河南油田泌416井鉆井技術

黃國昌，王 維，李 平,唐 陳，劉 炳，李 劍

(1.中國石化河南石油工程有限公司技術裝備處，河南南陽 473132；2.中國石化河南石油工程有限公司鉆井工程公司)

河南油田泌416井鉆井技術

黃國昌1，王 維2，李 平2,唐 陳2，劉 炳2，李 劍2

(1.中國石化河南石油工程有限公司技術裝備處，河南南陽 473132；2.中國石化河南石油工程有限公司鉆井工程公司)

泌416井是河南油田泌陽凹陷南部陡坡帶栗園鼻狀構造一口重點預探井，該井地層自上而下含有礫石，地層研磨性強，可鉆性差，給鉆井施工增加了難度，通過采取鉆頭優選、鉆井液優化等相應的技術措施，克服了機械鉆速低、鉆井液污染嚴重、摩阻大等技術難點，保證了該井的順利完鉆，同時也獲得該區塊鉆井的寶貴經驗。

泌陽凹陷；泌416井；鉆井技術

泌416井是泌陽凹陷南部陡坡帶栗園鼻狀構造一口重點預探水平井，設計井深3 215 m，水平位移1 073 m,鉆探目的是落實南部陡坡帶泌416井區核三段巖性-斷層圈閉的含油氣性，尋找新的增儲空間。本井鉆井周期70.5 d，完井周期82.3 d，平均機械鉆速4.12 m/h。泌416井采用三開井身結構，井身結構數據見表1。

表1 泌416井井身結構數據

1 泌416井鉆井難點分析

(1)上部地層新生界第四系平原組、新近系鳳凰鎮組地層疏松易垮塌,含有大段砂巖流砂層，地層造漿性不強，容易出現“糖葫蘆”井眼，中途測斜、接單根過程中易發生沉砂卡鉆，一開下套管易遇阻。

(2)上部地層經過長期開發，注水井密布，導致一些層位壓力異常，易發生溢流、井涌等復雜情況。

(3)為了滿足鉆井施工及深部勘探的要求，封隔不同的壓力系統及保護油氣層，二開為大尺寸井眼(φ311 mm)，機械鉆速低(5.8 m/h)，比相同井段φ216 mm井眼9 m/h機械鉆速降低了36%；地層自上而下含有礫石，PDC鉆頭使用受限，只能選用517、537系列牙輪鉆頭。

(4)本井巖性以砂巖、泥巖、含礫砂巖為主，地層研磨性強，復雜地層導致跳鉆嚴重，鉆具易疲勞損傷、發生斷鉆具故障(鄰井安2050井斷鉆具13次)，單只鉆頭進尺少，易發生掉牙輪鉆頭故障。

(5)本井存在離子污染(SO42-、CO32-、HCO3-及Ca2+等)，對鉆井液切力、失水影響較大，維護泥漿性能難度大。

(6)該井的三靶心定向井，最大井斜30°，水平位移1 067 m，斜井段長、扭矩大、摩阻大，給施工帶來較大的難度。

2 關鍵鉆井技術

2.1 鉆頭優選技術[1-4]

鉆頭是破碎巖石的主要工具，機械鉆速的快慢取決于鉆頭型號與地層巖性是否匹配。

(1)一開選用了江西產的MP2G鋼齒鉆頭，鉆頭特點是牙齒長，適合上部極軟地層，有利于提高機械鉆速。實鉆用了2只MP2G鉆頭鉆完297 m，純鉆時間為87.5 h，平均機械鉆速為3.35 m/h，使用情況較好。根據實鉆情況，起出鉆頭牙齒磨損嚴重，一開井深超過300 m使用鑲齒鉆頭。

(2)二開根據地層研磨性強、跳鉆等特點，共優選6只鉆頭(表2)，其中使用3只鑲齒鉆頭HJT517G，其特點是：金屬密封鉆頭，適用高轉速鉆進；帶有中心噴嘴和掌背強化，更利于清洗牙齒和井底凈化，并具有防止鉆頭尺寸磨小等功能。要求大井眼311 mm螺桿鉆牙輪鉆頭純鉆時間控制在40 h以內，為降低井下風險，嘗試試用PDC鉆頭，本井二開使用三只PDC鉆頭，總體使用效果不錯，使用情況如下：第一只為入井二次的河北銳石生產M1953鉆頭，5刀翼19 mm復合片，本井進尺98 m，鉆頭肩部復合片崩齒，本體磨損；第二只為武漢地大生產的WH461-5鉆頭，五刀翼，19 mm復合片，進尺為120 m，起出鉆頭肩部磨損嚴重，未能發揮PDC使用效果；第三只PDC鉆頭根據前兩只PDC鉆頭的使用情況，及時與廠家溝通，優選PDC鉆頭選型，著重提高鉆頭的穩定性以及加強PDC鉆頭保徑齒能力，優選黃河旋風HF336GL鉆頭進尺323 m,機械鉆速7.18 m/h，使用效果好，為泌304區塊上部地層PDC鉆頭使用上提供了成功案例。

