滕新興 王麗華

中國石油勘探與生產工程監(jiān)督中心 （北京 100083）

SH-1井12-1/4″M1674SG鉆頭在變質巖地層使用效果分析

滕新興 王麗華

中國石油勘探與生產工程監(jiān)督中心 （北京 100083）

介紹了某公司生產的PDC鉆頭首次在SH-1井變質巖中的使用情況，闡述了與動力鉆具配合使用中出現(xiàn)的矛盾，為下一步在變質巖中如何使用PDC鉆頭，發(fā)揮其性能及提高機械鉆速提供第一手資料。

SH-1井位于新疆維吾爾自治區(qū)墨玉縣境內，是勝利油田和田勘探區(qū)塊一口重點預探井。該井于2000年7月26日開鉆。長時間以來，由于該區(qū)塊淺變質巖地層傾角大、自然造斜力強、巖性復雜等特點，致使該井一度進展緩慢，曾試驗過多種方法，但無論如何使用常規(guī)鉆井方法都未能達到預期效果。為了加快該井油氣勘探步伐，決定采用動力鉆具（單彎）配合高效鉆頭施工方法以期達到防斜、打快之目的，決定選用某公司12-1/4″PDC鉆頭。

1 地質分層及巖性描述和鉆進情況

1.1 地質分層

表1為SH-1井地質分層。

1.2 地層巖性描述及進度情況

克孜里奇曼組井段0～115.00m，厚度：115.00m，巖性組合：以灰色、深灰色灰?guī)r為主，上部夾深灰色灰質泥巖,中部夾一層深灰色熒光灰?guī)r及灰白色石膏巖,底部為灰色灰質白云巖及生物灰?guī)r。0～ 100.00m（Φ660mm鉆頭）鉆時最大205min,最小29 min,一般51～70min；100.00～115m鉆時最大79min，最小13min,一般21～52min。使用鉆頭類型：26″PC2、17-1/2″XHP2S。

塔哈奇組井段115.00～138.00m，厚度：23.00m，巖性組合：以灰色灰?guī)r為主，頂部為紫色泥巖、灰色灰質泥巖。120.00～124.00m巖屑中見輕烴。本組鉆時最大44min，最小17min，一般24～37min。選用鉆頭類型：17-1/2″XHP2S。

阿孜干組井段138.00～245.00m，厚度：107.00m，巖性組合：以紫色、灰色、深灰色灰?guī)r為主，中部夾兩層深灰色熒光灰?guī)r及深灰色灰質泥巖。本組鉆時最大83min，最小11min，一般23～47min。鉆頭類型：17-1/2″SHT22R、17-1/2″XHP3S。

卡拉烏依組井段 245.00～285.00m， 厚度：40.00m，巖性組合：以紫色、深灰色石英砂巖，灰色灰?guī)r為主，夾紫色泥巖。與下伏地層為不整合接觸。本組鉆時最大57min，最小9min，一般14～36min。使用鉆頭類型：17-1/2″XHP3S。

志留-泥盆系頂界井深285.00m，未穿。為一套淺變質巖地層，M1674SG將主要用于此段地層鉆探工作。主要巖性為片巖、絹云石英千枚巖、綠泥石英千枚巖、絹云綠泥千枚巖及變質中-細粒砂巖。從巖心資料看，該套淺變質巖片理較發(fā)育，片理角45°左右，并見石英脈，產狀與片理面相近，沿片理面很容易剝落。根據(jù)區(qū)域地質資料，該套淺變質巖發(fā)生了強烈的擠壓變形，順層石英脈已成“M”形或“N”形，片理化嚴重，沒有發(fā)現(xiàn)原始沉積產狀，片理角最大可達83°。本組地層曾使用17-1/2″QP19LAB（PDC）鉆頭配合9-5/8″直螺桿鉆進,使用井段1 060.51～1 128 m，進尺 67m，純鉆 97h30min，平均 ROP 0.69m/h。12-1/4″S248巴拉斯鉆頭＋渦輪鉆具使用井段1 354.5～1 400.15m，進尺45.65m，純鉆73.69h，平均機械鉆速0.6m/h。

表1 SH-1井地質分層

2 12-1/4″M1674SG使用情況

2.1 工程描述

2001年1月26日21 ：00，M1674SG鉆頭首次入井,當時井深1 820m；27日0：30,組合鉆具、下鉆；1：00,MWD中途測斜(井深 1 515m,α5.3°,φ 324°)；1:30，下鉆；2:00，MWD中途測斜 (井深 1 643m, α3.4°)；4:00，下鉆；6:00，遇阻劃眼(井段1 791～1 820m)；17:30，復合鉆進至井深1 843.50 m(最大鉆時：25.37min,最小鉆時：8.46min)；21:30，滑動鉆進反摳至井深1 872.51m(最大鉆時：72.86min,最小鉆時：23.81min)；28日4:00，因泵壓持續(xù)上升、井斜未降反增、鉆時變慢等原因而起鉆。鉆頭起出后發(fā)現(xiàn)9個噴嘴中有6個噴嘴被螺桿橡膠定子碎塊所堵，其它狀況良好，鉆頭累計在井下工作48.5h。中間經過更換1°單彎配合牙輪鉆頭糾斜、地質取心、擴眼等工序。于2001年2月4日12：30，鉆頭第二次入井，當時井深1 985.75m；20:00，下鉆到底；22:30，井底造型1m（參數(shù)：WOB:10kN；N：45r/min；Q：37L/s；P:14 MPa）；5日18:00，鉆進至井深2 022m，其間自浮式單點測斜兩次：測點1 990m，α：3.25°；測點2 018m, α：4.75°，發(fā)現(xiàn)增斜趨勢；2月7日0:15減鉆壓鉆進至井深2 024.12m；1:45循環(huán)；6:30，因PR原因而起鉆。此次入井鉆頭累計在井下工作59.75h。

