河50新叢式井組高效能鉆頭的優化分析

徐福海

摘 要：鉆頭是鉆井施工形成井眼的重要工具。優選高效能鉆頭是提高鉆速，加快鉆井速度的重要途徑。河50新叢式井組，上部地層打直防斜防碰，優選HAT127三牙輪鉆頭；下部地層，根據井段長短和防碰設計，大膽選用PDC或H517鉆頭，基本實現了2只鉆頭打完1口井，很好地解決了河50新叢式井組鉆井技術難點，共完成交井34口，完成進尺88792m，平均井深2611.54米，最高機械鉆速達到 38.87 m/h，平均機械鉆速為19.40 m/h，井身質量全部合格，為叢式井組鉆井施工優選鉆頭提供了技術支撐。

1 概述

鉆頭是鉆井作業形成井眼的重要工具，選用高效能鉆頭則是提高鉆速，加快鉆井速度的重要途徑。隨著科學技術的不斷進步，鉆頭的種類越來越多，出現了許多優質高效能鉆頭；隨著鉆井行業的不斷發展，科學鉆井對鉆頭的要求也越來越高。大量鉆井實踐證明，優化鉆頭選型，是實現科學鉆井的需要[1-5]。河50新叢式井組的鉆井成果就是很好的例證。

河50新叢式井組完成33口斜井，1口直井，完鉆層位：沙二段10口；沙三段24口。全是二開井，造斜點深1052～2254m，完鉆垂深2070.41～3032.95m，斜深2175～3202m。

2 技術難點

河50區塊，于1989年投入開發，部署完成42口7個平臺叢式井，號稱“河50叢式井組”。目前，由于套管破損、管外竄槽，導致油水井沙三段不能正常開采，均上返沙二段生產。為完善井網，恢復注水，補充地層能量，在該區塊老井臺之間部署油水井34口，分7個平臺叢式井，場景是5臺32型鉆機同時施工作業，具有以下技術難點。

2.1 新老井網密集防碰難度高

河50區塊地處東營市西城區，位于自西北至東南走向縱向384m、橫向110m的院墻圈圍區域內，老井網株距3-5m，行距不足70m；新叢式井部署于老井臺之間，新老井網密集，無疑，增加了防碰難度。

2.2 直井段防碰難度大

河50新老叢式井組井位密，井距小。新叢式井除同臺第一口井外，皆為整拖施工井，整拖距離一般在2.7-2.8m，為直井段防碰增加了難度。

2.3 井身軌跡控制困難

河50新叢式井多是長裸眼聰明定向井，靶區半徑都設計在15m之內，而且有20口井設計為雙靶，井身軌跡控制比較困難；新老井眼交錯，布滿了地下整個三維空間；何況80年代定向井技術水平低，僅靠電子單點或多點儀器及人工目測讀數進行定向，那么所提供依據的準確度偏差大，造成了施工井繞障是難點，防碰是重點。

3 優選高效能鉆頭

為實現優快鉆井，有效解決存在的鉆井技術難點，河50新叢式井組，主要在優選高效能鉆頭方面，見到了實實在在的效果。

3.1 直井段優選HAT127鉆頭

HAT127是一種軟地層高效能鉆頭。為了上部直井段防斜，防碰，提高機械鉆速和行程鉆速，叢式井施工，上部地層直井段一般不直接選用PDC鉆頭，尤其是自第二口井開始及后續施工井，為防止直井段井眼間相碰，各井直井眼軸線應保持平行，絕不能相交，給造斜井段打好基礎。固然，直井段吊打能夠防斜，然而，鉆井時效卻很低。因此，采取了同一井臺中，直井段使用相同的鉆具組合、相同的鉆頭和噴嘴組合、相同的鉆井參數，既可防碰，又可適當加大鉆壓提高鉆速，以提高直井段鉆井時效，一般選用HAT127三牙輪鉆頭。

