大庆油田调整井示范井——杏1-丁2—水149井钻井固井配套技术

杨海波

（大庆钻井工程技术研究院钻井机械研究所，黑龙江大庆163413）

1 概况

1960年大庆石油会战以来，广大职工发扬大庆精神铁人精神，战胜了重重困难，不断组织科技攻关，取得巨大成果，1976年年产原油达到5000×104t。截止到1980年，主要依靠基础井网、提高注水压力、放大压差和自喷开采保持了稳产。为了实现长期高产稳产，油田进一步开展了地下大调查，发现约有三分之一油层动用较好，三分之一油层动用较差，三分之一油层甚至没有动用。经过详细讨论和分析，制定了油田开发“三个转变”的技术方针，即增产挖潜要由高渗透主力油层转变为中低渗透层；挖潜措施由同井分层开采转变为钻加密调整井细分层系开采；开采方式由自喷采油转变为机械采油。实施三个转变的首要任务就是要在萨尔图、喇嘛甸、杏树岗三个主力油田（以后简称萨喇杏油田）钻加密调整井。

钻调整井的主要目的，是为了提高储层的开发效果和采收率，为此，保证封固井段的固井质量，提高油层的动用程度成为钻调整井的首要目标。调整井钻井和固井是一项完整的系统工程，因此要在钻井全过程中，为固好井创造条件。同时，在保证封固质量的基础上不断提高钻井速度，以满足长期高产稳产的需要。

大庆萨喇杏油田属陆相非均质多油层砂岩油田，平均井深1220m，由萨尔图、葡萄花、高台子三套油层共100多个小层组成，单层厚度20m到0.2m(二次加密调整井还包括表外储层），跨度约300~600m，渗透率差异很大。三个油田经过早期高压注水后，地下压力系统发生了很大变化，形成了高压层和欠压层同时存在的动态多压力层系，钻井和固井的难度极大。

钻井系统科技人员在地质开发系统的配合下，开展了以提高固井质量为核心的联合攻关，经过近10年刻苦钻研，总结出一套“固井八字”（压稳、居中、替净、密封）指导方针和相应的钻井固井配套技术，完善了薄层固井技术，固井质量合格率由1980年的66.9%提高到1990年的99%以上，优质率由1980年的不足30%提高到1995年的95%；平均机械钻速由1980年的13.31m/h提高到1995年的23.61m/h，提高了77.4%。“调整井钻井固井技术”成为1985年《大庆油田长期高产稳产的注水开发技术》项目、“薄层固井技术”成为1996年《大庆油田高含水期“稳油控水”系统工程》项目两个国家级科技进步特等奖的重要组成部分。

1995年以后，固井质量优质率始终保持在95%以上。钻调整井数量逐年增加，1979年年钻井122口，1986年上升到996口，1994年为2126口，1996年达到2606口，以后一直保持在2500口井以上。从1979年起钻一次加密调整井11092口；1990年起钻二次加密调整井11488口；2000年起钻三次加密调整井，为原油年稳产5000×104t27年，之后又稳产4000×104t12年，做出了重大贡献。

2 调整井示范井——杏1-丁2—水149井

杏1-丁2—水149井，位于大庆杏树岗油田北部，是一口目的层为下白垩系嫩江组、姚家组萨尔图、葡萄花油层的二次加密注水井。设计和实际井深均为1230m。井身结构为导管+F203mm井眼，下入日本产钢级J55、F139.7mm油层套管，上部壁厚6.2mm，井口及油层部位用壁厚7.22mm。本井于1992年10月1日搬迁安装，10月3日23:00开钻，10月4日22:00完钻，电测7:00，10月6日固井，10月7日10:00声检完毕，测定为优质井。本井经邻近注水井停注放溢后，钻井液密度控制在1.65~1.71g/cm3之间，应用高密度优选参数钻井技术，用一只高效能喷射式金刚石三刮刀钻头、23h钻完一口1230m的井，实现了调整井1d一只钻头钻完一口中深井的“大三一”优质井。机械钻速达到72.4m/h，比该地区平均机械钻速41m/h提高76%。创出了调整井钻井的最高水平。

2.1 钻井配套技术

1986年起，大庆钻井三公司相继开展了高密度钻井液（1.60g/cm3以上)高压喷射钻井和优选参数钻井技术现场试验，取得成功后及时组织全面推广。本井按照高密度钻井液优选参数钻井技术要求，进行了六项装备配套：配备2台1000~1300马力钻井泵；耐35MPa的高压管汇；自制中型钻机固控装置；六参数钻井仪表；双钟摆钻具组合；钻井泵易损件。应用了高密度钻井液优选参数钻井技术成果，既达到了为保证固井质量创造了良好的井眼条件，又提高了钻井速度。

