F区块钻井提速实践与认识

李昕 闫玉良 牛守民 邢开宇 刘纯

摘要：为了缩短F区块钻井周期、降低钻井成本，从井身结构优化、钻头选型、施工参数优选、井眼轨迹精确控制等几个方面进行了该区块优快钻井技术研究，施工42口井表明，平均机械钻速提高9.94%，钻井周期缩短1.4d，取得了非常好的效果。

关键词：F区块;优快钻井;施工难点

F区块是Y油田的重要产油区，该区块的主力油层P油层，从岩石扫描电镜分析来看，孔隙较发育，连通性较好，颗粒孔隙中共生绿泥石与次生石英，表面共生绿泥石与伊利石。在多年的勘探开发过程中该区块机械钻速低、建井周期长，事故复杂频出，一直难以实现安全、高效施工，因此需要对该区块进行钻井提速技术研究。

1 F区块施工难点分析

1.1地层不稳定

F区块的最上部为腐殖土地层，不成岩，施工中很容易坍塌。在腐殖土以下的地层中含有流沙层，一般厚度在40m左右，流沙层受到钻井液的冲刷后也容易坍塌。主力油层P油层粘土矿物以绿泥石、伊利石為主，其次为蒙脱石/伊利石混合层。这种岩石吸水性极强，而且在吸水后容易膨胀，造成井眼缩颈，在起下钻过程中容易造成卡钻。

1.2钻头选型不合理

F区块上部地层以软为主，可钻性好，机械钻速较高，而中下部地层随着沉积环境的变化逐渐变硬，以往为了追求上部地层的机械钻速，选用4刀翼PDC钻头，虽然该钻头在上部地层中机械钻速较高，但是到了下部中硬度地层施工中就变得很慢，有的井甚至不能使用该钻头完成钻井施工，需要起钻更换钻头才能完钻，大大的降低了行程钻速。

1.3轨迹控制困难

F区块施工的井型以定向井为主，统计以往施工的该区块定向井数据发现，该区块定向井的井眼轨迹设计模式为四段制“直-增-稳-降”形式，这种轨迹设计方式对现场施工来说需要进行多次定向施工，影响施工进度，同时由于下部地层存在非常大的地层倾角，井眼轨迹控制过程中方位角和井斜角出现多次的漂移，不得不重新进行调整，这也影响了钻井施工的进度。

2 优快钻井技术

2.1井身结构优化

井身结构设计一定要有利于安全钻井，通过对F区块的已经完成的井的井身结构进行调查发现，该区块多半是采用三层套管的井身结构，该套管的井身结构虽然能够满足安全钻井的需要，但是却不利于钻井提速，因此需要对井身结构进行再一次的优化设计，以既能满足安全钻井，又能有利于钻井提速为目标，根据实际测得的地层压力状况，以及地层的岩性特征，决定采用两层套管的井身结构。第一层套管尺寸为244.5mm，设计下入的深度为400米左右，主要目的是封固上部腐殖土不稳定地层和流沙层，同时也出于对环保的考虑，能够有效地保护地下水源不受到钻井施工的污染。第二层套管设计尺寸为139.7mm，通过全封固井后来封固整个油层和上部地层，以此来满足后期油井增产改造的需要。

2.2钻头选型及参数优化

2.2.1钻头选型

在钻头优选的过程中我们首先要确定钻头优选的方案，根据F区块完成井钻头的使用情况分析来看，上部地层松软，对钻压不敏感，钻头主要是不能适应下部中硬地层，导致行程钻速低，因此主要针对下部中硬地层进行钻头优选。下部地层岩性组成主要以粘土矿物绿泥石、伊利石为主，其次为蒙脱石/伊利石混合层。这样的地层如果使用牙轮钻头进行施工机械钻速会更低，会更影响施工效率，因此还是以优选PDC钻头为主。通过对该区块的岩石可钻性进行分析，决定选用5刀翼PDC钻头，而且还需要对5刀翼PDC钻头的复合片尺寸和布齿方式进行改进，选用13mm复合片和主切削齿后加副切削齿的布齿方式，提高PDC钻头的吃人地层能力和抗冲击能力，通过现场应用改进后的5刀翼PDC钻头，机械钻速明显提高，并且都实现了一只PDC钻头完钻的目标。

2.2.2参数优化

根据随机钻速方程可以看成，在钻井施工中，机械钻速与钻压是成正比例关系的，与转速是成指数关系的，也就是说施加的钻压越大，那么机械钻速越高。根据F区块的不同层位对钻井参数进行分段优化。上部地层中受到岩性组分和地层压力的影响，比较软，因此对钻压不敏感，而为了保证返砂也要适当控制机械钻速，因此在保证机械钻速不超过30m/h的情况下，以低钻压、高转速施工为主，中下部地层逐渐变硬，所以为了保证机械钻速，就需要逐渐的施加钻压，以钻头厂家提供的最大施工钻压为界限进行施工，以高钻压、高转速施工为主，尽量提高机械钻速。

2.3轨迹设计与控制优化

2.3.1轨迹设计

通过调查发现，该区块以往四段制的井眼轨迹太过于复杂，因此需要重新对井眼轨迹设计，在众多的井眼轨迹设计模型中选用“直-增-稳”三段制的井眼轨迹设计方式，首先确定最大稳斜段井斜角，然后根据确定好的井斜角进行造斜点优化，最终形成有利于现场施工的三段制井眼轨迹设计方式。

2.3.2井眼轨迹控制

在以往施工井中，由于受到工具和仪器的限制，多是采用有线定向车进行施工，随着无线随钻仪器的发展和普及，为了保证井眼轨迹精确控制，就需要使用无线随钻仪器配合螺杆钻具进行全程跟踪施工，这样一方面可以及时监测井眼轨迹，适时进行调整，确保井眼轨迹平滑，有利于后续作业的施工安全。另一方面由于PDC钻头要求钻压小 可有效减少钻铤的使用数量，减轻了钻具负荷 有利于减小粘吸卡钻等井下故障发生，有效提高机械钻速，特别是对一些控制段较长的井其效果更为突出。

3现场施工效果

自2018年进行F区块钻井提速技术研究，截止目前累计施工42口井，平均井深2103m，平均钻井周期6.2d，平均机械钻速38.4 m/h，与2016年以前施工井相比，平均钻井周期缩短1.4d，平均机械钻速提高9.94%，取得了非常好的施工效果。

4结论

（1）通过对井身结构优化，形成了2层套管的井身结构，既满足了安全施工要求，又为优快钻井奠定了基础。

（2）优选了5刀翼13mm复合片的PDC钻头，实现了一只钻头完钻的目标。

（3）确定了“直-增-稳”三段制的轨迹设计模式，选用无线仪器对井眼轨迹进行控制，保证了提速、提质的需求。

参考文献：

[1]尉富平，冯小科，伍虹宇，等. 张店油田南38区块优快钻井技术研究与应用[J].石油天然气学报，2013年3期