樁西深層井鉆井提速技術

張國強

摘要：為提高樁西深層井鉆井速度，加快勘探開發進程，開展了樁西深層鉆井提速技術研究。借鑒國內外深層提速技術成果，分開次、分地層制定了不同的提速對策，確定了PDC使用序列，偏心擴眼器適合于東營組以淺地層防縮徑，水力增壓器適用于巖石可鉆性小于7的井段，軸向振蕩器適合于定向井防拖壓。經過5口井的應用和總結，平均鉆井周期縮短了12%。

關鍵詞：深層鉆井偏心擴眼器樁西提速

勝利油田的樁西深層勘探，目的層主要是樁海潛山南部奧陶系八陡組、冶里-亮甲山組，油藏中深4000m，地層壓力42.01Mpa，油氣比37m3/t，孔隙度2-18 %。中生界和下古生界奧陶系馬家溝組一般有斷層，巖石多為砂巖、泥巖、火山巖、變質巖等致密性巖石，可鉆性差，單只鉆頭進尺少，機械鉆速低。針對這些問題，開展了PDC鉆頭優選，偏心擴眼器、水力增壓器等鉆井技術研究，取得了良好的效果。

1 地質特點及鉆井難點

1.1 地質特點

樁西深層油氣藏以Z169-X2為例，自上而下鉆遇14個地質層位，其中有不整合面、假整合面和較多斷層。巖性復雜，主要有砂巖、泥巖、熔巖、碎屑巖、砂礫巖及其過渡性巖石，具有多套儲集類型。

1.2 鉆井難點

1）地層復雜，深層巖石硬度大，可鉆級值在10以上，強度超過4500MPa，鉆頭磨損嚴重，機械鉆速低。

2）部分區塊斷層、裂縫發育，存在膠結性差的破碎性地層，鉆井過程中會出現井漏和井涌等復雜情況。

3）井深大，摩阻扭矩大，鉆井液維護困難，井眼清潔不能有效保證。

2 鉆井設計優化

2.1 井身結構優化

綜合考慮完鉆井深、地質層位、巖性、地層壓力、三開裸眼段長度和各開次固井施工難度等多種因素。直井段和三開后井段以PDC鉆頭復合鉆進為主，同時應用偏心擴眼器、水力增壓器、變徑穩定器等配套技術，提高鉆井速度，縮短鉆井周期，降低鉆井成本。

2.2 高效鉆頭的優選

勝利油田樁西地區，在館陶組以淺一般選用鋼齒三牙輪鉆頭，東營組以淺地層采用四翼PDC（最大Φ19mm復合片，中密度，雙排齒），平均機械鉆速達到15.21m/h；沙河街地層上古生界以上采用五翼或六翼的PDC，平均機械鉆速達到12.05m/h；下古生界采用進口的六翼PDC，平均機械鉆速達到4.21m/h；比以往完成井節省2趟鉆，鉆進時間縮短了58h。

3 提速工具的配套使用

3.1 偏心擴眼器

偏心擴眼器是一種可接到鉆柱中實現隨鉆微擴眼的工具。主要作用是降低定向井中的狗腿度，清除井下的微狗腿、小臺階，在膨脹性的頁巖地層和具有蠕變性的鹽膏層、軟泥巖層、煤層等井段擴出直徑略微大于鉆頭理論直徑的井眼，可減少常規鉆井過程中的劃眼作業時間，并確保起下鉆、電測、下套管、下膨脹封隔器等作業安全順利。

3.2 水力增壓器

水力增壓器是一種應用于石油鉆井、修井作業中的能量轉換裝置，它改變了鉆井作業中靠下部鉆鋌的重量施加鉆壓的傳統方式，可在不消耗額外能量、不需要其它特殊設備的情況下，利用循環鉆井液的鉆頭水眼節流壓降，作用在活塞上下端面造成推力的差值給鉆頭加壓。解決了特殊鉆井作業不能靠下部鉆鋌的重量施加穩定鉆壓的技術難題，有效地改變了下部鉆具的受力狀態，起到了吸震防跳、實現自動送鉆、改善鉆頭和鉆具的工作條件，加快鉆井速度、減少井下事故、保證井身質量的目的。

3.3 軸向振蕩器

軸向振蕩器是一種可以把流體運動轉化成軸向往復運動，使與工具連接的其他鉆井工具在軸向上也往復運動。

3.4 變徑穩定器

變徑穩定器是一種通過機械構造利用流體的壓力變化改變外徑的的特殊井下工具，以8寸半井眼變徑穩定器為例，它具有以下特點：①三種狀態：自由狀態、齊平狀態（200mm）和伸出狀態（215mm），通過開、停泵進行控制狀態；②易于操作，鉆臺可以通過泵壓判斷工作狀態；③處于齊平狀態時外徑為200mm，保證了井下安全；④外殼采用一體化設計，安全可靠。

4 提速技術集成應用

通過對井身結構優化、高效鉆頭優選、偏心擴眼器、水力增壓器、軸向振蕩器、變徑穩定器等技術進行集成，深井鉆井速度進一步得到提高，制訂了以下提速提效原則，實現了深層直井提速技術集成配套：1）一開選用SKG124鋼齒牙輪，機械鉆速可達到20.00m/h；2）二開井深2500m以淺，采用四翼PDC鉆頭，結合偏心擴眼器、軸向振蕩器、變徑穩定器，鉆井液采用聚合物潤滑鉆井液體系，機械鉆速達到15.21m/h；3）三開采用五翼或六翼的PDC，結合水力增壓器、偏心擴眼器、軸向振蕩器、變徑穩定器，鉆井液采用聚合物潤滑和復合鹽鉆井液體系，平均機械鉆速達到8m/h以上；4）四開下古生界采用進口的六翼PDC，采用無固相鉆井液體系，平均機械鉆速達到3m/h以上。

5 現場應用效果分析

通過科研攻關和現場試驗，形成了樁西深層鉆井提速技術，取得了良好的效果。2014-2016年累計施工中深井5口，平均井深4746m，平均鉆井周期：124.26d，平均建井周期：159d平均機械鉆速：4.65m/h，與2011-2013年相比，平均鉆井周期縮短14.91d，平均建井周期縮短38.85d。

6 結論

1）樁西深層鉆井地層巖性復雜，可采用四翼、五翼、六翼的PDC分段鉆進，效果良好，同時打破了東營組以淺地層無法使用PDC鉆穿礫石層的現實，實現了一趟鉆鉆進。

2）偏心擴眼器、軸向振蕩器、變徑穩定器等井下工具的使用，大大的提高了深井的鉆進速度。

3）鉆井集成技術結合相應的鉆井液配套技術，平均鉆井周期縮短了12%，效果良好。

參考文獻：

[1]劉希圣.鉆井工藝原理【M】.北京：石油工業出版社，1988

[2]石玉章，等.地質學基礎【M】.石油大學出版社，2004endprint