2.1.1 应用高密度三钾聚合物钻井液

为了进一步改善钻井液性能，使井壁更稳定，井径扩大率更小，更适合于优选参数钻井，本井选用1989年钻井二公司研制的高密度三钾聚合物钻井液。其中聚丙烯酸钾（K-PAM）为包被絮凝剂，丹宁酸钾（KTN）为稀释剂，氢氧化钾（KOH）为pH值调节剂。钻井液中用K+离子能较好地代替Na+离子，提高了钻井液抑制粘土水化分散和造浆能力。该钻井液有适中的粘度和切力，失水低，泥饼薄而致密，平均井径扩大率较低。本井在钻穿流砂层后，钻开油层前，进行两次处理，达到设计要求后，认真搞好了正常钻进中钻井液性能维护。分段钻井液性能见表1。

表1 全井钻井液性能表

2.1.2 应用高效能喷射式金刚石刮刀钻头

刮刀钻头和牙轮钻头在井底流场、磨损方式、井底实际水功率计算和破岩方式等四个方面有所不同。经过室内实验和分析，提出用井底压力梯度、漫流速度和射流冲击面积综合评价井底流场的三项指标，为研制高效能喷射式三刮刀钻头（简称3BP)提供依据。

根据对刮刀钻头井底流场分析，本井应用了研制的F203mm3BP，在结构设计、喷嘴组合、射流角等方面进行了特殊考虑，充分发挥了水功率的作用。同时，在金刚石材料、烧结工艺、设计强度、保径等方面做了很大改进。使用该钻头，全井实现喷射钻井二阶段，最高泵压17.0MPa，最大比水功率17.5W/mm2，钻压150kN，转速240r/min，排量45~38L/s。

2.1.3 应用“双钟摆”防斜、防卡钻具组合

本井应用的“双钟摆”钻具组合是应用连续梁纵横理论设计出来的。经过多口井现场试验，防斜防卡效果好，钻压可由120kN提高到200kN，提高了钻速。“双钟摆”钻具组合为：

Ø203mm钻 头+Ø178mm钻 铤2根（20m)+Ø195mm稳定器（1.6m)+Ø178mm钻铤1根（9.86m)+Ø195mm稳定器（1.6m)+Ø178mm钻铤1根（9.86m)+Ø159mm钻铤8根（70.6m)+Ø127mm钻杆。

本井完钻电测最大井斜1.8°，全井变化率很小，为固井提供了一个曲率很小的井眼。钻井中也没有发生卡钻及其他钻具事故。

2.1.4 施工情况

开钻前对设备、工具、配件进行全面检查，确保正常施工。施工中做到：上部地层快打，高泵压、大排量、快转速全压钻进。中部地层巧打，司钻集中精力，判断硬夹层。钻遇多层钙质硬砂层和磺铁矿硬夹层时，做

到“两界面、两减压、两划眼”，保护了钻头，修平了井眼，顺利穿过软硬交叉夹层。该队工人编了一段顺口溜：“手握刹把心向党，‘四听’、‘四看’又‘四想’，思想随着转盘转，巧打夹层日上千”。很形象地说明了全队对判断夹层、巧打夹层的重视程度。下部地层稳打，合理施放钻压，均匀送钻，防止久跳折断刮刀片。钻杆单根连接大钳紧扣，防止倒扣、错扣。全井处理和加重钻井液不停钻，大量节省非生产时间。班班进行设备保养，预防机械出现故障。经过全队职工努力，仅用23:00钻完一口1230m中深井，实现了调整井钻成“大三一”井（即用一只钻头1d钻完一口井）。纯钻进时间仅17:00，平均机械钻速达到72.4m/h，比同类地区同类井平均机械钻速41m/h提高了70.8%。

2.2 固井配套技术

2.2.1 应用先进固井施工设备

大庆油田经多年实践，总结出实施紊流注替连续施工是减少钻井液和水泥浆混窜、防止漏失、提高固井质量最重要的措施，以前固井作业以AC-400A（太脱拉）和SNC-N300（黄河）水泥车为主，人工操作，功率小、排量低，耐压低，为了在F203mm井眼中达到注替水泥的紊流速度（1.5m/s）和连续施工（注水泥与替水泥间隔不超过2min)都采取多车（一般3台黄河车注水泥，3台太脱拉替水泥浆）分注分替方式。虽经施工队多方努力，达到指标有一定难度。为此用重金购进由油田提要求，美国BJ公司制造的先进的大功率双机双泵水泥车28台（见表2），彻底改变了固井施工的被动局面。

表2 三种水泥车机型参数对比表

大功率BJ水泥车还有以下优点：对水泥浆进行2次混配，密度均匀；自动计量；自动化操作程度高，每口井仅用2台车就实现了分注分替。本井注替速分别达1.5m/s，注替时间间隔不足2min，水泥浆平均密度达到1.92g/cm3。很好地达到了设计要求。

另外，引进和购置下灰车100多台，完全实现了注水泥自动化操作。引进和研制多台仪表车，使固井施工参数（水泥浆密度、流量、压力显示等）自动准确计量。用封固段的每米电测井径，结合各个钻井队的不同情况，确定注水泥的用量，取得明显效果。用自制的管汇车使固井施工时套管活动距离达到3~10m。以上技术措施，在本井都得到应用。满足了固井设计的要求。

