尉富平，馮小科，伍虹宇 （中石化河南石油勘探局鉆井工程公司，河南 南陽473132）

黃磊 （中石化河南油田分公司石油勘探開發(fā)研究院，河南 南陽473132）

王濤，王卓 （中石化河南石油勘探局鉆井工程公司，河南 南陽473132）

張店油田南38區(qū)塊位于河南省唐河縣張店鎮(zhèn)，構造上位于南陽凹陷張店鼻狀構造帶。南38區(qū)塊構造軸向近南北走向，含油面積1.5km2，含油高度150m。北部的3＃斷層為該區(qū)塊的油氣主力斷層，含油氣目的層段斷層傾角20～28°。該區(qū)儲層巖性以灰色細砂巖和粉砂巖為主，少量中－粗砂巖和含礫砂巖；巖石成分以石英為主，長石次之；分選性中－好；磨圓度次棱－次圓；膠結物以泥質和灰質為主。為動用該區(qū)的儲量，盡早建成新的產(chǎn)能，進一步加大開發(fā)力度，2012年在該區(qū)塊部署多口生產(chǎn)井。但由于該區(qū)塊地質條件復雜，鉆井施工難點多，而且是新開發(fā)區(qū)塊，缺乏完善的鉆井施工方案，導致鉆井施工周期較長，鉆井速度較低；為此，研究出了一套優(yōu)快鉆井技術，提高了鉆井速度，為油田增儲上產(chǎn)起到了積極作用，值得進一步推廣應用。

1 鉆井主要難點

張店油田南38區(qū)塊由于地質條件復雜，鉆井施工過程中易出現(xiàn)鉆頭故障，井斜難以控制，井壁垮塌、電測遇阻等情況時有發(fā)生，是河南油田井下故障頻發(fā)區(qū)塊，導致該區(qū)塊機械鉆速低，建井周期長。鉆井施工中主要存在以下技術難點：①鉆頭選型不適合該區(qū)塊地層特點，制約了鉆井機械鉆速的提高，造成鉆井周期長，成本高。②鉆井參數(shù)選擇只憑現(xiàn)場經(jīng)驗，選用不合理，未得到優(yōu)化。③地層傾角較大，直井段井眼難以控制，經(jīng)常由于直井段井斜過大，需要提前下螺桿定向。④鉆井液性能不能滿足該區(qū)塊的鉆井施工。中部地層泥巖、頁巖較多，易吸水膨脹，井壁掉塊嚴重，造成起下鉆困難等井下復雜。

2 優(yōu)快鉆井技術研究

2.1 優(yōu)化鉆頭選型

2.1.1 鉆頭選型方法

鉆井實踐表明，鉆頭的使用效果如何，對一口井的鉆井速度、鉆井成本等效益指標影響很大，而鉆頭的使用效果又首先取決于鉆頭選型是否合理[1]。

2.1.2 鉆頭優(yōu)選方案

通過對張店油田南38區(qū)塊以往施工的多口井地層特性和實鉆情況進行綜合分析，對該地區(qū)各層段地層可鉆性進行詳細研究，初步選定各井段的鉆頭型號。對初選出的鉆頭進行現(xiàn)場試驗，根據(jù)現(xiàn)場鉆頭試驗結果對鉆頭的適應性進行進一步篩選，最終選定該地區(qū)分井段鉆頭類型，做出分區(qū)塊分井段鉆頭優(yōu)化設計。

1）南38區(qū)塊上部地層 （垂深0～1000m）地層松軟，軟泥巖較多，地層可鉆性較強。由于上部地層含有小段礫石夾層，對PDC鉆頭復合片損傷較大，不適合該井段使用；上部地層松軟，鋼齒鉆頭機械鉆速較高，可有效抵抗礫石層的破壞，且牙輪鉆頭的 “自洗”功能可有效防止鉆頭泥包；因而上部地層選用鋼齒鉆頭，配以適當?shù)你@具組合。通過鉆井現(xiàn)場實踐表明，優(yōu)選出的鉆頭適應南38區(qū)塊的地層特點，對提高鉆井速度起到了重要作用。

