深井钻井提速技术研究

2023-09-20王亚东

西部探矿工程 2023年8期

王亚东

（大庆钻探工程公司钻井四公司，吉林松原138000）

为了高效开采油田的深部油气资源，提高机械钻速降低开发成本，大庆钻探针对不同深井的地质特点，对单井的每个开次制定了相应的提速技术施工方案[1-2]，本文以X 深平1 井为例进行了深井钻井提速技术分析研究。

X 深平1 井是一口风险探井。该井设计井深4746m，水平段长1500m。各工序施工难点较多，三开后实施近平衡钻井，深层岩性变化大、气藏复杂，气藏压力系数变化较大，需要根据实钻情况调节钻井液密度、粘度等参数，既要做到保护气层，又要保证钻井施工顺利进行。通过应用综合提速措施，该井取得了较高的机械钻速，比设计提前5.5d完钻，为深部地层优快钻井提供了技术参考。

1 X深平1井基本情况

1.1 X深平1井地质情况

X 深平1 井位于松辽盆地，为一口侧钻水平井，根据邻井钻探成果及地震解释成果，本区深层自上而下揭示的地层为白垩系下统泉头组、登娄库组及基底部分地层。从已有地震资料上看，该井将于青二、三段约1540m钻遇断层，施工时要注意防止井斜、井漏等工程事故的发生。深层致密地层注意防卡、防钻具失效；加强预防火山岩段井漏、井塌，应做好钻井预案，钻探过程中同时预防卡钻；进入目的层按规程做好井控工作；目的层裂缝发育，钻井过程中应做好防漏、堵漏预案，同时预防井漏后诱发井喷。该井储层含有CO2气体，应预防CO2气体腐蚀和对环境的影响。三开后深层气藏地层压力预测可能存在误差，要求现场根据实钻情况调节钻井液性能，即要做到及时发现、保护气层，又要保证钻井施工顺利进行。

1.2 X深平1井井身设计

该井设计井深4746m，实际完钻井深4746m，目的层和完钻层位均为基底。该井为三开井身结构，其中一开完钻井深为300m，钻至四方台组，钻头尺寸为444.5mm，固井水泥浆反至地面；二开设计井深为2750m，钻至登四段，钻头尺寸为275mm；三开设计井深为4746m，钻至基底，钻头尺寸为215.9mm。

1.3 X深平1井井眼轨迹设计

X深平1井设计轨道剖面节点数据见表1。

表1 X深平1井设计轨道剖面节点数据

2 提速技术研究

2.1 一开施工提速情况

一开表层主要提速技术措施：①配制的钻井液膨润土浆，在开钻前应提前充分水化，从而使其性能更为优良；②表层施工的钻压控制在20～40kN 范围内,转数控制在50～90r/min内，要确保井眼垂直，不能为了抢进尺随意加大钻压和转盘转速；③接单根时要遵循早开泵晚停泵的技术措施，防止漏失和坍塌掉块情况的发生；④起钻时速度要慢，起钻过程中连续灌注钻井液，从而确保井壁稳定；⑤完钻后要充分循环洗井，从而确保井筒内的岩屑清除干净；⑥完钻后可视情况进行通井作业，保障套管可以顺利下入到底。

按照设计，该井表层（0～300m）使用444.5mm PDC钻头，使用塔式钻具组合。表层实钻参数为：钻进时间5h、平均机械钻速60m/h、钻压20～40kN、泥浆泵排量62L/s、泵压5MPa、钻井液密度1.08g/cm3、钻井液漏斗粘度48～52s。

该井表层钻速与临井对比情况见表2。从表2 数据可知，该井的表层实际机械钻速达到了60m/h，超过设计钻速30m/h 和临井的19.94m/h，比设计提前了0.47d完钻，说明制定的提速方案取得了一定的效果。

表2 X深平1井表层实钻情况对比

2.2 二开施工提速情况

在钻头、提速工具和钻进参数优选方面：二开选取19mm 复合片315mm 的PDC 钻头钻至泉二段，泉二段以下选取311.2mm 的PDC 钻头配合液动旋冲工具；钻进过程中排量保持在68L/s 左右，确保返砂彻底；每钻进一个立柱进行一次划眼作业，从而保证井壁稳定。

在钻井液体系性能优化方面：将使用的钻井液体系的密度控制在1.10～1.55g/cm3，漏斗粘度控制在45～56s，固相含量控制在13%以内，API失水控制在4mL以内；二开开钻前保证配制的钻井液得到充分的剪切循环，确保钻井液性能达到要求；进入葡萄花油层50m前根据地层情况对钻井液的密度做适当调整，避免油气侵现象的出现；二开钻进过程中，保证四级固控的有效使用，保证振动筛布的目数达到120目，充分去除有害固相。二开实际施工所用的钻井参数见表3。

表3 X深平1井二开实钻参数

该井二开在300～1190m 部分的井段机械钻速较快，达到22.67m/h，而随着地层的加深，岩石硬度增大，在1190～2750m 井段，机械钻速下降为15.22m/h，该井段机械钻速下降的主要原因是岩石可钻性差和钻头的持续磨损。二开井段总的平均机械钻速为17.28m/h，高于临井的9.10m/h，但低于设计机械钻速25m/h，二开完钻周期也超出设计周期3.89d。说明在二开井段的施工方案还需要进一步进行调整。