2.2.2 划眼技术

用每米电测井径衡量对小于钻头直径的井径井段（980~1030m)和井底50m进行认真划眼，划眼速度小于30m/h，修正了井眼，修平了井壁。

2.2.3 应用限位弹性套管扶正器

1991年，钻井生产技术服务公司研制成功弹性限位套管扶正器(图1)，提高了套管居中度。其特点是：扶正条由一个大挠度改成两个连续的小挠度，增强了扶正条的刚性，减少了变形。又由于安放在套管接箍处，变形受到套管接箍的限制，有更好的扶正效果。经室内实验和计算，刚度增强约8倍；对加放位置经过测算，油层部位每根套管加放一个扶正器，效果最好。大面积推广应用后，使固井套管居中度设计由原来的67%提高到80%以上，提高水泥环均匀度。1992年，在油田全面推广，并远销国内外油田。

图1 限位弹性套管扶正器

本井在油层部位每根套管上加放1个，共放15个，在下套管及固井施工时上下活动套管时，未发生遇卡现象。

2.2.4 使用粘砂套管和新型井下附件

从1024m（油层部位）到底，使用了壁厚为7.72mm的粘砂套管。与光滑套管相比，粘砂套管的强度提高了近三倍。应用了新型下提式浮鞋、浮箍，实现了敞压候凝，可防止候凝期间水泥和套管壁产生间隙而造成层间窜通，并可确保套管内不留水泥。

2.2.5 使用FDN水泥减水剂

在大庆油田调整井固井施工中，为了防止水泥浆和钻井液混窜，一般要求水泥浆的密度要比钻井液密度高0.2g/cm3以上。使用45°C（或称A级）油井水泥固井，当水泥浆密度达到1.92g/cm3以上时，流动度仅为16.5~15.0cm，流动性和可泵性极差，严重影响注水泥作业。FDN是一种β苯磺酸盐，属减水分散剂。按一定比例加入水泥浆，在降低水灰比情况下，改善水泥浆流动性和可泵性，使密度1.92~2.0g/cm3的A级油井水泥的流动度由16.5~15.0cm提高到23~19.3cm，同时，能够起到控制自由水，提高水泥石强度，减少水泥体积收缩的作用。1981年研制成功后，每口调整井都使用。

2.2.6 严格地面施工考核

固井地面施工是确保固井质量的重要环节之一，十几分钟到几十分钟的施工过程就决定一口井的命运，因此从1983年起，钻井部针对固调整井实际，制定了八项固井施工地面标准，并严格进行考核。八项标准为：

（1）减少井内钻井液结构强度，停泵后20min内必须施工；

（2）使用车载二次混配装置，水泥浆密度差控制在设计标准的0.5g/cm3以内；

（3）提高注灰速度，平均注速不低于1.2m/s；

（4）下灰罐串联，从注到替不超过2min；

（5）分车注替，套管内不留残余水泥浆；

（6）一律采用紊流顶替（特殊情况除外），替速达到1.5m/s以上；

（7）仪表车计量，误差不超过3%；

（8）合理控制注灰数量，环形空间水泥面符合设计要求。

施工队严格执行上述标准后，地面施工合格率由1988年的76.4%提高到1993年的98%。

本井由钻井生产技术服务公司三分公司负责施工，由2台BJ水泥车、1台载重15t水泥的下灰车、1台仪表车、1台管汇车组成，于1992年10月6日施工，按固井设计和八项地面施工标准进行，同时，在注水泥和替浆过程中，上下活动套管。其主要指标完成如表3所示。

表3 固井设计主要指标完成表

3 结论和认识

通过钻杏1-丁2-水149井，取得以下成果、经验和认识：

（1）明确了钻该调整井的首要目标是提高封固井段的固井质量，在此基础上也要不断提高钻速。经过努力，实现了提高固井质量和钻速的双丰收。

（2）本井取得好水平是认真执行调整井“固井八字”（压稳、居中、替净、密封）指导方针和相关配套技术的结果，这些相关技术先后都获得省部级以上奖励。

（3）对大庆调整井的地下情况进行了系统研究。分析了油田经过早期高压注水后地下形成高压憋压层、欠压层的原因，正确地提供了上述小层的位置和压力值。提出了停注放溢流措施，为适当降低钻井液密度，顺利钻井和确保固井质量创造了必要条件。

（4）为解决调整井固井候凝期水窜问题，在国内首先开展了“水窜”机理的研究，提出了“压稳系数”的概念和计算方法，研制了各种抗窜外加剂，应用效果明显。

由于大庆油田实行早期注水开发，因各开发层系渗透率不同而造成的吸水程度的各异，在一口井中造成多压力层系，刚开始钻调整井时，由于钻井液密度大，钻井速度慢，固井质量不好，钻井难度很大。经过钻井系统广大科技人员刻苦钻研、潜心研究，逐步形成了一整套保证固井质量、提高钻速的新工艺、新技术，满足了油田开发需要，为确保大庆油田的长期高产稳产做出了重大贡献。