案和辅助提速工具形成了侏罗系地层钻井提速配套技术

图1 提速耐冲PDC钻头

1 高效PDC钻头研发

实验结果表明准噶尔盆地中部地区侏罗系地层，地层较硬（平均800MPa以上），可钻性差（可钻性级值7左右），研磨性较强（研磨性指数5-6），且软硬交错，适合中尺寸复合片PDC钻头提速。

为此对钻头结构进行了优化设计，研制了一种新型的5刀翼提速耐冲PDC钻头。

（1）力平衡及稳定型设计、螺旋刀翼及刀翼非均匀布置：提高钻头稳定性和适应性

（2）提速耐冲PDC复合片：聚晶金刚石层和硬质合金层组成、双倒角，尺寸φ16mm增强吃入能力和地层适应性；

（3）锥齿圆齿混合布齿：锥齿犁削基质，圆齿快速切削；

（4）双排布齿：较单排布齿稳定性提高30%；

（5）保徑：主动切削结构增强保径和修井壁能力，低摩阻耐磨元件平衡钻头受力。

2 钻头和辅助提速工具方案优选

（1）提速工具方案优选

考虑井壁稳定的影响，钻具组合中不能加入扶正器或者尺寸过大的提速工具，另一方面对于可对井壁产生较大冲击或者扰动的提速工具也会限制使用，根据上述条件，螺杆和涡轮钻具排除在外，通过优选，最终选定了水力冲击器，该工具通过给钻头施加低幅高频的冲击力，实现由高频率周期性的冲击力与静压旋转联合作用破碎岩石，可以稳定的给钻头传递扭矩，提高硬质地层的机械钻速。

（2）钻头选型方案优选

在钻井过程中，影响钻头合理使用的因素很多，诸如钻头类型、地层与岩性、钻进技术参数、钻井液性能和操作等，在对钻头的工作原理、结构特点以及地层岩石的物理机械性得以充分认识了解的基础上，根据地层条件合理选择钻头类型和钻井参数，已经成为提高钻头使用寿命、最大限度的发挥其技术性能的重要技术环节。

经验钻头选型法。该方法的提出和应用开始于钻井工程的初始阶段，经不断完善提高、逐步形成为一套行之有效的实用方法，一直延续应用于至今，目前现场钻井技术人员多采用这一方法选择钻头类型。

等概钻头选型方法。该方法利用能真正表征岩石破碎综合性质、确切和定量反映地层抗钻程度的岩石可钻性级别值，选择与地层配伍且适用性强的钻头类型。优点是方法先进且具科学性、使用更加简便易行，亦是科学化钻井的重要组成部分。

根据试验井现场使用情况结合室内岩石力学实验结果，推荐了侏罗系地层的钻头使用方案，首选为提速耐冲5刀翼PDC钻头，备选为KS1653和M5365L钻头。

3 现场应用

针对准噶尔盆地中部地区侏罗系地层钻井提速难点，研究形成了钻井提速技术，现场应用11口井，提速效果显著，与常规钻相比，机械钻速提高4倍以上。

由表1所示，D702井侏罗系地层钻进近500m，共5趟钻，上部使用高效PDC钻头+水力冲击器的提速钻具组合单趟进尺较牙轮钻头+常规钻具组合提高了2倍以上，平均机械钻速提高5倍，下部使用高效PDC钻头+水力冲击器的提速钻具组合单趟进尺达到318m，机械钻速达到2.29m/h，较牙轮钻头+常规钻具分别提高了52倍，机械钻速提高8.5倍，效果显著，具有良好的推广应用前景。

4 结论

（1）针对准噶尔盆地中部地区侏罗系地层的特点，研制了提速耐冲高效PDC钻头；

（2）基于准中地区岩心可钻性、硬度等岩石力学特性，利用等概钻头选型和经验钻头选型两种方法，推荐出了准噶尔盆地中部区块侏罗系地层的钻头优选方案，优选了水力冲击器等高效辅助提速工具；

（3）形成了钻井提速配套技术，在准噶尔盆地中部区块应用11口井，侏罗系地层机械钻速提高4倍以上，提速效果显著。

参考文献

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[2]田富林. 钻头选型方法研究与应用 [M]. 西南石油学院，四川南充：2003

[3]邹德永，于鹏，杨光. 硬地层破岩工具最新进展[J]. 石油机械，2013，41（6）：1-5

作者简介：孙荣华（1965-）男，汉族，中石化新疆新春石油开发有限责任公司，高级工程师，主要从事石油开发和钻井工程工艺研究。

（作者单位：中石化新疆新春石油开发有限责任公司）