表2 泌416井二開鉆頭使用情況

(3)三開共使用了17只鉆頭，其中使用5只PDC鉆頭，12只牙輪鉆頭，使用情況見表3。在三開鉆頭選型上結合二開PDC鉆頭使用情況，及時與PDC鉆頭廠家技術人員溝通，優化三開PDC鉆頭，重點強化PDC鉆頭肩部的穩定性，增加雙排齒、增大后傾角等措施，強化PDC復合片的研磨性，提高三開鉆井機械鉆速，優選2只黃河旋風的HF335GLF鉆頭,從表2看，其在進尺和機械鉆速方面使用效果比較理想；后使用江漢KMD1363DAR鉆頭效果不理想，起出鉆頭磨損嚴重。優化牙輪鉆頭選型，選用江漢MD537HX鉆頭。但使用效果并不理想，進尺與成本不成正比，性價比上低于HJT537G鉆頭。由于使用牙輪鉆頭存在判斷困難、掉牙輪等風險，后又嘗試使用黃河旋風的HF236HLF和武漢地大的WH461P-6鉆頭，效果均不理想。

本井三開鉆頭使用總結經驗如下：①井深在2 100 m以內使用黃河旋風生產PDC鉆頭HF335GLF效果好,機械鉆速高。②由于地層研磨性強等特點，選用混鑲金剛石保徑的MD537HX鉆頭并不能長時間使用，發揮不出其效果，從經濟效益上選用HJT537G鉆頭更加適宜。

2.2 復合鉆井技術

復合鉆井技術諸多優點使得該技術在深井提速中應用越來越廣泛，技術也比較成熟。其基本的底部鉆具組合是“高效鉆頭+動力鉆具”，動力鉆具主要有螺桿和渦輪兩種，螺桿主要是配合高效牙輪鉆頭和PDC鉆頭，近年來高效能PDC鉆頭和高性能的螺桿鉆具發展很快，為PDC鉆頭復合鉆井技術的應用奠定了良好的基礎。在地層和泥漿泵條件允許的情況下，應用成熟的高效鉆頭復合鉆井技術可大幅度提高機械鉆速。本井可鉆性差、研磨性強，在高轉速條件下容易造成鉆頭先期磨損，可選用低轉速、大功率螺桿鉆具，同時施加更大鉆壓，提高機械破巖能量。

表3 泌416井三開鉆頭使用情況

3 鉆井液工藝技術

3.1 鉆井液體系優選

3.1.1 一開直井段采用聚合物鉆井液體系

開鉆后將配制好的質量分數為0.5%的PAC141膠液加入鉆井液中，提高大井眼(φ444.5 mm)攜帶和懸浮巖屑的能力，鉆進中逐漸混入45 m3中轉站泥漿，鉆至301 m，適當提高黏度，充分循環鉆井液，保持井底清潔，確保順利下入套管固井。

配方為：5%膨潤土+0.3%Na2CO3+0.3%～0.5%包被劑PAC141

3.1.2 二開井段采用低黏低固相聚合物鉆井液體系

二開前徹底清理循環系統泥砂，將一開鉆井液用清水和膠液沖稀至膨潤土含量40 g/L左右，加入0.3%～0.5%PAC141、0.5%～1%SHN-1調整鉆井液性能：黏度在40 s左右，密度不大于1.10 g/cm3。開鉆后將鉆水泥塞污染的鉆井液加入適量純堿防止鈣離子污染。

上部地層造漿嚴重，因此將大分子處理劑質量分數增加到0.3%～0.5%，提高鉆井液體系的抑制能力。鉆進中及時補充PAC141、SHN-1大小分子聚合物膠液，保持聚合物濃度，增強鉆井液的抑制性。

進入造斜段逐漸混入中轉站含油泥漿約90 m3，含油量1.5%，以提高體系的潤滑性能。根據情況調整處理劑配方，維護鉆井液性能穩定。

嚴格控制鉆井液中的劣質固相含量和低密度固相，在保證帶砂和井下安全前提下，保持低密度、低黏切，以提高PDC鉆頭機械鉆速。

配方：4%～5%膨潤土+0.3%～0.5%純堿+0.3%FA367+0.3%～0.5%PAC141 +0.5%～1%SHN-1+1%～2%DF +1%白油+加重劑

