宋宣慰

（大慶鉆探工程公司鉆井三公司鉆井二分公司，黑龍江 大慶 163411）

1 研究背景

2020 年公司在高臺(tái)子油田高13 區(qū)塊扶余油層開發(fā)區(qū)塊共有151 口井的鉆井任務(wù)，該區(qū)塊設(shè)計(jì)井總數(shù)356 口，設(shè)計(jì)井深為1890～2105m，油層最大鉆井液密度1.55g/cm3，地層傾角3°～4°；并且有200 口井發(fā)育淺氣，其中井控一類風(fēng)險(xiǎn)井5口；同時(shí)發(fā)育多條斷層，136口待鉆井預(yù)計(jì)鉆遇斷層，斷距在5～100m之間。

經(jīng)調(diào)研統(tǒng)計(jì)，在以往的鉆井施工中，該區(qū)塊內(nèi)共發(fā)生49口井復(fù)雜，其中井噴2口，定向糾斜26口，井漏13口，油氣浸12 口，管外冒10 口。因此，在鉆井過程中，如果不采取防范措施或采取措施不當(dāng)，極易發(fā)生井斜、井漏、油氣水浸甚至井噴等事故復(fù)雜情況，在影響鉆井速度的同時(shí)給鉆井生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的危害。

為此，我們開展該項(xiàng)技術(shù)研究，通過開展高13區(qū)塊扶余油層開發(fā)區(qū)塊鉆井技術(shù)研究，應(yīng)用針對(duì)性的鉆井技術(shù)和配套技術(shù)措施，解決進(jìn)尺慢、井斜、井塌、卡鉆等技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)快速安全鉆井，減少工程復(fù)雜事故情況發(fā)生，降低鉆井成本的目標(biāo)。

2 主要鉆井難點(diǎn)

根據(jù)區(qū)塊地層巖性、構(gòu)造特征和前期鉆井施工情況，分析區(qū)塊存在以下鉆井難點(diǎn)：

（1）直井在標(biāo)準(zhǔn)層855～966m前后和1100～1500m井段易井斜，井斜控制難度大，需吊打糾斜和定向糾斜，導(dǎo)致鉆進(jìn)周期增加；

（2）部分施工井在井深1300m以后進(jìn)尺慢，導(dǎo)致鉆進(jìn)速度較慢；

（3）青山口組泥巖吸水水化膨脹易剝落，造漿性能強(qiáng)，易塌、鉆具泥包及卡鉆；

（4）扶楊油層縮徑、起下鉆有遇阻顯示，存在卡鉆風(fēng)險(xiǎn)；

（5）套損區(qū)及葡萄花油層地層壓力較高，易油氣水侵、井漏、井噴及固后管外冒。

3 針對(duì)性的鉆井技術(shù)和配套技術(shù)措施

3.1 優(yōu)化鉆進(jìn)技術(shù)研究

（1）優(yōu)選鉆頭。優(yōu)質(zhì)鉆頭，是鉆井施工中實(shí)現(xiàn)快速鉆進(jìn)的基礎(chǔ)之一。所以，使用的鉆頭必須能夠適應(yīng)區(qū)塊的地質(zhì)條件，有較長(zhǎng)的使用壽命和理想的使用效果，能夠完成大段井眼的鉆進(jìn)，鉆頭的選型，應(yīng)能適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，適應(yīng)不同的鉆井方式，同樣有效的鉆進(jìn)，鉆頭的切削齒密度應(yīng)根據(jù)地層的可鉆性，馬達(dá)的工作參數(shù)，可提供的扭矩、轉(zhuǎn)速，以及鉆壓等因素進(jìn)行選擇，以使機(jī)械鉆速最大，工作時(shí)間最長(zhǎng)為優(yōu)選原則。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比（表1），大港、廊坊HZP-4 六水眼PDC 鉆頭和鉆技一公司R4264PDC 鉆頭，因鉆進(jìn)速度無明顯差別，R4264PDC鉆頭性價(jià)比高，且滿足施工需要，最終優(yōu)選鉆技一公司F215.9mmR4264PDC鉆頭施工。

