陳宇同 湯柏松 朱金亭 江 會(huì)

（天津市塘沽區(qū)中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，中國(guó) 天津 300452）

0 引言

如何實(shí)現(xiàn)優(yōu)快鉆進(jìn)是鉆井工程中的重點(diǎn)。鉆頭與地層不匹配、頻繁調(diào)整軌跡、滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)托壓嚴(yán)重等問(wèn)題，在定向鉆進(jìn)時(shí)屢見(jiàn)不鮮。 隨機(jī)石油勘探技術(shù)的開(kāi)發(fā)，完鉆深度也逐日增加，伴隨著井眼深度的增加，機(jī)械鉆速偏低、軌跡控制困難、滑動(dòng)鉆進(jìn)托壓嚴(yán)重等復(fù)雜情況與日俱增。 本次在渤海油田KL 區(qū)塊S 井是一口大斜度井，12-1/4" 井段使用PDC 鉆頭加馬達(dá)配合水力振蕩器的鉆具組合，裸眼段進(jìn)尺1 713 m，平均機(jī)械鉆速43.4 m/h，純鉆時(shí)間僅為39 h，體現(xiàn)出良好的技術(shù)效益，節(jié)省了幾十萬(wàn)元的工程費(fèi)用，證明了該鉆具組合的優(yōu)良應(yīng)用效果。

1 S 井12- 1/4" 井段作業(yè)難點(diǎn)

（1）砂巖段扭矩偏高，在鉆進(jìn)、劃眼及倒劃眼過(guò)程中，須注意扭矩波動(dòng)變化，防止扭矩過(guò)大而造成頂驅(qū)蹩停、鉆具扭斷甚至局部脫扣等嚴(yán)重后果；

（2）泥巖段由于巖性易出現(xiàn)縮徑情況，需注意防止出現(xiàn)憋壓、抬鉆具等情況的發(fā)生。 在砂泥巖交界密集的井段， 還要防止由于井壁不規(guī)則而出現(xiàn)臺(tái)階，最終出現(xiàn)新井眼的情況[1]。

（3）大段泥巖進(jìn)行滑動(dòng)鉆進(jìn)，往往會(huì)出現(xiàn)托壓現(xiàn)象，即鉆具無(wú)法正常滑動(dòng)，鉆進(jìn)期間應(yīng)施加在鉆頭上的鉆壓，由于鉆具組合與井壁之間的摩阻較大，導(dǎo)致鉆壓全部或大部分施加在了鉆具組合上。表現(xiàn)特征為伴隨鉆壓的加大，機(jī)械鉆速未有明顯的增加，同時(shí)沒(méi)有回壓，鉆進(jìn)摩阻顯著增大。

（4）托壓現(xiàn)象的出現(xiàn)，必然導(dǎo)致鉆進(jìn)作業(yè)的連續(xù)性和安全性受到影響，頻繁的參數(shù)調(diào)整不僅無(wú)法滿足機(jī)械鉆速，對(duì)井眼軌跡的控制也會(huì)變得困難。

2 鉆具組合特點(diǎn)

2.1 PDC 鉆頭

合理選擇與地層匹配的PDC 鉆頭， 是有效提高機(jī)械鉆速的首要條件。 PDC 鉆頭具有工作時(shí)間長(zhǎng)、固態(tài)部件、運(yùn)行可靠等諸多特點(diǎn)，可勝任一只鉆頭鉆完一個(gè)裸眼段的任務(wù)，通過(guò)減少起下鉆更換鉆頭時(shí)間來(lái)有效提高機(jī)械鉆速。 鉆進(jìn)過(guò)程中，除鉆頭本身和地層巖性因素外，影響鉆頭的因素包括入井鉆具組合與鉆頭的適配性、水頭水功率沖洗情況、裸眼段清潔效率、井眼軌跡、起下鉆難易程度及鉆井液性能等[2]。

