羅文麗，胡 濤，李嗣洋，孫 鑫，劉榮慶，張瀟予，崔 露

（1.渤海鉆探工程技術(shù)研究院，天津300457；2.中國石油物資公司，北京100029；3.渤海鉆探招標(biāo)中心，天津 300457）

鉆井工程是油氣田勘探開發(fā)最重要的環(huán)節(jié)之一，約占整個(gè)投資成本50%～60%。因此，鉆井速度直接影響勘探及產(chǎn)能建設(shè)的進(jìn)程和投資成本。隨著我國鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，針對(duì)大斜度井、大位移井、長(zhǎng)水平段井、深井及超深井機(jī)械鉆速低、鉆井周期長(zhǎng)、投資成本大等特性，研制了各種提速工具，主要包括高效PDC鉆頭、水力加壓器、旋沖工具、水力振蕩器、扭轉(zhuǎn)沖擊器及渦輪鉆具等，其費(fèi)用高、壽命短。但我國目前在淺井鉆井提速主要運(yùn)用為“PDC+螺桿”的鉆井方式，價(jià)格低、運(yùn)用簡(jiǎn)便。

華北油田通過前期部署在束鹿凹陷晉古19井的鉆探，取得了工業(yè)性油氣流突破，試油測(cè)試館陶組井段899.40～908.20m折日產(chǎn)氣12.84×104m3，古生界井段1017.20～1068.00m折日產(chǎn)油6.37t。為了進(jìn)一步加大勘探評(píng)價(jià)力度，落實(shí)圈閉面積、油層厚度及預(yù)測(cè)評(píng)估地質(zhì)儲(chǔ)量等，繼續(xù)部署一口預(yù)探井——晉古17井。

1 工程地質(zhì)概況

晉古17井位于河北省寧晉縣賈口鎮(zhèn)白木村東1076m，是部署在束鹿凹陷南端雷家莊斷層上升盤晉古19變質(zhì)巖潛山內(nèi)幕圈閉的一口直預(yù)探井，主要目的層為Ng、Ar，設(shè)計(jì)井深2500m。其鉆探目的為了解冀中探區(qū)變質(zhì)巖潛山內(nèi)幕儲(chǔ)蓋組合情況，了解雷家莊變質(zhì)巖內(nèi)幕的含油氣情況，兼探上第三系含油氣情況及落實(shí)儲(chǔ)層、含油氣面積、儲(chǔ)量。鉆遇地層自上而下為新生界第四系平原組，上第三系明化鎮(zhèn)組、館陶組；太古界（1400～2500m）。主要特殊巖性為館陶組底部雜色礫巖；太古界深灰色、灰白色及灰色石英巖、灰黑色板巖、變質(zhì)巖互層。鄰井鉆探過程中，均在元古界井段發(fā)生裂縫性漏失。根據(jù)鄰井實(shí)鉆、試油情況況及滿足地質(zhì)需求，通過優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，確定為三開井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即鉆頭程序：D444.5mm×331m+D241.3mm×1405m+D152.4mm×2500m；套管程序：D339.7mm×330m+D177.8mm×1403m+先期祼眼完井。

2 D152.2mm井眼機(jī)械鉆速低的原因

2.1 上部井段鉆井情況

該井三開采用D152.4mm鉆頭鉆進(jìn)至井深1524m，鉆進(jìn)19d，共進(jìn)尺171.81m，純鉆時(shí)間174h，平均機(jī)械鉆速0.98m/h，起下鉆12趟，使用11只鉆頭（包括1只取芯鉆頭），期間進(jìn)行了2次取芯作業(yè)，各鉆頭使用情況如圖1所示。鉆井液體系為低固相聚合物，密度1.05g/cm3；粘度32～39s；API失水10～6mL；靜切力2/4Pa；含砂0.2%；pH值8～9。主要鉆具組合類型及參數(shù)為：

