黃鑫(西南石油大學(xué)，四川 成都 610500)

0 引言

在鉆井行業(yè)中，井徑大于12 1/4"的井眼為大尺寸井眼[1]。由于T區(qū)塊主要為晚三系、第三系地層，其沉積時(shí)間短，穩(wěn)定性差，加之Orteguaza組地層綠色頁巖中夾硬脆性薄煤層、Tiyuyacu組存在可鉆性差且易縮徑的礫石層等鉆井技術(shù)難點(diǎn)，該區(qū)塊常規(guī)采用三開井身結(jié)構(gòu)(如表1所示)。在此井身結(jié)構(gòu)中，大尺寸井眼需鉆至井深2 800 m左右，約占全井井深的80%～90%左右。所以大尺寸井眼段機(jī)械鉆速的快慢直接決定了區(qū)塊單井鉆井周期和成本。

表1 區(qū)塊常用井身結(jié)構(gòu)及套管程序

2 大尺寸井眼提速難點(diǎn)分析

(1)破巖效率低。通常而言，破巖效率的高低可用破碎單位體積巖石所消耗的機(jī)械能來評價(jià)。對于沖旋鉆井來說，破巖機(jī)械能可采用比鉆壓與轉(zhuǎn)速的乘積來衡量。由于大尺寸井眼鉆頭破巖面積大，但其所加鉆壓卻與8 1/2"井眼相差無幾，導(dǎo)致其機(jī)械破巖能量不足，破巖效率較低。(2)水力能量偏低。一方面，在相同的泵壓條件下，大尺寸鉆頭比水馬力比小尺寸鉆頭比水馬力大大下降，且隨著井深增加，沿程水馬力損失大幅增加，鉆頭水馬力進(jìn)一步下降；另一方面，大尺寸井眼中形成的鉆屑數(shù)量多、粒徑大、沉降速度快，使得井底清潔更困難，攜砂返排對鉆井泵和鉆井液性能要求高。(3)憋跳鉆較嚴(yán)重。由于T區(qū)塊上部地層非均質(zhì)性強(qiáng)、可鉆性差異大，扭矩波動(dòng)大，導(dǎo)致在長大尺寸井眼段鉆進(jìn)過程中鉆具容易發(fā)生憋跳。這不僅影響鉆井速度，還增加了因交變應(yīng)力及瞬時(shí)高沖擊載荷作用致使鉆具損壞、PDC鉆頭提前失效等復(fù)雜情況出現(xiàn)的概率。(4)鉆頭冷卻要求更高。由于井徑大，鉆頭線速度高，其冷卻難度就比8 1/2"井眼大，容易導(dǎo)致PDC鉆頭復(fù)合片的熱加速磨損。(5)鉆井液維護(hù)處理難度大。大尺寸井眼容積大、鉆井液浸泡面積大，加之區(qū)塊大尺寸井眼井段地層井壁機(jī)械穩(wěn)定性差、易膨脹和垮塌，且如果鉆井液返速較低就會(huì)使得巖屑量增加，泥巖的細(xì)分散使鉆井液流變性變差，巖屑易粘附在井壁上引起縮徑。因此，大尺寸井眼須處理的鉆井液量及難度就相對更大。

