遲家俊

（大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江大慶163411）

塔東古城區(qū)塊鉆井提速配套技術及應用

遲家俊*

（大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江大慶163411）

塔東古城區(qū)塊目的層埋藏深，巖性致密、可塑性強、韌性大，PDC和牙輪鉆頭可鉆性差，機械鉆速低，壽命短。通過鉆頭優(yōu)選形成的鉆頭序列、直螺桿與PDC復合鉆井提速技術與新型井下工具（扭力沖擊器或液動旋沖工具）配合專用PDC鉆頭提速鉆井技術的綜合應用，能夠大幅度提高機械鉆速，縮短鉆進周期。提速技術在古城7井、城探1井和東探1井等3口的綜合應用，提速效果非常明顯，3口井平均機械鉆速3.71m/h，平均鉆進周期184.8d，同比鄰井古城4井和古城6井平均機械鉆速提高95.26%，平均鉆進周期縮短133.5d。鉆井提速技術的綜合應用為塔東古城區(qū)塊深井鉆井提速提供了技術保障。

新型井下工具；提速；塔東區(qū)塊；現(xiàn)場試驗

塔東地區(qū)位于塔里木盆地東部，塔東庫魯克塔格斷隆與車爾臣斷裂之間，西為中央古隆起的東界古城4井一線，南達車爾臣斷裂，北至孔雀河斜坡，東為阿爾金山，面積約12.57×104km2。塔東區(qū)塊油氣資源豐富，將成為大慶油田天然氣勘探的戰(zhàn)略接替區(qū)。該區(qū)塊勘探程度低，鉆井速度緩慢。古城區(qū)塊主要目的層平均埋深超過5000m，礫石層及高硬度、高研磨性砂泥巖發(fā)育、可鉆性差，機械鉆速慢，嚴重制約鉆井速度。經(jīng)過對該區(qū)塊底層巖性分析，通過一系列技術措施，先后在古城7井、城探1井和東探1井等3口井在鉆井提速方面取得了不錯的進展。在塔東古城區(qū)塊初步形成了一套可行的鉆井提速技術。

1　深井提速難點分析

古城地區(qū)下古生界厚度巨大，基本在5000m以上，志留系、泥盆系分布局限，主要發(fā)育在古城鼻隆北部傾末端，石炭系基本全區(qū)分布，缺失二疊系；中生界厚約1000m，三疊系向東南減薄缺失，侏羅系—白堊系由西向東、由南向北增厚，并不整合在三疊系、石炭系和奧陶系不同地層之上。根據(jù)實鉆資料總結鉆井提速難點有以下幾點：

（1）上部地層（第四系和第三系上部）巖性疏松，成巖性較差，易塌、易漏；

（2）三疊系底部礫石層發(fā)育，可鉆性相對較差，不適合使用PDC鉆頭，只能應用牙輪鉆頭鉆進；

（3）奧陶系卻爾卻克組“黑被子”地層泥巖發(fā)育，研磨性強、可鉆性差，常規(guī)鉆進機械鉆速較低，在鉆井提速上為重點需要攻關井段；

（4）目的層（奧陶系下部和寒武系）為碳酸鹽地層，對于高硬度、高研磨性的灰?guī)r及白云巖，需要做好相應的鉆頭選型工作。

綜上可知提速難點主要為地質(zhì)條件復雜，上部地層松軟成巖性差，鉆進過程中易塌、易漏；中部地層奧陶系卻爾卻克組“黑被子”地層為提速難點，泥巖發(fā)育，研磨性強，可鉆性差；下部地層碳酸鹽地層高硬度、高研磨性，導致機械鉆速低，鉆井周期長。

2　鉆井配套提速技術及應用

通過理論和現(xiàn)場應用分析，實行鉆頭優(yōu)選，并在第二、三和四次開鉆井段分別配合相應的提速措施實行提速，具體為：二開井段提速技術措施為直螺桿配合PDC鉆頭復合鉆井提速；三開井段上部井段施工采用直螺桿配合PDC復合鉆進提速，下部井段奧陶系卻爾卻克組“黑被子”地層采用新型井下工具進行提速；四開井段由于井深較深及井眼尺寸相對較小的實際情況，提速工具的應用受到限制，因此均采取常規(guī)鉆進方式。