河50新叢式井組共選用HAT127三牙輪鉆頭46只，完成進尺47023.64 m，平均機械鉆速 36.77 m/h，單只鉆頭總進尺達1022.25m。

3.2 定向井施工優選PDC鉆頭

PDC鉆頭無活動零部件，使用壽命長，能較大幅度的提高鉆井速度，特別是在定向井施工中，定向造斜、增斜、穩斜，配合使用高效螺桿動力鉆具，能一次性完成斜井段的鉆進，減少了起下鉆時間，從根本上杜絕了掉牙輪事故的發生。尤其是在中硬地層，牙輪鉆頭靠沖擊壓碎方式破巖，機械鉆速低，而采用剪切破巖的PDC鉆頭，配合使用轉盤和螺桿復合高轉速，能很好的提高機械鉆速，并且PDC鉆頭的鉆壓低，可減少鉆鋌的入井數量，簡化鉆具結構，防止井下復雜情況和事故的發生，大大提高了單只鉆頭總進尺。所以，優選PDC高效能鉆頭是提高鉆井綜合經濟效益的有效途徑。

河50新叢式井組共使用PDC鉆頭23只，完成進尺22431.36 m，平均機械鉆速11.15 m/h，單只鉆頭總進尺達975.28m。

3.3 下部防碰井段優選HJ517鉆頭

HJ517鉆頭是適用于軟到中硬地層的高效能牙輪鉆頭。牙輪鉆頭的使用原則是使鉆壓與鉆速的乘積始終等于一個常數，所以，搞好牙輪鉆頭鉆壓與鉆速的匹配是提高機械鉆速的關鍵，尤其在叢式井下部定向斜井段，為了防碰，更是為了一旦相碰，絕不能將老井套管碰壞，理應優先選用HJ517鉆頭，再配合合適的鉆井參數和水利參數，平穩的操作，不但降低不了機械鉆速，而且還有利于及時準確的判斷井下。

河50新叢式井組共使用HJ517鉆頭14只，完成進尺 8108.34 m，平均機械鉆速 15.33 m/h，單只鉆頭總進尺達579.17m，其中有2只牙輪鉆頭使用過程中與老井相碰，喜的是判斷及時準確，都未碰壞老井套管。

4 實施效果

河50新叢式井上部地層打直防斜防碰，優選HAT127鉆頭；下部地層，根據井段長短和防碰設計，優選PDC或H517鉆頭，基本實現了2只鉆頭打完1口井。共完成交井34口，完成進尺88792m，平均井深2611.54米，最高機械鉆速達到 38.87 m/h，平均機械鉆速為19.40 m/h，井身質量全部合格。

鉆井施工離不開鉆頭，實現科學鉆井，離不開優選高效能鉆頭。隨著科學技術的不斷發展和鉆井速度的不斷加快，大規模的優選高效能鉆頭，將使科學鉆井的技術變得更加豐富多彩，更加完善，不斷加快和提高鉆井速度。

5 結論

1）叢式井組同一井臺中，在上部地層直井段選用HAT127三牙輪鉆頭，采用相同的鉆具組合、相同的噴嘴組合、相同的鉆井參數，既可防碰，又可適當加大鉆壓提高鉆速，。

2）大膽應用PDC高效能鉆頭是提高鉆井綜合經濟效益的有效途徑。

3）防碰井段，優選HJ517鉆頭，優化鉆井參數和水利參數，平穩的操作，有利于提高機械鉆速，還有利于及時準確的判斷井下。

參考文獻：

[1]唐志軍、邵長明，集成鉆井新技術優化鉆井工程設計應用分析 鉆井工程 2007.5.11-13

[2]羅玉金，叢式井優快鉆井技術 鉆井工程 2007.6.24-27

[3]李亞飛、杜風閣，龍深1井鉆井技術 鉆井工程 2009.1.8-11

[4]崔占清，墾東12叢式井優快鉆井技術 黃河鉆井總公司編印 2009.3.59-64

[5]王萬慶、田逢軍，長慶馬嶺油田水平井鉆井防碰繞障技術[J] 石油鉆采工藝 2009.31.2.55-57