3 大尺寸井眼優(yōu)快鉆井技術(shù)分析

3.1 強(qiáng)化鉆頭合理選型研究

根據(jù)區(qū)塊地質(zhì)特征及前期現(xiàn)場鉆頭使用情況，結(jié)合理論分析，逐步完善優(yōu)化各開次鉆頭選型序列(如表2所示)。

表2 區(qū)塊鉆頭優(yōu)選特征

(1)選用淺錐形冠部輪廓、傾斜螺旋刀翼式布齒、切削齒后加背齒限位、以及螺旋保徑設(shè)計(jì)，提高PDC鉆頭穩(wěn)定性，延長其使用壽命。(2)PDC鉆頭切削齒尺寸小，產(chǎn)生比壓高，吃入硬地層能力強(qiáng)，而大尺寸切削齒在軟地層中切削效率高。針對T區(qū)塊地質(zhì)情況，選用19 mm主切削齒提高上部欠壓實(shí)地層切削效率。(3)對于16"井眼，在150 m之前時(shí)而會(huì)鉆遇膠結(jié)疏松的大顆粒礫石。在保證鉆進(jìn)參數(shù)的基礎(chǔ)上，為避免PDC鉆頭切削齒先期損壞的風(fēng)險(xiǎn)，建議用牙輪鉆頭鉆至造斜點(diǎn)后起鉆換PDC鉆頭進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。

3.2 合理使用底部鉆具組合

(1)合理選用欠尺寸雙扶正器，強(qiáng)化井下動(dòng)力鉆具組合穩(wěn)、增能力，盡量提高復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)效；對于造斜要求高、難度大的井，可考慮使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，以消除滑動(dòng)導(dǎo)向工具面不易控制、易托壓等困難，使井眼軌跡更加平滑。(2)采用5 1/2"大尺寸鉆桿，減少沿程壓耗增加鉆頭壓降，提高水力破巖能力，并為提高環(huán)空返速和攜巖能量創(chuàng)造有利條件[2]。(3)使用5 1/2"加重鉆桿代替鉆鋌，一方面，能降低循環(huán)壓耗，有效緩解為提高機(jī)械鉆速而使用高級(jí)數(shù)螺桿后產(chǎn)生的高泵壓問題；另一方面，因不使用鉆鋌而簡化了鉆具組合，在一定程度上降低了較深井段的阻卡風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)

(1)機(jī)械參數(shù)方面，鉆壓和轉(zhuǎn)速都是破巖的必要條件，兩者配合決定了破碎巖石的方式。對于16"井眼，可適當(dāng)減小鉆壓而提高轉(zhuǎn)速來獲得更高的機(jī)械鉆速，因?yàn)樵摱我阅鄮r和頁巖為主，地層較為松軟，軟地層對鉆壓不敏感，但在軟地層中機(jī)械鉆速與轉(zhuǎn)速近似呈線性關(guān)系變化；對于12 1/4"井眼，可采用適當(dāng)加大鉆壓而減小轉(zhuǎn)速來提高切削效率，因?yàn)殡S著地層硬度的提高，鉆頭破巖時(shí)間延長，如果一味增大鉆速，會(huì)使巖石破碎過程不完全，切削齒還未充分破碎巖石就與巖石分離開，引起破巖深度減小。(2)水力參數(shù)方面，雖然增加排量會(huì)增加循環(huán)壓耗，但在現(xiàn)有設(shè)備承載能力之內(nèi)，提高排量能增大鉆頭獲得的壓力能，能更好地增加清洗、冷卻鉆頭以及清潔井底的能力，因此建議用大排量、高水力參數(shù)鉆進(jìn)。而對于26"井眼以及16"井眼直井段，由于地層疏松易發(fā)生竄漏，宜控制排量鉆進(jìn)，建議最大排量不超過500 gpm。(3)對于含有礫石層的Tiyuyacu層段，非均質(zhì)性強(qiáng)，PDC鉆頭切削齒易發(fā)生沖擊損壞，而且礫石不易破碎，導(dǎo)致鉆屑較大而很難循環(huán)出來，并且排量越大，所需的劃眼次數(shù)越多[3]，因此鉆進(jìn)礫石層時(shí)需控參數(shù)鉆進(jìn)，建議使用參數(shù)為排量450～600 gpm，鉆壓10 klbs，轉(zhuǎn)速50 r/min。