A：D152.4mm鉆頭接頭+浮閥+D121mm無磁鉆鋌×1根+?121mm鉆鋌×(11、15、17和20)根+?88.9mm鉆桿。

鉆井參數(shù)：鉆壓60～100kN；轉(zhuǎn)速60r/min；排量16L/s；泵壓8～12MPa。

B：D152.4mmPDC+D120mm直螺桿+浮閥+托盤+D121mm無磁鉆鋌×1根+?121mm鉆鋌×15根+?88.9mm鉆桿。

鉆井參數(shù)：鉆壓60kN；轉(zhuǎn)速（60+DN）r/min；排量18L/s；泵壓14MPa。

2.2 制約機(jī)速主要因素

（1）三開井段鉆遇下元古界地層，其巖性以石英巖、灰黑色板巖、變質(zhì)巖互層為主，巖石強(qiáng)度高，研磨性極強(qiáng)、可鉆性差。查閱有關(guān)資料顯示：巖石的研磨性由小到大順序?yàn)榱蛩猁}類巖石（石膏、重晶石）、碳酸鹽巖石（石灰?guī)r、白云巖）、硅質(zhì)巖石（燧石）、鐵—鎂長(zhǎng)石巖、石英巖。

（2）牙輪鉆頭進(jìn)尺和壽命均較短，單只鉆頭進(jìn)尺19m和工作時(shí)間為17h，如圖2所示。

（3）PDC鉆頭鉆進(jìn)時(shí)吃入困難，磨損速度也較快、崩齒、斷齒、肩部磨損嚴(yán)重，如圖3所示。

圖3 PDC鉆頭鉆時(shí)分析

3 提速方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比

為了加快勘探進(jìn)程，縮短鉆井工期及降低投資成本。針對(duì)三開井段地層巖性研磨性強(qiáng)、鉆速低的特性。開展了提速方案措施研究，兼顧考慮工期與成本關(guān)系，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)。即提速思路：方案一是采用Schlumberger公司Smith(渦輪+孕鑲鉆頭）；方案二是采用俄羅斯渦輪+Smith孕鑲鉆頭；方案三是采用牙輪鉆頭常規(guī)鉆進(jìn)。根據(jù)這3種方案以鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)井深2500m，剩余進(jìn)尺858m為分析對(duì)象，進(jìn)行成本估算（按當(dāng)前市場(chǎng)價(jià)格）。

（1）方案一成本概算。根據(jù)服務(wù)條件：一是每米1.1×104元，包括渦輪鉆具、孕鑲鉆頭、工具動(dòng)員費(fèi)、人員費(fèi)；二是根據(jù)前期鉆井情況及地層巖性特征，服務(wù)方按類似地層，每天鉆進(jìn)25m；三是30鉆機(jī)日費(fèi)5×104元/d。分析剩余進(jìn)尺鉆進(jìn)所需34.32d，總成本為5×104元/d×34.32d+1.1×104元/m×858m=1115.45×104元。

（2）方案二成本概算。根據(jù)服務(wù)條件：一是進(jìn)尺200m以上按2750元/m計(jì)算，進(jìn)尺費(fèi)只包括渦輪鉆具、人員費(fèi)，不包括孕鑲鉆頭費(fèi)，同時(shí)要考慮設(shè)備運(yùn)輸費(fèi)和待命（占用）費(fèi)（運(yùn)輸費(fèi)2.4×104元/次，計(jì)1次；占用費(fèi)2×104元/d，按2d計(jì)），需2套渦輪，運(yùn)輸費(fèi)按2次考慮；二是鉆頭按Smith公司提供，一只孕鑲鉆頭42×104元，單只鉆頭進(jìn)尺按150m考慮，需6只鉆頭；三是工況按方案一考慮，35d；四是30鉆機(jī)日費(fèi)5×104元/d?？偝杀荆?×104元/d×35d+0.275×104元/d×858d+42×104元/只×6只元+2.4×104元/次×2次+2×104元/d×6d=679.75×104元。

