提高锦州区块钻穿馆陶组底砾岩效率的关键措施研究

王 琛 卓振州 王克洋 张天亮 蒋四臣

（1、中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300450 2、中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300450）

在海洋石油发展初期，每年钻井数量从几口到几十口井，延至到现在的上百口，钻井各井段时效的提高也显得越来越重要。通过以前钻井资料分析可知，底砾岩钻穿率不高，大部分井都需要中途起钻下趟牙轮钻头钻穿底砾岩。

渤海油田锦州区域馆陶组地层存在不同厚度的底砾岩，以杂色,浅灰色为主,砾石以石英砾为主，硬度高、可钻性差；根据近些年的开发井、调整井等实际机械钻速统计，牙轮钻头及PDC钻头在底砾岩段的平均机械钻速大约14-17m/hr。目前渤海油田钻完井作业正处于优快发展阶段，面临油价寒冬的局面，若何提高作业效率降低作业成本成为非常重要的问题，而进一步提高馆陶组底砾岩的机械钻速是实现优质快速钻进，提高作业效率和降低作业成本的关键手段之一。

1 导致馆陶组底砾岩机械钻速低的原因分析

锦州25-1 作业区块已完成井较多，通过对之前的钻井各环节数据分析及总结建立了机械钻速较低作业效率慢影响因素数据树，如图1 所示。

图1 锦州25-1 作业区块机械钻速较低作业效率影响因素数据树

具体来说主要有地层性质、钻头性能、钻井参数控制、预测底砾岩顶深的准确性、定向井轨迹控制、司钻的现场操控六个方面：

1.1 地层性质

渤海油田锦州区域馆陶组地层上部为含砾砂岩，底部存在不同厚度的底砾岩，以杂色,浅灰色为主,砾石以石英砾为主，硬度高、可钻性差，影响机械钻速。

1.2 钻头性能

底砾岩井段硬度高、可钻性差，对钻头的磨损较为严重。钻头性能较差，机械钻速慢，若果磨损过于严重还需要起钻重新更换钻头继续钻进，影响作业效率。

1.3 钻井参数控制

钻头的磨损程度除了与钻头自身的质量有关系外还与钻井参数有着密不可分的关系。排量、转速、钻压三方面参数给的越高，在钻进过程中对钻头的磨损就更为严重。

1.4 预测底砾岩顶深的准确性

为了确保一只钻头能过钻穿底砾岩，需要进入底砾岩前适当降低钻井参数保护钻头，因此能否准确预测底砾岩顶深，缩短小参数钻井井段对提高作业时效有一定影响。

1.5 定向井轨迹控制

定向井轨迹井斜的大小影响底砾岩斜深的长度，同时选择扶正器的尺寸对底砾岩段钻进自然增降斜规律也有影响，从而影响作业效率。

1.6 司钻的现场操控

现场作业过程中要保持钻井参数平稳，需要司钻熟练的操控，保证钻压的稳定，避免出现顿钻、溜钻的现象。

通过以上因素的调查验证，综合评价得出最直接影响馆陶组底砾岩段作业效率的主要因素为：（1）底砾岩地层硬度高，可钻性差；（2）钻进过程中对钻头的磨损严重，对钻头性能要求高；（3）适当的钻井参数，保护钻头；（4）定向井轨迹的设计及钻进中扶正器的选择。

2 提高馆陶组底砾岩机械钻速的关键措施

2.1 提高机械钻速可行性分析

（1）轨迹控制。对定向井轨迹的控制，由于底砾岩段地层较硬旋转钻进机械较慢，定向钻进机械钻速会更慢，为保证作业效率，尽量避免底砾岩段存在滑动钻进。

（2）钻头优选。底砾岩段对钻头的优选和改进尤为重要，增强钻头研磨性及强度，增加机械钻速的同时确保一只钻头钻穿。

（3）参数控制。最佳的钻井参数能够保证发挥钻头最大功效，排量、转速、钻压的合理配合能够保证钻穿的同时机械钻速最大化。

2.2 针对性策略及实施

（1）制定对策。

表1 针对性策略及实施统计表

（2）按对策实施。

对策实施①：现场钻井监督与地质监督共同对比邻井录井图、分析地层变化趋势准确预测底砾岩顶深度，提前30～50m适当降低钻井参数保护钻头，减少PDC钻头的磨损，确保一只钻头钻穿底砾岩。

同时现场监督根据现场钻头的使用情况及出井后的磨损情况优选钻头，选择7 刀翼19mm双排齿钻头。改进设计方案将原钻头上的外排齿防碰节全部改为抗冲击性能跟好的19mm 外排齿，且尽量向钻头心部增加外排齿，整体增加钻头抗冲性能。采用平坦的冠型，为了进一步增加钻头的工作稳定性，钻头心部刀翼的数量有原来的3 个改为4 个；刀翼宽度也由于原来的47mm 增加到65mm。加强钻头的保径强度，保径上设计有保径齿、倒划眼、弧面平躺齿。使用抗冲击性能更好的大倒角复合片，前排齿和后排齿都使用大倒角复合片。优化钻头水利结构。

对策实施②：锦州区块馆陶组上部砂岩含砾，对钻头有一定磨损，底砾岩段对钻头磨损更为严重，为减少钻头磨损保证一只钻头钻穿底砾岩，需要降低钻井参数保护钻头。在减少钻头磨损的同时，还需要选择合适的参数增加机械钻速，发挥钻头的最大功效。常规底砾岩参数：钻压3t，排量3000L/min，转速30r/min，现场根据轨迹情况，井斜小于30°井段较短时选择：钻压4t，排量3300～3400L/min，转速40r/min，井斜30～45°之间时可选择：钻压3t，排量3200～3200L/min，转速30～40r/min，现场可根据实际情况（钻头和马达磨损情况）实时调节。如底砾岩段剩余较短，钻头、马达工作状态良好时可适当提高钻井参数，增加机械钻速。

对策实施③：作业前，与定向井工程师沟通确定轨迹，避免底砾岩段滑动。钻进至底砾岩层前提前将井轨迹控制到位，根据邻井井型、使用的扶正器及增降斜规律选择合适的扶正器，保证底砾岩段稳斜钻进，尽量缩小底砾岩段钻进长度。

2.3 实践效果

对策实施后，对作业区内JZ25-1S-C/E 平台前后已钻井进行统计，通过统计各井在底砾岩段的机械钻速并进行对比发现（图2a、2b）。通过前后对比，对策实施后平均机械钻速得到了提升，确定馆陶组底砾岩段钻进过程中一只钻头钻穿底砾岩，同时提高平均机械钻速15%，均超过设计目标值。

图2a JZ25-1S-C 平台钻井对策实施前后钻井时效对比

图2b JZ25-1S-E 平台钻井对策实施前后钻井时效对比

3 结论

渤海油田锦州25-1 作业区域馆陶组地层存在不同厚度的底砾岩，硬度高、可钻性差且钻进期间对钻头各结构磨损程度大，机械钻速慢，钻头寿命短，在钻井过程中对钻进的整体效率有很大一部分的影响，导致机械钻速低下，影响了钻井效益。为有效解决底砾岩作业效率低的问题，重点开展了提高底砾岩段机械钻速效率的关键措施技术攻关，并建立了基于钻井关键节点的轨迹控制、钻头优选、钻井参数控制等针对性策略，并结合实钻井进行了对策实施验证，通过对策实施前后对比发现对策实施后平均机械钻速得到了有效提升，效果良好。