本次選用的CKS605KA 鉆頭是川石克銳達(dá)公司制造的一種5 刀翼的PDC 鉆頭，具有如下特點(diǎn)：

（1）主切削齒尺寸為19 mm，大尺寸金剛石復(fù)合片使得鉆頭的吃入切削能力增強(qiáng)，冠部形狀特征使得破巖攻擊力較強(qiáng)；（2）5 刀翼鉆頭的流道寬大，顯著降低在黏軟地層出現(xiàn)鉆頭泥包及憋壓的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)寬大的流道有利于巖屑的返出；（3）水眼流道面積8.02 cm2，能有效提高鉆頭水力破巖功率，保持井底巖屑及時(shí)返出，充分冷卻、清洗鉆頭。

2.2 馬達(dá)

馬達(dá)動(dòng)力鉆具也是影響機(jī)械鉆速的必要條件之一，其彎角角度、扶正翼的大小及形狀是該鉆具組合能否順利鉆穿多套地層體系的重要因素。馬達(dá)需具備長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)能力、 適應(yīng)中低轉(zhuǎn)速與高扭矩的特點(diǎn)，達(dá)到與PDC 鉆頭組合能一次鉆完一個(gè)井段的目的，隨著井深的增加、泵壓的升高及馬達(dá)壓耗的影響，鉆進(jìn)期間的排量會(huì)逐步降低，馬達(dá)應(yīng)仍能在排量降低的情況下保證足夠的輸出扭矩和驅(qū)動(dòng)力[3]。

本次選用立林公司的9-5/8"馬達(dá)，馬達(dá)頭數(shù)為5∶6，工作啟動(dòng)排量為2 800 L/min， 入井間隙為1 mm，馬達(dá)彎角為可調(diào)式1.15°，扶正翼尺寸308 mm，規(guī)格為直翼，有利于滑動(dòng)鉆進(jìn)[4]。

2.3 水力振蕩器

滑動(dòng)鉆進(jìn)是利用馬達(dá)彎角進(jìn)行造斜、扭方位的一種鉆進(jìn)方式，其主要特點(diǎn)是鉆柱的轉(zhuǎn)速低、驅(qū)動(dòng)扭矩波動(dòng)小、深部地層的機(jī)械鉆速偏低，同時(shí)會(huì)帶來(lái)井眼軌跡不規(guī)則、由于托壓造成鉆進(jìn)困難及環(huán)空憋堵等情況，而使用水力振蕩器能有效解決托壓這一難題[5]。其主要特點(diǎn)：

（1）通過(guò)水力脈沖可產(chǎn)生橫向和軸向振動(dòng)；（2）工具本體與無(wú)磁鉆鋌相似，長(zhǎng)度相對(duì)較短，方便組合鉆具；（3）在常規(guī)定向井、大斜度、大位移井鉆進(jìn)期間，由于鉆具產(chǎn)生的振動(dòng)，能有效降低壓差卡鉆發(fā)生的概率；（4）通過(guò)振動(dòng)對(duì)井底產(chǎn)生沖擊力，提高滑動(dòng)鉆進(jìn)效率，有利于提升機(jī)械鉆速。

3 鉆具組合在S 井12- 1/4" 井段的應(yīng)用情況

3.1 鉆具組合及鉆井參數(shù)

鉆具組合：

12-1/4"PDC-BIT+9-5/8"PDM (1.15°/308mm)+8"F/V+11-7/8"STB+8"MWD+8"LWD+8"NMDC+8"(F/J+JAR)+X/O+5"HWDP×14+X/O+水力振蕩器+X/O+5"DP。

鉆井參數(shù)：

鉆壓是影響機(jī)械鉆速的直接要素。鉆壓過(guò)大會(huì)雖然會(huì)在短時(shí)間內(nèi)增大機(jī)械鉆速，但對(duì)鉆頭、鉆具的磨損也會(huì)提高，從而降低鉆具的使用壽命。鉆壓過(guò)低，鉆頭無(wú)法有效破巖， 且由于低鉆壓帶來(lái)的吊打情況，一般情況會(huì)造成井底井斜降低的情況[6]。鉆進(jìn)期間，根據(jù)地層巖性預(yù)測(cè)分析，適時(shí)對(duì)鉆壓進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)要求鉆臺(tái)人員平穩(wěn)規(guī)范操作，努力實(shí)現(xiàn)“勤調(diào)少滑”，達(dá)到一只鉆頭完成整個(gè)裸眼段的任務(wù)。