（3）方案三成本概算。根據(jù)條件：一是目前常規(guī)工藝鉆進(jìn)，日進(jìn)尺為10m；二是牙輪鉆頭按2.5×104元/只；三是30鉆機(jī)按日費(fèi)5×104元/d；四是單只鉆頭進(jìn)尺16.2m。分析計(jì)算：鉆進(jìn)所需天數(shù)85.8d；鉆頭使用數(shù)量53只；總成本5×104元/d×85.8d+2.5×104元/只×53只=561.5×104元。

通過上述3種方案成本概算，方案三成本最低，工期最長(zhǎng)，是方案一、二的2.45倍。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況

4.1 施工情況

考慮勘探投資以節(jié)約成本為主要因素，最終采用方案三常規(guī)鉆井方式施工，期間開展了個(gè)性化鉆頭設(shè)計(jì)優(yōu)選工作，并取得一定的成效。本井鉆井技術(shù)指標(biāo)：完鉆井深為2739.74m，完鉆層位太古界，鉆井周期104.5d和完井周期105.4d（均不包括2次中途測(cè)試9.38d），鉆機(jī)月速778.34m/臺(tái)月，全井平均機(jī)速2.16m，純鉆時(shí)間1269h、占總時(shí)間50.14%，三開井徑擴(kuò)大率為2.05%。全井共使用54只鉆頭，其中三開井段使用51只鉆頭（包括取芯鉆頭5只）。三開井段共進(jìn)行10筒次取芯作業(yè)，進(jìn)尺16.86m，平均單筒進(jìn)尺1.69m，芯長(zhǎng)8.56m，收獲率50.77%，巖芯收獲低，主要原因?yàn)榈貙幽甏稀⑹⑸皫r硬、研磨性強(qiáng)，起出巖芯均斷裂、巖芯未成柱狀、取芯鉆時(shí)慢，斷裂巖芯互相磨損。

4.2 個(gè)性化鉆頭優(yōu)選設(shè)計(jì)效果

（1）PDC鉆頭優(yōu)選：通過與國內(nèi)鉆頭廠家合作，優(yōu)選2只PDC鉆頭，分別為5刀翼、16mm和13mm。分別在第13和22趟鉆進(jìn)行了試驗(yàn)，與中間牙輪鉆頭鉆進(jìn)進(jìn)行對(duì)比分析。PDC單只鉆頭與牙輪單只鉆頭相比平均進(jìn)尺提高了39%，平均機(jī)速提高了24%，提速效果明顯，但考慮價(jià)格因素，經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)。

（2）國外進(jìn)口牙輪鉆頭應(yīng)用試驗(yàn)：優(yōu)選試驗(yàn)2只史密斯牙輪鉆頭，型號(hào)XR30T0D。與國產(chǎn)牙輪鉆頭相比，單只鉆頭平均進(jìn)尺提高了48.6%，平均機(jī)速只提高了4%。史密斯牙輪鉆頭在行程鉆速方面提高明顯。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）束鹿凹陷南端元古界地層埋藏淺，石英巖可鉆性差、研磨性強(qiáng)，運(yùn)用“渦輪鉆具+高效PDC鉆頭”提速經(jīng)濟(jì)性差，只能以時(shí)間換空間的方式采用常規(guī)鉆井完成勘探作業(yè)。

（2）渦輪提速工具均由國外公司掌握，費(fèi)用高、選擇性少，需加快推進(jìn)國產(chǎn)化，繼而推廣應(yīng)用。

（3）國產(chǎn)高效PDC鉆頭與進(jìn)口牙輪鉆頭提速效果顯著，但針對(duì)淺井石英巖地層巖石強(qiáng)度硬、可鉆性差、研磨性強(qiáng)的特點(diǎn)，提速經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)。