為了能夠在控制井斜的基礎上進一步提高鉆速，2月10日23：35，PDC鉆頭配合0.75°單彎第三次入井，當時井深2 156.12m；11日5:00下鉆；6:50井底造型；19:30，復合鉆進至井深2 183m；2月12日8:00，滑動鉆進，工具面不穩(wěn)、加壓蹩泵，無法正常工作；9:30，循環(huán)；15:30，起鉆，井深2 192.82m。起出鉆頭正常磨損，新度80%，可繼續(xù)使用。此次入井鉆頭在井下工作39h。

2.2 鉆井液參數(shù)

表2為泥漿參數(shù)，表3為第1次入井數(shù)據(jù)，表4為第2次入井數(shù)據(jù)，表5為第3次入井數(shù)據(jù)，鉆頭使用后圖片如圖1所示。

2.3 使用效果

表6為使用效果情況。

3 綜 述

該鉆頭共下井3次，累計進尺127.59m,純鉆時間94.24h,平均機械鉆速1.35m/h（其間首次入井劃眼29m，井段1 791～1 820m，耗時2h），尚未達到預期目標。但從鉆頭起出情況看，除6#、7#刀翼輕度磨損外，其它部分均保持良好狀態(tài)，仍可重復使用。根據(jù)以上分析，造成每單趟進尺少、平均機械鉆速低的根本原因可歸納為以下幾個方面：

表2 泥漿參數(shù)

表3 第1次入井數(shù)據(jù)

表4 第2次入井數(shù)據(jù)

表5 第3次入井數(shù)據(jù)

（1）鉆頭初次入井時，因各有關方面準備充分，參數(shù)使用得當，鉆頭與地層相對適應，隨即創(chuàng)造出日進尺40m的建井以來最高記錄，復合鉆進階段平均機械鉆速達3.45m/h。但由于地層自然造斜力較強，相對單彎井底動力鉆具降斜率不足，滑動階段井斜未降反增，加之后續(xù)螺桿橡膠定子破損堵塞鉆頭噴嘴，致使井底不能有效清洗，鉆速下降，且泵壓持續(xù)上升，被迫起鉆，導致鉆頭功效未能最大限度發(fā)揮。

圖1 鉆頭使用后圖片

（2）換用柔性鐘擺鉆具后，考慮到地層傾角大、易斜等特點，為達到防斜目的，將鉆壓嚴格控制在40kN以內。同時井隊設備老化，排量及轉盤轉速受到一定限制，不同程度地影響了機械鉆速的提高。即使如此亦未能遏制井斜逐漸遞增的趨勢，造成第二次使用失利。

表6 使用效果情況

（3）鉆頭第三次入井后，復合鉆進階段尚比較樂觀，機械鉆速2.18m/h。但進行滑動鉆進時，此規(guī)格單彎與鉆頭不匹配的矛盾又突出表現(xiàn)出來。5LZ197× 7.0彎螺桿由于其適用排量范圍限制，難以驅動12-1/4″PDC鉆頭，導致鉆頭工作時工具面不穩(wěn)定，而且一度出現(xiàn)轉子制動蹩泵現(xiàn)象，給定向井服務人員造成極為被動的局面，遂決定中途起鉆換用牙輪鉆頭進行下步糾斜作業(yè)。

總而言之，從鉆頭實鉆、地層巖性特點及起出狀況方面看，該鉆頭選型是合理的，這一點，在鉆頭第一次入井鉆進過程中已經得到充分證明。選用16mm“爪形”齒布齒有效提高了鉆頭抗沖擊性能，使鉆頭面對石英脈含量高達20%的片巖、千枚巖、變質砂巖地層具備良好的適應能力。鼻部齒傾角設計較為適宜，既可承受復雜多變的沖擊載荷，又可有效吃入地層，增強了鉆頭攻擊性。不足之處仍然是肩部齒切削能力略顯薄弱，低轉速下影響到鼻部齒的功效發(fā)揮。建議減緩拋物線冠形，適當增加肩部布齒密度，選用抗研磨性更強的復合片類型，以改善鉆頭整體切削能力。同時建議用戶單位在為PDC鉆頭配備螺桿鉆具時盡量選用較大規(guī)格類型，以發(fā)揮其馬力強勁的優(yōu)勢，同時能夠滿足鉆頭對排量的要求。

An introduction is given to the first application of PDC drilling head produced by some company to the metamorphic stratum of SH-1.Then an explanation is carried out about the contradiction appearing in the cooperation with the power drilling tools. The research provides the first hand materials for how to use PDC drilling head,make full use of its property and improve the mechanical drilling rate at the metamorphic stratum.

PDC;drilling head;metamorphic rock

PDC 鉆頭 變質巖

滕新興（1964-），男，高級工程師，主要從事監(jiān)督管理和鉆井技術研究與服務工作。

黃永場

2011-05-30