表1 鉆頭對(duì)比表

（2）優(yōu)選鉆頭水眼。根據(jù)不同鉆具組合，合理匹配鉆頭水眼，在保證相同鉆井泵排量的前提下，提高鉆頭射流沖擊力，同時(shí)優(yōu)選鉆井參數(shù)，適當(dāng)調(diào)整鉆壓與轉(zhuǎn)速，上部地層以提高轉(zhuǎn)速為主，下部地層以加大鉆壓為主，達(dá)到更好的水力破巖、清洗井底、清除巖屑的目的，提高機(jī)械鉆速。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比分析，常規(guī)鉆具組合PDC 鉆頭水眼優(yōu)選14mm×2+15mm×2，螺桿復(fù)合鉆具組合PDC 鉆頭水眼優(yōu)選16mm×4。其優(yōu)點(diǎn)是在下部地層施工時(shí)，保持大排量鉆進(jìn)的情況下，可降低循環(huán)系統(tǒng)泵壓，減少循環(huán)系統(tǒng)的負(fù)荷，提高循環(huán)系統(tǒng)的安全性，同時(shí)提高鉆井液的攜巖能力，增強(qiáng)井筒的清洗能力，保障良好的返砂效果，保證井眼暢通，進(jìn)而提高鉆進(jìn)速度。

3.2 防斜鉆井技術(shù)研究

（1）優(yōu)化直井鉆具結(jié)構(gòu)。該區(qū)塊直井施工中，由于直井在標(biāo)準(zhǔn)層前后50m 和1100～1500m 井段易井斜，井斜控制難度大，為了控制井斜角大小在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)，需要進(jìn)行低鉆壓吊打鉆進(jìn)及定向糾斜，導(dǎo)致鉆進(jìn)時(shí)間明顯增長(zhǎng)，嚴(yán)重影響鉆井速度。我們通過對(duì)不同鉆具組合的理論研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，不斷地改進(jìn)及完善該區(qū)塊的鉆具結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)地層及地下情況的需要，達(dá)到預(yù)防井斜和提高機(jī)械鉆速的效果。因此，我們進(jìn)行了直井鉆具結(jié)構(gòu)及鉆井參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，具體情況如下。

①直井雙鐘擺鉆具結(jié)構(gòu)。雙鐘擺鉆具結(jié)構(gòu)：?215.9mmPDC鉆頭+?178mm鉆鋌×2+?210mm方接頭+?178mm 鉆鋌×1+?210mm 方接頭+?178mm鉆 鋌×1+?165mm 無 磁 鉆 鋌×1+?165mm 鉆 鋌×7+?127mm 鉆桿（距離鉆頭每隔300～400m 加上一個(gè)?208mm螺扶，共計(jì)5個(gè)）。

優(yōu)點(diǎn)：一是?178mm 鉆鋌和?210mm 鉆鋌，具有良好的防斜效果；二是?208mm 螺扶，起到修整井壁、保障井眼通暢、提高鉆速的效果。

鉆井參數(shù)：井深0～1100m，鉆壓10～30kN，轉(zhuǎn)數(shù)200～300r/min，排 量36～40L/s，單 根 鉆 時(shí) 不 少 于15min；井深1100～1500m，鉆壓20～50kN，轉(zhuǎn)數(shù)200～300r/min，排量36～40L/s；井深1500m 至完鉆，鉆壓30～80kN，轉(zhuǎn)數(shù)200～300r/min，排量36～40L/s。

通過使用合理的鉆井參數(shù)和測(cè)斜標(biāo)準(zhǔn)（直井段每鉆進(jìn)180～220m測(cè)斜一次），起到了良好的防斜打直效果，同時(shí)提高了直井鉆進(jìn)速度，縮短了鉆進(jìn)周期。在應(yīng)用后36 口直井施工中，28 口直井使用雙鐘擺鉆具完鉆，8 口直井使用螺桿鉆具定向糾斜，定向糾斜率22.22%，在應(yīng)用前11口直井施工中，4口直井使用雙鐘擺鉆具完鉆，7 口直井使用螺桿鉆具定向糾斜，定向糾斜率63.64%，應(yīng)用后定向糾斜率降低了41.42%，應(yīng)用效果顯著（表2）。

表2 應(yīng)用前后直井定向糾斜對(duì)比表

②直井彎螺桿復(fù)合鉆具結(jié)構(gòu)。若在直井施工中使用雙鐘擺鉆具組合鉆進(jìn)時(shí)，測(cè)量井斜角接近允許井深的最大值，需要及時(shí)更換螺桿復(fù)合鉆具，進(jìn)行定向糾斜，糾斜后直接進(jìn)行彎螺桿復(fù)合鉆進(jìn)，避免雙鐘擺鉆具吊打糾斜情況，提升鉆井施工速度。通過理論研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，我們優(yōu)化出如下彎螺桿復(fù)合鉆具結(jié)構(gòu)及鉆井參數(shù)。

