王 嘉

（大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江 大慶 163413）

大慶地區(qū)深層的開(kāi)發(fā)區(qū)域主要分布于松遼盆地北部，包括徐家圍子區(qū)塊、安達(dá)區(qū)塊、英臺(tái)區(qū)塊，埋藏深度一般在3900～5200m不等。從上至下鉆遇的巖層特點(diǎn)為泉頭組（主要為砂巖）、登婁庫(kù)組（主要為砂礫巖）、營(yíng)城組（安山巖、角礫巖、凝灰?guī)r、流紋巖、礫巖）、沙河子組（灰白色砂巖、泥巖夾凝灰?guī)r及煤層）。地層的硬度達(dá)到2500～5500MPa、巖石的可鉆性級(jí)值最高達(dá)到10級(jí)以上，地溫梯度可達(dá)3.75℃～4.15℃/100m、火山巖孔隙度達(dá)到6.4%～10.7%，滲透率為（0.5～119）×10-3μm2。登婁庫(kù)組以下地層的地層傾角最高可達(dá)65°，泉頭組和登婁庫(kù)組均有大量含水層，深部地層的巖性不均質(zhì)性強(qiáng)，存在礫石掉塊、破碎帶和煤層等易發(fā)生井下事故的地層[1]。

1 深井鉆井施工難點(diǎn)分析

由于地層的研磨性強(qiáng)、可鉆性差導(dǎo)致鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭行程短、鉆速低。由于地溫梯度可達(dá)3.75℃～4.15℃/100m，4500m 深井井底溫度可達(dá)180℃以上，個(gè)別深井的井底溫度可達(dá)240℃以上，因此對(duì)鉆井液和完井液抗高溫要求高，一般需滿足抗溫180℃以上，此外由于高溫對(duì)隨鉆儀器電子元件和井下螺桿鉆具的損害大，導(dǎo)致儀器工作狀態(tài)不穩(wěn)定螺桿鉆具易失效[2-3]。

徐深氣田的營(yíng)城組裂縫較發(fā)育，存在煤層和破碎帶，井漏問(wèn)題突出，尤其是水平井更是易發(fā)生漏失，曾經(jīng)有多口井因?yàn)榫?dǎo)致提前完鉆和填井側(cè)鉆。

由于地層傾角大、地層非均質(zhì)性強(qiáng)和泉頭組以下地層造斜能力強(qiáng)，空氣鉆井、液動(dòng)旋沖鉆井、渦輪鉆井等提速手段都存在防斜糾偏和提速鉆進(jìn)之間的矛盾。

由于登婁庫(kù)組以上非目的層的含水層較多、鉆遇含水層后出水量大，導(dǎo)致空氣鉆井施工受限，只適用于古深、鶯深等幾個(gè)地區(qū)，且空氣鉆井所鉆進(jìn)井段比較短，使應(yīng)用范圍受到大幅度限制。

2 大慶深井鉆井發(fā)展歷程

大慶深部地層鉆井起步于20世紀(jì)60年代，代表性的井位有松基6井、芳深1井、朝深2井，總計(jì)完成40多口深井，通過(guò)實(shí)踐施工對(duì)深層地質(zhì)情況有了基本認(rèn)識(shí)。受技術(shù)能力限制，當(dāng)時(shí)的鉆井周期平均在800d 以上。1963 年 3 月開(kāi)鉆并于 1966 年 6 月完鉆的松基 6 井是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)第一口深井，完鉆井深達(dá)到4718.77m，為獲取地質(zhì)資料和摸索深井鉆井經(jīng)驗(yàn)提供了寶貴的資料，也為后續(xù)的深井超深井打下了基礎(chǔ)。

20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初，大慶油田先后在芳深6、芳深10等井開(kāi)展了鉆頭優(yōu)化、鉆具組合優(yōu)化、鉆井參數(shù)改進(jìn)和鉆井液體系研發(fā)等技術(shù)攻關(guān)，大幅度提高了鉆井速度，減少了鉆井周期，使4000m左右深井的鉆井周期降低到200d左右。

2000～2010 年開(kāi)展了徐家圍子深井會(huì)戰(zhàn)，通過(guò)個(gè)性化鉆頭優(yōu)選、欠平衡鉆井、氣體鉆井、霧化/泡沫鉆井等技術(shù)的綜合使用，進(jìn)一步提高了機(jī)械鉆速，使平均鉆井周期降低到了150d左右，同比減少了50d，取得了明顯的降本增效效果。