3.1.3 三開井段采用聚合物鉆井液體系

三開前徹底清理循環系統泥砂，開鉆后將鉆水泥塞污染的鉆井液加入適量純堿，防止鈣離子污染。鉆進中及時補充大小分子聚合物膠液，保持聚合物濃度，增強鉆井液的抑制性。鉆井液處理劑盡可能按設計配方配成膠液，按循環周加入鉆井液中，盡量不要將干粉處理劑直接加入循環鉆井液中。

根據井下需要加入4%～6%頁巖2井油基泥漿，使含油量達到3%～5%，以提高體系的潤滑性能，加入KJ-1,提高體系的降濾失、抗污染能力。

完鉆前提前處理好鉆井液，維護性能均勻穩定。起鉆前適當提高鉆井液黏度，封閉下部井段，大循環2周，充分清潔井眼，振動篩無明顯返砂，以保證電測作業、下套管的順利進行。

配方：4%～5%膨潤土+0.3%～0.5%純堿+0.2NaOH+1%SHN-1+0.5FA367+0.5%～0.7%PAC141+0.5CP-I+1%～2%KJ-1+0.5%SFT+0.5%DF-1+3%～5%油+加重劑

3.2 鉆井液復雜情況處理

為提高機械鉆速，三開將鉆井液密度降至1.10 g/cm3，黏度42～45 s；鉆進至1 640 m，失水增大到16 mL，濾液分析檢測，CO32-含量1 130 mg/L、HCO3-含量2 871 mg/L，SO42-含量4 315 mg/L，判斷發生堿或堿水污染鉆井液。處理措施：用生石灰消除污染，用抗鹽降失水劑KJ-1和潤滑劑調整性能，并用膠液進行維護，在以后的鉆進中定期加入適量的生石灰，預防污染。

3.3 油基泥漿使用情況

該井在三開鉆進至井深2 150 m時，接單根上提摩阻15～18 t，下放摩阻約6 t，上提摩阻、扭矩增加。為降低井下風險，要增加鉆井液潤滑劑含量。使用泥漿中轉站油基泥漿。油基鉆井液組分： 80%白油+28%CaCl2水+乳化劑+其它。

加入頁巖2井油基鉆井液前后，循環井漿潤滑性進一步得到提高，泥餅更加致密光滑，摩阻系數有所降低；上提鉆具摩阻降至10～12 t，下放摩阻降至4～5 t，效果明顯；混入頁巖2井油基鉆井液后，Ca2+含量升至808 mg/L，漏斗黏度變化不大，切力稍有升高，鉆井液性能基本穩定。在鉆進至井深2 180 m，分兩次又加入6 m3油基泥漿，泥漿含油量達到4.5%，摩阻系數降至0.06。

4 認識與建議

(1)泌416井在地層中部鉆井過程中使用“PDC+螺桿”鉆具成功鉆穿礫石層，機械鉆速較牙輪鉆頭提高了36%，縮短了鉆井周期，大大降低了井下風險。

(2)優化鉆井液體系，加強鉆井液的日常維護處理，提高攜巖和清潔鉆頭能力，避免重復鉆進；在增加鉆井液潤滑性上，大膽嘗試混用油基泥漿，解決摩阻大、井下托壓的問題，大大降低鉆井成本。

(3)在深井鉆進過程中建議使用139.7 mm鉆桿代替127 mm鉆桿，降低鉆具內壓力消耗，降低動力設備負荷，提高鉆頭可用水力能量。

(4)利用復合鉆井技術，改變鉆具的受力狀況，避免井下鉆柱過度磨損、失效(刺斷)，提高鉆井時效，提高鉆井速度。

(5)鉆井是一個系統工程，是鉆井工藝、工具、鉆井液技術、操作管理等各方面的綜合體現，只有多方面都做好了，才能提高鉆進速度。

[1] 陳庭根，管志川.鉆井工程理論與技術[M].山東東營：中國石油大學出版社，2010：58-70.

[2] 吳波，匡立新.合理優選PDC鉆頭是提高深井機械鉆速的有效途徑[J].鉆采工藝，2011，24(2)：75-76，82.

[3] 李士斌，寧海川.PDC鉆頭的優選方法[J].大慶石油學院學報，1999,23(3):86-88.

[4] 李貴賓，馬金山.大港油區PDC鉆頭個性化優選提速實踐[J].鉆采工藝，2010,33(4):114-118.

編輯：李金華

1673-8217(2015)06-0108-03

2015-05-20

黃國昌，工程師，1984年生，2008年畢業于西安石油大學石油工程專業，現從事鉆井技術管理工作。

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