全液压顶驱车载钻机在浅层页岩油水平井施工中的应用

贺晓强 郭文祥 雷云龙 安彦锋

(陕西煤田地质油气钻采有限公司，陕西 710054)

鄂尔多斯盆地不仅页岩油资源丰富,而且开发条件优越,具有广阔的开发利用前景,对解决我国油气常规能源供需矛盾突出的问题非常有利。全液压顶驱车载钻机可适用多种工艺钻进技术，为了更好发挥车载钻机的性能和优势，破解在浅层页岩油水平井施工中遇到的垂深浅、曲率半径大、水平段长、下套管靠自重下不到位等问题，我们在陕北地区浅层页岩油水平井项目施工中进行了实践探索。

1 项目概述

鄂尔多斯盆地是西北地区有关油页岩记录最多的地区,页岩油分布层位包括侏罗系延安组、安定组,三叠系延长组、二叠系山西组及石炭系太原组。其中,三叠系延长组、侏罗系安定组油页岩全部分布在陕西境内渭河以北地区,侏罗系延安组油页岩也主要分布在陕西北部,总分布面积将近18×104km2。本项目前期布设两口浅层页岩油水平井，5002平1井钻井深度1695m，水平段长712m，8007平2井钻井深度1329m，水平段长535m。

本项目施工采用全液压顶驱动力头车载钻机，该钻机主要采用升缩桅杆、顶驱、全液压等技术，提升力、转速、扭矩是通过控制面板的阀门调节液压来控制旋转马达的参数。设备动力头净行程15.24m、提升力90.72t、下压力14.54t。钻机全液压顶驱动力头钻进，使操作中提升、下行、旋转平稳，便于定向操作，避免了其他钻机卷扬钢丝绳操作中，存在的加压、提升不平稳的问题。占用场地小，安装便捷；下套管紧扣均匀，下放平缓，遇阻可以旋转，开泵循环，避免由于操作不当，造成的顿钻及施工中由于提升力不均匀造成的键槽卡钻等事故；在遇到开孔层位为基岩时，可解决施工中加不上压的问题。

2 井身结构

在该区域施工的两口浅层页岩油水平井，分别为5002平1井和8007平2井，属于某油田公司的两口技术试验井，根据工程设计，井身结构分别如图1、图2所示。

图1 5002平1井井身结构图

图2 8007平2井井身结构图

3 钻遇地层

两口井钻遇地层深度不同，5002平1井目的层为长7，8007平2井目的层为长21，分别见表1、表2。

表1 5002平1井地质分层

表2 8007平2井地质分层

4 主要施工设备及钻具组合

根据井斜控制、钻头工作稳定性及眼轨迹控制要求，在可能条件下组合应尽量简化，确定本项目两口井一、二开及斜井段、水平段钻具组合。

4.1 5002平1井主要施工设备及钻具组合

车载全液压钻机一台；兰石1000型泥浆泵一台(缸径170mm、排量28L/s、泵压8MPa)；12V190柴油机一台(810kW/1300转)；固控系统一套。5002平1井钻具组合见表3。

表3 5002平1井钻具组合

4.2 8007平2井主要施工设备及钻具组合

车载全液压钻机一台；青州1300型泥浆泵一台(缸径170mm、排量35L/s、泵压12～13MPa)；12V190柴油机一台(810kW/1300转)；固控系统一套。8007平2井钻具组合见表4。

表4 8007平2井钻具组合

5 施工过程

5.1 5002平1井施工过程

本井完钻井深1695.00m，水平段长712.12m，建井周期48d。一开钻进3d，完钻井深246.09m，钻压5～10t(下压力3～5t)，泵压1.2～2.5MPa,扭矩4000N·m，提升力12t，采用清水钻进；二开钻进，直井段钻进用时4d，钻至510m，复合钻压2～4t，泵压5MPa，扭矩5600N.m，提升力19t，采用低固相聚合物钻井液钻进，比重1.07，粘度39s，失水量5mL/30min，pH9；斜井段钻进10d，钻至982.88m，复合钻进钻具加压4-6t，泵压7MPa，扭矩12300N·m，提升力24.8t，定向钻具加压10～12t，采用低固相聚合物钻井液钻进，比重1.07，粘度40s，失水量5mL/30min，pH9；水平段钻进用时14d，钻至1400m时，由于泥浆泵排量、泵压皆达不到定向和钻进要求，需要动力头配合下压增加钻压(动力头加压10t、钻具加压25t)，致使孔内扭矩高达22490N·m，已接近钻机极限，无法继续施工。后更换泥浆泵，由原来的兰石1000型泥浆泵更换为青州1300型泥浆泵，钻机各项参数恢复正常，复合钻压13～15t，泵压12MPa,扭矩完钻时为21.8000N·m，提升力36t，定向动力头加压8～10t，采用低固相聚合物钻井液，比重1.07，粘度40s，失水量5mL/30min，pH9。

本井随着孔深不断增加，定向时依靠动力头下压力和钻具自身加压使钻具与下孔壁接触充分，在孔内(50°～60°)与孔壁摩擦力增大，致使孔内扭矩增大，造成定向方位难于控制，钻具托压严重，表现为提钻时有弹跳现象，定向时间较长；钻至1400多m，扭矩基本达到最大值，泵压达不到螺杆正常工作需求，致使进尺较慢。

5.2 8007平2井施工过程

本井完钻井深1329m，水平段长535m，建井周期24d。一开钻进，历时1d，复合钻压4～6t(下压力2t)，泵压5～7MPa,扭矩4000N·m，提升力13t，采用清水钻进；二开钻进，直井段钻进用时2d，钻至380m，复合钻压4t，泵压7.5MPa，扭矩4000N·m,提升力17t，采用低固相聚合物钻井液钻进，比重1.07，粘度39s，失水量5mL/30min，pH9；斜井段钻进6d，钻至794m，复合钻压4～8t，泵压10MPa，排量35L/s，扭矩9600N·m，提升力22.5t，定向钻具加压8～10t，采用低固相聚合物钻井液钻进，比重1.07，粘度39s，失水量5mL/30min，pH9；水平段钻进用时7d，钻至完井1329m，复合钻压8～12t，泵压13MPa,扭矩11900N·m，提升力28.5t，定向钻具加压15～20t，采用低固相聚合物钻井液钻进，比重1.07，粘度40s，失水量5mL/30min，pH9。

本井由于更换大排量泥浆泵，使用加重钻杆，减少了钻具与孔壁的摩擦力影响，扭矩减小，解决了在定向中钻具托压的现象，使得定向时方位易于控制，定向时间缩短，复合钻进时间增多，钻井效率大幅提高。