2.1鉆頭優(yōu)選提速技術及應用效果

2.1.1鉆頭優(yōu)選提速技術原理

表層井段（井深500～800m）巖性疏松，成巖性差，因此優(yōu)選牙輪鉆頭和PDC鉆頭；二開井段（井深3200m左右）上部和下部地層適合PDC鉆進，中部地層三疊系底部礫石層發(fā)育需要使用牙輪鉆頭，因此PDC鉆頭優(yōu)選5刀翼?19mm復合片鋼體鉆頭，配合直螺桿進行復合鉆進提速，牙輪鉆頭選擇使用517級別的鉆頭；三開井段（井深5500m左右）提速重點主要是卻爾卻克組“黑被子”地層，該地層巖石可鉆性中等（圖1），但由于碳晶泥巖的存在，巖石抗壓強度增加，塑性增強，PDC鉆進“卡—滑”現(xiàn)象嚴重；以往常規(guī)鉆頭機械鉆速較低、鉆進施工緩慢，為此優(yōu)選阿特拉配合扭力沖擊器工具使用的U系列PDC鉆頭、配合鉆井研究院液動旋沖工具使用的國產(chǎn)Q系列PDC鉆頭、進口PDC及牙輪鉆頭，用以攻克“黑被子”地層，其上部地層施工國產(chǎn)PDC鉆頭配合直螺桿采取復合鉆進提速；四開井段（平均井深6700m左右）目的層（奧陶系下部和寒武系）為碳酸鹽地層，對于高硬度、高研磨性的灰?guī)r及白云巖，上部井段選擇使用國產(chǎn)PDC和牙輪鉆頭，中下部井段選擇使用進口高效PDC和牙輪鉆頭，由于井深較深及井眼尺寸相對較小的實際情況，提速工具的應用受到限制，因此均采取常規(guī)鉆進方式。

圖1　“黑被子”地層巖性指標

2.1.2應用效果與分析

通過古城7、東探1和城探1井3口井的現(xiàn)場試驗，完成了鉆頭優(yōu)選工作，鉆頭使用數(shù)據(jù)見表1。

3口試驗井平均完鉆井深6704.7m，同比古城4和古城6井完鉆井深增加345.2m的情況下，平均鉆頭用量減少21只、平均機械鉆速提高了95.26%。

表1　3口井整體鉆頭使用數(shù)據(jù)表

通過3口試驗井的鉆頭優(yōu)選和現(xiàn)場試驗，基本固化了古城區(qū)塊的鉆頭使用序列（表2），對于后續(xù)鉆井施工起到了指導作用。

2.2直螺桿與PDC鉆頭復合鉆井技術

2.2.1螺桿復合鉆提速原理

螺桿與轉(zhuǎn)盤復合鉆進時，PDC鉆頭轉(zhuǎn)速等于轉(zhuǎn)盤與螺桿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之和，從而能夠高轉(zhuǎn)速切削巖石，提高破巖效率和機械鉆速；同時螺桿+PDC鉆頭高轉(zhuǎn)速復合鉆進時，由于鉆壓相對較小，減少鉆柱的彎曲程度，達到防斜打快的目的。

2.2.2應用效果與分析

通過古城7井和東探1井等2口井在二開和三開上部井段進行了直螺桿和PDC復合鉆井的應用，應用地層為三疊系和石炭系，提速效果過明顯（表3）。

古城7井和東探1井的應用直螺桿配合PDC鉆頭鉆井提速效果顯著，2口井在二開和三開井段平均單只鉆頭進尺分別為1357.59m和194.05m，平均機械鉆速分別為13.19m/h和2.71m/h，與鄰井相比在二開井段單只鉆頭進尺提高了338.43%，平均機械鉆速提高了233.08%；三開井段單只鉆頭進尺提高了271.47%，平均機械鉆速提高了230.49%。直螺桿配合PDC鉆頭復合鉆進技術對于塔東地區(qū)古城區(qū)塊三疊系和石炭系地層提速效果好。