3.4 改善防塌鉆井液性能

(1)針對大尺寸井眼大段泥、頁巖層井壁失穩(wěn)的難題，雖然基本思路是以物理防塌和化學(xué)防塌相結(jié)合，但優(yōu)選低粘、低密度鉆井液，將其密度控制在1.20 g/cm3(10.0 ppg)以下，粘度小于40 s，以減少壓持效應(yīng)，降低循環(huán)壓耗，提高射流水力效能。(2)針對16"井眼地層惡性造漿嚴(yán)重、體系固相含量高、聚集泥塊堵塞等問題，使用鈣鹽聚合物鉆井液體系，利用鈣離子壓縮雙電層作用以及聚合物的聚合作用，建立粗分散、強(qiáng)抑制、低流變體系，使固相顆粒適度絮凝，從而確保井壁穩(wěn)定，避免鉆頭泥包、縮徑和泥漿循環(huán)管匯堵塞，提高井段機(jī)械鉆速。(3)針對12 1/4"井眼礫石層易坍塌縮徑、硬脆性頁巖易垮塌等問題，通過有機(jī)胺頁巖抑制劑分子吸附在粘土的表面，與水分子競爭粘土的有效位阻來降低粘土膨脹；利用復(fù)合抑制劑封堵地層層理和微裂縫，減少鉆井液濾液滲入地層，有效抑制地層水化膨脹，增強(qiáng)地層穩(wěn)定性。(4)井斜角35～60°的井段長，由于重力作用、鉆具偏心、大尺寸井眼鉆屑濃度大、循環(huán)壓耗隨井深增加等原因，容易造成鉆屑堆積井底，或粘附井壁和鉆具，因此應(yīng)強(qiáng)化井筒清潔配套措施，即每鉆進(jìn)3～5根立柱，利用低粘切鉆井液和高纖維素稠漿破壞巖屑床，凈化井筒。

3.5 充分運(yùn)用固控技術(shù)

強(qiáng)化鉆井液性能維護(hù)，使用“線性振動(dòng)篩+除砂器+除泥器+離心機(jī)”四級(jí)固控系統(tǒng)，滿足固控需求，提高鉆井液性能，提升破巖效率。

3.6 強(qiáng)化設(shè)備保障及工序銜接

強(qiáng)化責(zé)任落實(shí)和制度執(zhí)行，堅(jiān)持設(shè)備日常巡檢和不定期抽檢相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)頂驅(qū)、泥漿泵、VFD房等重點(diǎn)設(shè)備、關(guān)鍵領(lǐng)域的檢查、維護(hù)及保養(yǎng)，抓牢抓實(shí)設(shè)備高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的保障工作。

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

(1)大尺寸井眼段提速效果顯著，16"井眼及12 1/4"井眼平均機(jī)械鉆速均提升約50%，分別至30 m/h、18 m/h，而復(fù)雜層段礫石層段復(fù)合鉆進(jìn)平均機(jī)械鉆速提升約44%，至13 m/h。(2)有效縮短單井完鉆周期，定向井平均鉆井周期由原來的20天現(xiàn)已縮短至12天；水平井平均鉆井周期由原來的22天以上現(xiàn)已基本縮短至15天左右。T區(qū)塊定向井完鉆周期縮短趨勢如圖1所示。

圖1 T區(qū)塊定向井完鉆周期縮短趨勢

(3)區(qū)塊鉆井周期大幅縮短，使得單井成本顯著降低。使用優(yōu)化后的大尺寸井眼優(yōu)快鉆井配套技術(shù)，單井成本降低約40%，有效提升單井效益，為區(qū)塊增儲(chǔ)上產(chǎn)提供了有力支撐。

5 結(jié)語

以“優(yōu)選型、優(yōu)組合、優(yōu)參數(shù)、提性能、強(qiáng)保障”為思路的大尺寸井眼優(yōu)快鉆井綜合配套技術(shù)能有效提高T區(qū)塊機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，降低單井成本，并在厄瓜多爾奧連特盆地具有較好的地區(qū)適應(yīng)性和推廣價(jià)值。下步將需進(jìn)一步針對12 1/4"井眼礫石層等復(fù)雜層段深入開展“一趟鉆”技術(shù)研究，爭取普遍達(dá)到“一層套管一趟鉆”的水平。