2.3 三开施工提速情况

2.3.1 三开导眼

三开导眼段钻进井段2750～3250m，在导眼段钻遇层位登娄库组，地层岩性以泥岩、粉砂质泥岩、紫红色泥岩为主。该段施工难点为泥岩吃入较困难。根据地层特点，钻头选择215.9mmJKP-6 SD6648V 平面齿钻头，并使用液动旋冲工具帮助提高机械钻速，螺杆选用1.5°，确保完成直井段后可以进行造斜段钻进。

三开导眼段使用液动旋冲工具作为提速工具，钻具为：∅215.9mmBIT×0.35m+液动旋冲×1.65m+∅178mmDC×9.46m+∅214mmSBT×1.6m+∅178mm×0.5m 止回阀+∅178mmDC×18.93m+∅165mmDC×112.76m+∅127mmHWDP×139.69m+∅139.7mmDP。主要的施工参数为：转盘转速80～90r/min、泵压15～18MPa、泥浆泵排量为35～37L/s、钻压为85～125kN、钻井液粘度50～65s、钻井液密度1.15～1.20g/cm3。

三开导眼段所钻地质分层位于基底，地层为碎裂花岗岩，纯钻时间为142h，共计进尺500m，平均机械钻速为3.52m/h，好于临井同层位2.86m/h 的评价机械钻速，低于设计的3.80m/h。

2.3.2 三开造斜情况

造斜段2657～3215m，自井斜1.2°钻进，钻遇层位登四段、登三段、基底。施工难点为基底地层花岗岩研磨性强，钻头吃入困难，造斜时工具面不稳，基底含砾石对钻头冲击破坏强。根据岩性和施工特点，钻头选用抗冲击性能好和稳定性强的215.9mm非平面齿PDC钻头；螺杆选用1.5°，提高造斜能力；仪器选用MWD，提高探层能力。三开钻具组合为：∅215.9mm钻头×0.35m+∅172mm 旋冲螺杆×7.94m+∅178mm 止回阀×0.5m+∅178mmNMDC×19.1m（MWD)+∅172mm 悬挂接头×0.95m+∅127mmHWDP×279.55m+∅139.7mmDP。

三开造斜段所钻目的层为基底，地层岩性为碎裂花岗岩，三开总进尺558m，总纯钻时间307.5h，机械钻速1.81m/h，由于造斜段采用定向钻进所以机械钻速相对较低。三开造斜段的实钻情况见表4。

表4 三开造斜段实钻情况

2.3.3 三开水平段情况

水平段钻进井段3215～4746m，钻遇层位基底，岩性以紫灰色碎裂花岗岩为主，施工难点为花岗岩可钻性差对钻头冲击性强，水平段稳斜效果要求高。根据岩性和施工特点，钻头选用215.9mm复合钻头，提高钻头抗冲击性的同时不影响机械钻速；螺杆选用1°，提升水平段的稳斜效果，仪器选用MWD，提高探层能力。三开水平段使用的钻具组合为：∅215.9mm复合钻头×0.39m+∅172mm1°螺杆×8.56m+∅178mm止回阀×0.5m+∅172mm 坐键接头×0.67m+∅178mmNMDC×9.46m(MWD)+∅172mm 限流阀×0.85m+∅127mmHWDP×52.58m+∅139.7mmDP×1374.66m+∅127mmHWDP×212.58m+∅139.7mmDP。三开水平段总纯钻时间420h，机械钻速3.30m/h。三开水平段的实钻情况见表5。

表5 三开水平段实钻情况

3 提速分析

本井至4746m 完钻，实际钻井周期191.5d，通过应用综合提速措施，该井取得了较高的机械钻速，比设计提前5.5d 完钻，为大庆油田深部地层优快钻井提供了技术参考。

其中一开钻进周期对比纸上钻井节约0.12d，得益于开钻后大排量高转数钻进，减少了循环时间，提高了机械钻速。提前配好钻铤立柱，节约了接单根时间。

二开钻进周期为14.1d，钻井过程中有井壁剥落现象，将密度提至设计上限后剥落有所减缓；在二开钻进至1420m 时，根据设计要求进入葡萄花油层前50m 加重，由于即将钻开注水层，根据邻井注水压力及设计要求，全井密度由1.25g/cm3提至1.52g/cm3。

三开导眼设计井深3250m，实际井深3250m，实际共取机动芯五筒，取芯进尺共24.03m，芯长23.86m，取芯收获率99.29%。

三开施工中，花岗岩研磨性极强，且在水平段定向施工中钻压很难全部加在钻头上，给钻进施工带来了困难。造斜段所采用的牙轮钻头+螺杆导向的钻具组合，很好地控制了狗腿度，平滑地过渡到水平段。水平段优选复合钻头+1°螺杆以应对目的层紫灰色碎裂花岗岩，有效地增加了钻速，大大节约了钻进周期。并且每次起钻丈量扶正器外径，有磨损及时更换，很好地控制了井斜，减少了定向进尺，提高了机械钻速。