彎螺桿復(fù)合鉆具結(jié)構(gòu)：?215.9mmPDC 鉆頭+?172mm單彎雙扶螺桿（1°）+座鍵接頭（MWD儀器）+?165mm無磁鉆鋌×1+?165mm鉆鋌×3+?127mm加重鉆桿×10+?127mm 鉆桿（距離鉆頭每隔300～400m加上一個(gè)?208mm螺扶，共計(jì)5個(gè)）。

優(yōu)點(diǎn)：一是井斜偏差較大時(shí)，可以快速糾斜，縮短鉆進(jìn)周期；二是糾斜后直接復(fù)合鉆進(jìn)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和控制井眼軌跡，具有很好的防斜效果；三是具有較大的井眼擴(kuò)大率，可以保證井眼暢通。

鉆井參數(shù)：定向糾斜井段，鉆壓10～30kN，轉(zhuǎn)數(shù)45～60r/min，排量36～40L/s；糾斜后至完鉆井段，鉆壓20～60kN，轉(zhuǎn)數(shù)45～60r/min，排量36～40L/s。

在應(yīng)用后的36 口直井施工中，有8 口直井使用螺桿鉆具定向糾斜，一次糾斜成功率100%，糾斜后直接復(fù)合鉆進(jìn)完鉆，滿足區(qū)塊鉆井提速要求，達(dá)到縮短鉆進(jìn)周期的目的。

（2）定向井螺桿隨鉆技術(shù)研究。在定向井施工中一套鉆具結(jié)構(gòu)即可完成造斜段和穩(wěn)、降斜段施工，可以連續(xù)有效地控制井眼軌跡。通過理論研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，我們優(yōu)化出如下鉆具結(jié)構(gòu)及鉆井參數(shù)。

鉆具結(jié)構(gòu)：?215.9mmPDC 鉆頭+?172mm 單彎雙扶螺桿+座鍵接頭（MWD 儀器）+?165mm 無磁鉆鋌×1+?165mm 鉆鋌×3+?127mm 加重鉆桿×10+?127mm 鉆桿（距離鉆頭每隔300～400m 加上一個(gè)?208mm螺扶，共計(jì)5個(gè)）。

優(yōu)點(diǎn)：一是減少起下鉆更換鉆具時(shí)間，縮短了鉆進(jìn)周期；二是能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控井眼軌跡情況，確保中靶；三是保障井眼曲率平穩(wěn)，井壁規(guī)則，降低卡鉆事故風(fēng)險(xiǎn)；四是使用?208mm 螺扶，起到修整井壁，保障井眼通暢，達(dá)到良好的返砂效果。

鉆井參數(shù)：鉆壓20～60kN，轉(zhuǎn)數(shù)45～60r/min，排量36～40L/s。

在應(yīng)用后的33 口定向井施工中（表3），全部應(yīng)用螺桿隨鉆技術(shù)，其中14 口井隨鉆至完鉆，19 口井隨鉆至井深1600～1700m，中靶率100%，平均鉆進(jìn)周期由應(yīng)用前的9.24d 縮短到8.68d，縮短了6.06%；平均機(jī)械鉆速由應(yīng)用前的28.19m/h 提高到32.98m/h，提高了16.99%；推廣應(yīng)用效果顯著，滿足了區(qū)塊安全快速鉆井的需要，達(dá)到縮短鉆進(jìn)周期的目的。

表3 應(yīng)用前后定向井技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表

3.3 安全鉆井配套技術(shù)研究

（1）優(yōu)化地面循環(huán)系統(tǒng)。

①優(yōu)選振動(dòng)篩的篩布。在鉆井作業(yè)中，振動(dòng)篩主要用于清除鉆井液中的巖屑和其他有害固相顆粒。振動(dòng)篩是井口返出鉆井液的最基本的常規(guī)固相控制設(shè)備，它不僅要承擔(dān)清除大量較大顆粒巖屑的任務(wù)，而且要為下一級(jí)固控設(shè)備的工作創(chuàng)造條件。