2）中部地層 （垂深1000～1900m）泥巖發(fā)育，地層水敏性強，泥巖易吸水膨脹，發(fā)生剝落掉塊，鉆進該井段經(jīng)常出現(xiàn)掉塊、井垮現(xiàn)象。地層傾向180°、傾角13～18°，鉆進時井眼易斜，方位通常向正北方向漂移，由于直井段井斜增長過快，導致需要提前使用螺桿定向。在該井段優(yōu)選了PDC鉆頭，配以適當?shù)你@具組合和優(yōu)化的鉆井參數(shù)，既能提高機械鉆速又能滿足井深質量要求，取得了較好的效果。

3）下部地層 （垂深1900～2600m）泥巖、油頁巖夾層較多，且?guī)r性致密，可鉆性差。以往使用牙輪鉆頭鉆進，機械鉆速低。由于地層較為致密，需多只牙輪鉆頭，起下鉆次多延長了鉆井周期，牙輪鉆頭成本導致單井成本增加。通過對地層可鉆性分析，選擇復合片尺寸小、5刀翼的PDC鉆頭鉆進，使機械鉆速明顯提高，并減少了起下鉆次數(shù)，大大節(jié)約了鉆井成本，取得了良好的應用效果。

2.2 優(yōu)化鉆井參數(shù)

2.2.1 鉆井參數(shù)優(yōu)選方法

從鉆速方程[2]可以看出，鉆速與鉆壓成線性關系，與轉速成指數(shù)關系。不同的地層需要不同的破巖的機械能量，而鉆壓和轉速在鉆速的總變異中所占權重分別為21.84%和41.66%，這兩項共占63.5%，從鉆速的角度來講，當一口井井位確定后，鉆壓、轉速是影響機械鉆速的最主要因素，且鉆壓和轉速在不同井深對鉆速的影響程度亦不同。為確定鉆壓和轉速的合理匹配，優(yōu)選鉆井參數(shù)，在鉆井施工現(xiàn)場進行了鉆壓和轉速優(yōu)選試驗：①根據(jù)各鉆機特性，在不同井深各擋轉速分別尋找與最快鉆速相匹配的鉆壓為該轉速下的最優(yōu)鉆壓；②按廠家推薦的鉆壓轉速值，轉速鉆壓組合的鉆速最快就成為該井段的優(yōu)選鉆壓、轉速；③通過試驗應用效果來確定優(yōu)選出的轉速對鉆速，校驗最優(yōu)鉆壓及轉速；④用鉆速的增加和鉆井成本的大小來衡量鉆井參數(shù)優(yōu)選的效果。

2.2.2 鉆井參數(shù)優(yōu)化方案

南38區(qū)塊，中上部地層泥巖較多，易發(fā)生泥包，PDC鉆頭鉆進過程中，鉆壓不易加太大，防止鉆頭泥包。經(jīng)過試驗以較小的鉆壓即可達到理想效果，盲目增大鉆壓，不僅機械鉆速提高不多，而且易發(fā)生泥包鉆頭起鉆，增加鉆井周期。

通過各井段現(xiàn)場試驗，并對取得的試驗數(shù)據(jù)進行分析，制定出了南38區(qū)塊分井段鉆井參數(shù)優(yōu)化方案 （見表1）。

表1 南38區(qū)塊鉆井參數(shù)優(yōu)選方案

2.3 井身質量控制技術

該區(qū)塊上部地層由于傾角較大，井眼易斜，井眼軌跡控制困難。在南38區(qū)塊施工的張1123井二開使用滿眼鉆具鉆至1573m，井斜達到13°，給后期定向增加了難度。

2.3.1 直井段井斜控制

目前，國內外防斜打直技術歸納起來主要有剛性滿眼防斜技術、鐘擺力糾斜防斜技術、離心力防斜糾斜技術、利用鉆具彎曲防斜糾斜技術、導向鉆井防斜糾斜技術及井下專用工具防斜糾斜技術等。經(jīng)過分析認為剛性滿眼防斜技術、鐘擺力糾斜防斜技術適合該區(qū)塊的井身質量控制[3]。