2.3新型井下工具與專用PDC鉆頭提速技術

2.3.1新型井下工具原理及優(yōu)點

為了攻克卻爾卻克組“黑被子”地層鉆速慢的難題，優(yōu)選新型井下工具（引進國外的扭力沖擊器和自主研發(fā)的液動旋沖工具），2種工具具有相同工作原理和優(yōu)點。在正常鉆井條件下，PDC鉆頭能夠連續(xù)的剪切地層（圖2-a），而PDC鉆頭在鉆堅硬的地層時，鉆頭時常由于扭矩不足憋停（圖2-b），扭矩能量就會聚集在鉆柱上，導致鉆柱像發(fā)條一樣打卷扭曲（圖2-c），當所需扭矩能量達到剪切破碎地層的能量，鉆頭將以高于正常轉(zhuǎn)速破巖（圖2-d）。這種猛烈變化運動即“卡—滑”現(xiàn)象，會導致鉆頭使用壽命降低，下部鉆具事故增加。

表2　塔東古城區(qū)塊鉆頭使用序列

表3　螺桿+PDC鉆井與鄰井對比表

圖2　井底鉆頭工作狀態(tài)示意圖

新型井下工具將鉆井液的流體能量轉(zhuǎn)換成高頻（680～2400次/min）、均勻穩(wěn)定的扭向機械沖擊能量并直接傳遞給PDC鉆頭實現(xiàn)瞬時破巖，此時PDC鉆頭上就有2個力在切削地層，一個是轉(zhuǎn)盤提供的扭力，一個是工具提供的扭向沖擊力，相當于每分鐘額外680～2400次切削地層，鉆頭不需要等待積蓄足夠的能量就可以切削地層，消除了“卡—滑”現(xiàn)象，保持鉆頭對地層切削的連續(xù)性和穩(wěn)定性（圖2-e），因此能夠大幅度提高機械鉆速，延長鉆柱壽命，提高鉆井效率。

新型井下工具的優(yōu)點：消除“卡—滑”現(xiàn)象，減少反沖扭力和扭力震蕩；高頻扭向沖力能夠提高破巖效率和機械鉆速；工具為純機械構造，無橡膠件、電子元件，失效后不影響正常鉆進；能夠延長鉆頭的壽命，減少起下鉆次數(shù)，減少下部鉆具組合的復雜程度及降低鉆桿的疲勞度。

2.3.2應用效果與分析

在古城7井奧陶系“黑被子”地層使用引進阿特拉扭力沖擊器進行現(xiàn)場試驗，總進尺1727.79m；平均鉆速4.36m/h，使用扭力沖擊器鉆進井段同比鄰井古城6井的機械鉆速提高170.80%，平均單只鉆頭進尺提高896.79m，節(jié)省鉆頭4只（表4）。

表4　扭力沖擊器使用情況

在城探1井奧陶系“黑被子”地層，應用?196mm型液動旋沖工具與Q635PDC鉆頭，機械鉆速比古城8井使用扭力沖擊器提高了45.99%（表5）。

由以上2個表可以看出，新型井下工具+專用PDC鉆頭提速技術對塔東古城區(qū)快奧陶系“黑被子”地層提速效果顯著。

2.4綜合應用效果

通過鉆頭優(yōu)選、復合鉆進技術和新型井下工具鉆進技術的綜合應用，尤其是突破了“黑被子”地層鉆速慢的難題，整體上鉆井提速效果顯著，現(xiàn)場應用3口井見表6。

表5　城探1井液動旋沖工具使用數(shù)據(jù)與鄰井對比表

表6　試驗3口井鉆進周期同鄰井對比表

3口井在平均完鉆井深增加345.1m的情況下，平均鉆速同比提高了95.26%，平均鉆進周期同比縮短了133.5d，取得了較為顯著的提速效果。

3　結論與建議

（1）針對塔東古城區(qū)塊提速難點，通過古城7井、城探1井和東探1井共計3口井試驗優(yōu)化組合配套提速技術，即鉆頭優(yōu)選、復合鉆井、新型井下提速工具等三方面技術?，F(xiàn)場應用表明配套提速技術能夠滿足鉆井施工提速的要求，其提速效果顯著，實現(xiàn)了大幅度提高機械鉆速，縮短了鉆進周期的目的。

（2）建議在塔東古城區(qū)塊提速配套技術中嘗試應用復合鉆頭及渦輪鉆具進行提速，進一步完善提速配套技術措施。

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TE242

B

1004-5716（2016）01-0020-05

2015-11-20

遲家俊（1982-），男（漢族），吉林德惠人，工程師，現(xiàn)從事深井鉆井技術研究和科研管理工作。