2010年至今，大慶油田在鉆井提速方面增加了高效鉆頭、液動(dòng)旋沖工具和渦輪鉆具等新技術(shù)的集成應(yīng)用，進(jìn)一步提高了深井鉆井效率。使深井的平均鉆井周期降低到了100d以內(nèi)，同比上一階段又減少了50d以上。

3 深井提速所開(kāi)展的科技攻關(guān)

3.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面

將四層套管結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)為三層套管結(jié)構(gòu)，表層套管封固地表松散地層，約下深至300m 左右；技術(shù)套管下深至泉一段—登婁庫(kù)組，通過(guò)減少套管結(jié)構(gòu)，減少了固井作業(yè)次數(shù)并節(jié)約了等停時(shí)間和鉆井成本；技套淺下，著陸-40°左右，或只下到直井段，從而減少311mm 井眼造斜；減小井眼尺寸，直井段?311mm 到?215mm，水平段?215mm到?152mm。

3.2 鉆頭優(yōu)選方面

通過(guò)與國(guó)內(nèi)外鉆頭廠家及科研院所合作，針對(duì)大慶深層各區(qū)塊開(kāi)展巖石力學(xué)和地層特性分析，得出鶯深、古深區(qū)塊巖石抗壓強(qiáng)度最高，其次為徐深、升深，而肇深、宋深、達(dá)深相對(duì)較低。尤其是達(dá)深區(qū)塊為所有區(qū)塊中最低，4000m抗壓強(qiáng)度僅為10000～14000psi[4]。依據(jù)巖石力學(xué)分析結(jié)果、PDC鉆頭吃入極限理論（抗壓強(qiáng)度不大于18000psi）和地層含礫巖情況，建立了大慶深層各區(qū)塊常規(guī)PDC使用極限深度，極限深度見(jiàn)表1。

表1 大慶深層區(qū)塊PDC使用極限深度分析

3.3 井下動(dòng)力鉆具推廣方面

為解決極硬、高研磨地層鉆進(jìn)難問(wèn)題，在鉆具組合中加入了渦輪鉆具開(kāi)展試驗(yàn)。與渦輪配合的鉆頭經(jīng)歷了PDC—牙輪—孕鑲金鋼石等多個(gè)階段，最終實(shí)踐證明，具有高轉(zhuǎn)速、高功率、耐高溫、動(dòng)力輸出平穩(wěn)的渦輪鉆具，配合孕鑲金剛石鉆頭，可解決研磨性地層鉆速慢的難題[5-6]。

為了進(jìn)一步提高機(jī)械鉆速，解決PDC 鉆頭在深層使用時(shí)具有極限深度而牙輪鉆頭效率低鉆速慢的難題，開(kāi)展了扭力沖擊器+螺桿的現(xiàn)場(chǎng)提速試驗(yàn)。在宋深X井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中，機(jī)械鉆速同比提高了2倍以上。

為提高PDC 鉆頭的破巖效率和使用壽命，開(kāi)展了液動(dòng)旋沖工具的研制與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。液動(dòng)旋沖工具改變了PDC 鉆頭的破巖方式，每分鐘可沖擊2000 次以上，在鉆井液壓差作用下，鉆頭與井底間發(fā)生高頻切削，進(jìn)一步拓展了PDC鉆頭在大慶深部地層的應(yīng)用空間。

4 總體配套技術(shù)方面

大慶鉆探在大慶不同深井區(qū)塊還開(kāi)展了包括鉆井工藝研究、鉆井液體系研究、固井及水泥漿研究、鉆完井工具配套等多方面技術(shù)研究。形成了滿足不同地層和不同井型的鉆井提速技術(shù)，取得了良好的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果，鉆完井配套情況見(jiàn)表2。

表2 鉆完井配套技術(shù)

5 結(jié)論及建議

（1）深井鉆井提速是一項(xiàng)長(zhǎng)期艱巨的系統(tǒng)工程，需要建立以首席專家和各級(jí)學(xué)術(shù)帶頭人為主的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)，并需要多部門協(xié)同配合共同努力。

（2）應(yīng)該與地質(zhì)部門密切結(jié)合，深入研究深層巖石可鉆性、研磨性和硬度，分層建立特性剖面，為鉆頭優(yōu)選提供依據(jù)，從而提高鉆進(jìn)效率。

（3）應(yīng)繼續(xù)開(kāi)展高性能提速工具的研發(fā)及應(yīng)用，加強(qiáng)設(shè)備儀器的配套。