根據(jù)以往施工井總結分析發(fā)現(xiàn)，1000m以內井斜增長較小，井斜變化幅度較大的主要集中在1000m以下井段，因此綜合考慮施工機械鉆速和施工難易程度，上部地層使用了雙扶鐘擺鉆具組合，如果井斜較大，也可通過控制鉆壓和轉速來控制井斜。中部地層，井斜易突增且地層壓實程度高，為控制井斜和保證機械鉆速，選用了三扶滿眼鉆具組合。

由于地層具有傾角大、易傾斜的特點，在操作方面要處理好地層交接面及斷層問題。劃眼時，控制好劃眼速度，并根據(jù)井斜情況及時調整鉆井參數(shù)。

2.3.2 定向段井身質量控制技術

在定向段應根據(jù)井眼軌跡情況決定下部鉆具組合并確定鉆進參數(shù)，進入穩(wěn)斜井段后應盡可能采取PDC鉆頭配合螺桿＋轉盤復合鉆進。一方面可以及時監(jiān)測井眼軌跡，適時進行調整，確保井眼軌跡平滑，有利于后續(xù)作業(yè)的施工安全；另一方面由于PDC鉆頭要求鉆壓小，可有效減少鉆鋌的使用數(shù)量，減輕了鉆具負荷，有利于減小黏吸卡鉆等井下故障發(fā)生[4]，有效提高機械鉆速。特別是對一些控制段較長的井其效果更為突出。

2.4 井壁穩(wěn)定技術

針對井壁失穩(wěn)的現(xiàn)象，分析主要是由于鉆井時間長，泥頁巖膨脹、水化造成井壁垮塌掉塊[5]。根據(jù)該區(qū)塊井壁垮塌周期、壓力，一是優(yōu)化鉆井液性能，提高鉆井液密度，根據(jù)該區(qū)塊地層測壓計算和施工現(xiàn)場總結，在垂深1700m以后要將鉆井液密度提高至1.18～1.22g/cm3，增加液柱壓力，同時提高鉆井液的抑制能力，可有效地抑制井壁失穩(wěn)現(xiàn)象，加強現(xiàn)場鉆井液性能維護和處理，加足大分子包被劑、防塌劑，嚴格控制失水，可減少鉆頭泥包保持井眼穩(wěn)定；二是嚴格控制鉆井過程中及完鉆后空井時間，及時下鉆通井，減少停等時間，防止空井時間長鉆井液浸泡導致井眼失穩(wěn)，保障井眼暢通和穩(wěn)定。

3 應用效果

表2是近5年來在張店南38區(qū)塊所鉆開發(fā)井的技術指標對比。從表2可以看出，張1307井、張1113井平均井深2392.5m，平均鉆井周期22.6d，平均鉆井速度2248m/（臺·月），平均機械鉆速7.33m/h，2012年通過研究張店南38區(qū)塊優(yōu)快鉆井技術及現(xiàn)場應用于張1121井、張1124井，平均井深2493m，較之前增 加4.2%；平均鉆井周期 15.67d，較之前降低30.6%；平 均鉆機速度3504.09m/（臺·月），較之前提高35.8%；平均機械鉆速11.89m/h，較之前提高38.3%，大大提高了機械鉆速，縮短了建井周期，節(jié)約了鉆井成本。

表2 南38區(qū)塊鉆井技術指標對比

4 結論與認識

1）通過張店油田南38區(qū)塊分井段優(yōu)化鉆頭選型、鉆進參數(shù)及鉆具組合，大大提高了機械鉆速；同時也有效地控制了井斜，確保了井身質量。

2）針對井壁失穩(wěn)井段，通過提高鉆井液的抑制性，嚴格控制失水量，提高鉆井液密度，增加井筒液柱壓力，減小空井時間等系列措施，有效解決了南38區(qū)塊井壁垮塌掉塊問題，保證了鉆井順利施工。

[1]趙金洲 ，張桂林 .鉆井工具技術手冊 [M].北京：中國石化出版社，2008.

[2]陳庭根，管志川 .鉆井工程理論與技術 [M].東營：中國石油大學出版社，2006.

[3]劉希圣 .鉆井工藝原理 [M].北京：石油工業(yè)出版社，1998.

[4]蔣希文 .鉆井事故與復雜問題 [M].北京：石油工業(yè)出版社，2002.

[5]鄢捷年 .鉆井液工藝學 [M].東營：中國石油大學出版社，2006.