排量，滑動(dòng)鉆進(jìn)期間，為保證造斜率，采取中等排量減少對(duì)井底的過(guò)度沖刷；在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)期間，開(kāi)啟高排量，通過(guò)高壓水力射流輔助破巖，同時(shí)保證環(huán)空返速，提高對(duì)井底巖屑的清潔與返出能力。

轉(zhuǎn)速采取中等參數(shù)，鉆進(jìn)期間，由于PDC 鉆頭由于地層巖性因素及物理運(yùn)動(dòng)機(jī)理，可能產(chǎn)生方位右漂的情況，轉(zhuǎn)速開(kāi)啟參數(shù)為50～80 轉(zhuǎn)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)頭受到排量影響，對(duì)鉆頭提供額外的轉(zhuǎn)速，可使井底鉆頭轉(zhuǎn)速超過(guò)120 轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)大排量、高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，鉆進(jìn)期間方位變化平穩(wěn)，無(wú)明顯的漂移現(xiàn)象，扭矩波動(dòng)小，無(wú)頻繁蹩扭矩情況[7]。

鉆頭出井的API 磨損評(píng)價(jià)為0-1-A-X-I-NOTD。鉆頭僅外排齒有部分磨損，保徑齒正常，水眼無(wú)堵塞現(xiàn)象。

3.2 實(shí)鉆效果

造斜井段，與定向設(shè)計(jì)對(duì)比，能夠滿足每30 米3°井斜的造斜率，平穩(wěn)增斜至68°井斜，未出現(xiàn)造斜率低或局部狗腿度過(guò)大的情況， 且整體造斜過(guò)程參數(shù)穩(wěn)定，無(wú)明顯的托壓情況，體現(xiàn)出鉆具組合良好的應(yīng)用效果。

穩(wěn)斜井段，實(shí)鉆過(guò)程中，受地層傾角影響，每柱井斜呈自然降斜趨勢(shì)，鉆進(jìn)采用中-低鉆壓、高排量、大轉(zhuǎn)速的參數(shù)，在保證井身軌跡穩(wěn)定的情況下，提高機(jī)械鉆速。

通過(guò)鉆前預(yù)測(cè)及參數(shù)適時(shí)調(diào)整，本井裸眼段完鉆長(zhǎng)度為1 713 m，采用連續(xù)增斜模式調(diào)整井斜至68°，平均機(jī)械鉆速43.4 m/h，純鉆時(shí)間僅為39 h[8]。 鉆進(jìn)及短起下鉆期間，均未出現(xiàn)任何井下復(fù)雜情況，整體軌跡變化平穩(wěn)，無(wú)大狗腿現(xiàn)象，千米進(jìn)尺事故率為0，純鉆時(shí)間與鉆井設(shè)計(jì)相對(duì)比節(jié)省工期近0.5 天。

4 結(jié)論

目前，國(guó)際油價(jià)受多方面影響，仍處于斷崖式下跌后的回暖期內(nèi)， 對(duì)石油系統(tǒng)是一個(gè)前所未有的漫長(zhǎng)寒冬，因此，努力提高機(jī)械鉆速、避免井下復(fù)雜情況發(fā)生、加大新型技術(shù)的開(kāi)發(fā)是必須值得肯定與推廣的。 根據(jù)渤海油田KL 區(qū)塊12-1/4" 井段的地層結(jié)構(gòu)與巖性變化特征， 使用攻擊性強(qiáng)的PDC， 配合馬達(dá)及水力振蕩器，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)優(yōu)化與軌跡平穩(wěn)控制，真正做到了勤調(diào)少滑， 為本井的高效鉆進(jìn)及良好井眼軌跡提供了技術(shù)和工具的保障，對(duì)該區(qū)塊今后的大斜度井、大位移井、水平井及分支井作業(yè)，均有著舉足輕重的指導(dǎo)意義。