為了提高振動(dòng)篩的鉆井液固控能力，首先要保障振動(dòng)篩使用的連續(xù)性；其次要提高振動(dòng)篩的除砂效果。因此，我們對(duì)振動(dòng)篩的篩布進(jìn)行了優(yōu)選，使用100目和80目篩布替換原有的60目和40目篩布，提高了振動(dòng)篩的除砂效果，降低了鉆井液中的固相含量。

②強(qiáng)化除砂器和離心機(jī)的使用。在鉆井施工中，鉆井隊(duì)對(duì)鉆井液罐上的除砂器和離心機(jī)的使用意識(shí)不強(qiáng)，部分除砂器和離心機(jī)不能正常使用，導(dǎo)致固控系統(tǒng)對(duì)鉆井液的固控能力大幅度下降。為此，我們對(duì)該區(qū)塊內(nèi)的鉆井隊(duì)的除砂器和離心機(jī)進(jìn)行了全面檢修及更換，保障其正常運(yùn)轉(zhuǎn)使用，提高了使用效率，達(dá)到了進(jìn)一步控制鉆井液固相含量的目的。

③調(diào)整缸套直徑。在鉆井施工中，鉆井隊(duì)實(shí)際使用的鉆井泵缸套直徑分為170mm 和180mm 兩種。由于不同缸套直徑的額定排量不同，隨著缸套直徑的增大，額定排量相應(yīng)增大。因此，針對(duì)該區(qū)塊的中深井施工，我們優(yōu)選直徑180mm 缸套，以提高鉆井泵額定排量，增強(qiáng)鉆井液的攜巖能力，保障井眼暢通。

（2）優(yōu)化鉆井液體系。針對(duì)下部地層鉆進(jìn)時(shí)，井眼暢通性較差，返砂效果不好，井筒內(nèi)含砂量過高，造成環(huán)空托壓、進(jìn)尺慢、憋壓等問題，我們對(duì)原有的陽(yáng)離子鉆井液體系進(jìn)行了優(yōu)化，形成了復(fù)合陽(yáng)離子鉆井液體系，進(jìn)而提高了井壁的穩(wěn)定性、鉆井液懸浮能力和攜巖效果，保障了井眼暢通，達(dá)到提高鉆井速度的目的。其優(yōu)點(diǎn)如下：一是使用復(fù)合抑制劑WDYZ-1替換聚丙烯酸鉀，其優(yōu)點(diǎn)是提高了鉆井液的動(dòng)切力，增強(qiáng)了鉆井液抑制防塌能力和攜巖效果。二是使用硅氟降粘劑SF-260替換降粘劑JN-A，其優(yōu)點(diǎn)是使得鉆井液流變性更加穩(wěn)定，靜切力和動(dòng)切力能夠較長(zhǎng)時(shí)間保持在較高值，提高了鉆井液攜巖和懸浮巖屑的能力。

優(yōu)化后的復(fù)合陽(yáng)離子鉆井液體系，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)推廣應(yīng)用69 口井（表4），復(fù)雜發(fā)生率由優(yōu)化前的36%下降到5.8%，平均鉆進(jìn)周期由優(yōu)化前的9.47d縮短到8.87d，縮短了6.33%，應(yīng)用效果良好，解決了環(huán)空托壓、進(jìn)尺慢、憋壓、電測(cè)遇阻等問題，縮短了平均鉆進(jìn)周期，滿足了安全快速鉆井的需要。

表4 鉆井液體系優(yōu)化前后鉆井指標(biāo)對(duì)比表

（3）優(yōu)化鉆進(jìn)技術(shù)措施。

①鉆進(jìn)過程中，執(zhí)行“一打、二劃、三沖”操作。即是鉆進(jìn)一個(gè)單根，劃眼兩次（劃眼時(shí)間1～2min），上下沖通三次，遵循“晚停泵、早開泵”原則，修整井壁，延長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間，及時(shí)將巖屑帶出井筒，防止因鉆速快、巖屑多，鉆井液懸浮能力差，接單根時(shí)鉆井液靜止時(shí)間長(zhǎng)造成沉砂卡鉆。達(dá)到井底清潔凈化，有效地消除巖屑床，保證鉆進(jìn)安全。

②根據(jù)井下實(shí)際情況長(zhǎng)短起相結(jié)合。通過鉆頭對(duì)新鉆井眼的擠壓、刮擦作用，修復(fù)新打的井眼、破壞巖屑床，及時(shí)將巖屑帶出井筒，鞏固所鉆井眼，達(dá)到保證井眼暢通、提高鉆進(jìn)速度的目的。

③確保鉆井液性能穩(wěn)定。鉆進(jìn)過程中維護(hù)好鉆井液，保持鉆井液性能穩(wěn)定，避免鉆井性能大幅度變化，預(yù)防鉆具泥包，保障良好的攜巖能力，確保井眼暢通。

④直井防斜技術(shù)措施。

a、二開時(shí)使用10～20kN鉆壓鉆進(jìn)40～50m，直至2個(gè)?210mm方接頭完全進(jìn)入新井眼后再調(diào)整鉆壓正常鉆進(jìn)。

b、標(biāo)準(zhǔn)層前后50m 和1100～1500m 井段易井斜，因此鉆進(jìn)過程中，在這兩個(gè)井段需要低鉆壓鉆進(jìn)，鉆壓控制在30kN 以內(nèi)最佳，并縮短測(cè)斜間距，及時(shí)掌握井下井斜變化情況，為下步鉆進(jìn)施工提供指導(dǎo)。

c、井深1100m之前控制好井斜，均勻送鉆，加強(qiáng)測(cè)斜，井深1100m之前不下螺桿鉆具進(jìn)行糾斜。

d、直井井斜角增長(zhǎng)過快時(shí)要及時(shí)調(diào)整鉆壓、轉(zhuǎn)速等鉆井參數(shù)。井身質(zhì)量控制以井斜角和井底位移不超為目標(biāo)。

4 鉆井完成情況及應(yīng)用效果

2020 年1～10 月份，公司在高13 扶余區(qū)塊完成鉆井94口，井身質(zhì)量合格率100%。應(yīng)用前25口施工井，總進(jìn)尺52145m，平均井深2085.8m，平均機(jī)械鉆速30.1m/s，平均鉆前周期0.22d，平均鉆進(jìn)周期9.47d，平均完井周期3.56d，平均建井周期13.25d，其中有2口井環(huán)空憋壓、6 口井進(jìn)尺慢、7 口井定向糾斜、1 口井電測(cè)遇阻，事故復(fù)雜損失時(shí)間160.57h，事故復(fù)雜損失時(shí)率2.05%；應(yīng)用后69口施工井（表5），總進(jìn)尺144694m，平均井深2097.01m，平均機(jī)械鉆速33.66m/s，平均鉆前周期0.19d，平均鉆進(jìn)周期8.87d，平均完井周期3.57d，平均建井周期12.63d，其中有1口井環(huán)空憋壓、1口井進(jìn)尺慢、6口井定向糾斜、3口井電測(cè)遇阻、5口工程事故，事故復(fù)雜損失時(shí)間247.5h，事故復(fù)雜損失時(shí)率1.2%。

表5 應(yīng)用前后事故復(fù)雜情況對(duì)比表

推廣應(yīng)用后平均機(jī)械鉆速由30.1m/h 提高到33.66m/h（表6），提高了12.13%；平均鉆進(jìn)周期由9.47d 縮短到8.87d，縮短了6.34%，平均建井周期由13.25d 縮短到12.63d，縮短了4.68%，事故復(fù)雜損失時(shí)率由2.05%降低到1.2%，降低了41.46%，推廣應(yīng)用效果顯著，實(shí)現(xiàn)了高13扶余區(qū)塊安全快速鉆井的目標(biāo)，達(dá)到縮短鉆進(jìn)周期、降低事故復(fù)雜、保障井身質(zhì)量和降低鉆井成本的目的。

5 結(jié)論

（1）?208mm 隨鉆劃眼螺扶的應(yīng)用，起到修整井壁、保障井眼通暢、提高鉆速的效果。

（2）單彎雙扶螺桿復(fù)合鉆具的應(yīng)用，對(duì)于井斜預(yù)防和井眼軌跡控制工作起到良好效果，井身質(zhì)量得到顯著提高，同時(shí)達(dá)到縮短鉆進(jìn)周期的目的。

表6 應(yīng)用前后鉆井綜合數(shù)據(jù)對(duì)比表

（3）復(fù)合陽(yáng)離子鉆井液體系的應(yīng)用，提高了井壁的穩(wěn)定性、鉆井液懸浮能力和攜巖效果，保障了井眼暢通，降低了事故復(fù)雜情況的發(fā)生，滿足區(qū)塊安全快速鉆井的需要。