復雜深層小井眼優快鉆井關鍵技術分析

安明

摘 要：小井眼鉆井有著井眼軌跡控制難度大、PDC 鉆頭選型單一、循環壓耗大排量受限、鉆具風險高、完井套管下入難度大等技術難題。研究區塊被多組逆沖斷層切割，研究區塊易斜、易塌、硬脆性掉塊多，定向井軌跡難以控制。應用深井小井眼安全鉆井技術，不僅很好地控制了側鉆井的定向軌跡、提高了小井眼井段機械鉆速，同時減少了井下事故復雜、降低了鉆井成本，實現了快速安全鉆井。

關鍵詞：小井眼鉆井；側鉆井；定向軌跡；鉆井速度

研究區塊是油田近年開發的主力區塊。隨著目的層專打和老井加深側鉆井的部署，小井眼井數量逐步增多。小井眼鉆井有著井眼軌跡控制難度大、PDC 鉆頭選型單一、循環壓耗大排量受限、鉆具風險高、完井套管下入難度大等技術難題，針對以上難題進行技術攻關，解決研究小井眼井段的安全鉆進問題，降低研究小井眼鉆井的復雜事故率，從而提高該區塊的整體鉆井速度，縮短鉆井周期。

1 研究地質構造特征

區塊被多組逆沖斷層切割，小井眼深井所鉆井段均為白堊系中溝組底部、下溝組地層。中溝組地層巖性為：棕紅色泥巖、砂質泥巖；下溝組地層巖性為：灰綠色、灰黑色泥巖、淺棕紅色、灰綠色含礫中細砂巖、礫狀砂巖夾棕紅色泥質粉砂巖、灰黑色泥巖薄層。研究區塊白堊系易斜、易塌、硬脆性掉塊多，定向井軌跡難以控制。

2 研究區塊小井眼鉆井資料調研

研究區塊井深在4000m以上，平均機速只有0.7m/h，復雜事故率高，2口井復雜事故累計損失31.3d，且鉆進機速低、周期長，鉆井周期超出設計周期71.77d。

3 研究小井眼鉆井難點分析

（1）白堊系地層自然增斜率高。小井眼井身質量難以控制，三開井段（4294～4444m）由于地層自然傾角影響，井斜由5.59°↗26.87°。（2）小井眼側鉆井設計井斜大，軌跡控制難度大研究 111H 開窗后鉆具剛性弱，軌跡控制難度大，定向段狗腿度大（最高達 14.56°/30m），小井眼排量低，攜巖效果差，起下鉆大段劃眼，復雜時效多。（3）白堊系下溝組地層，鉆進過程經常會遇到地層應力性坍塌，預防不到位或處理不當會造成卡鉆事故。

4 技術措施應用

4.1 分析小井眼所鉆地層，選擇個性化PDC 鉆頭通過地層巖性分布，實鉆巖性，以及后期測井過程中測井數據的分析得出，下溝組地層存在巖性致密。白堊系地層易造成 PDC 鉆頭異常損壞，而使用牙輪鉆頭則大大降低了機械鉆速，如何提高鉆頭破巖效率，提高地層可鉆性，成為一大技術難點。

4.1.1 刀翼及流道選擇

PDC 鉆頭的受力取決于各個切削齒的受力及各切削齒在鉆頭的位置和鉆頭剖面形狀，因此選擇刀翼流道寬度均勻的PDC 鉆頭。

4.1.2 補齒設計

（1）切削齒尺寸優選：先選擇 13mm 切削齒，采用中密度布齒的PDC 鉆頭。（2）優化布齒后傾角度：考慮到沖擊載荷作用頻率的因素研究地區鉆頭后傾角采用20°～22，盡可能減少對切削齒的先期破壞，達到提高鉆頭的使用壽命。（3）調整后排齒：增加前后排切削齒的高差，高差選0.75mm。（4）強化保徑效果：在每個刀翼的保徑面增加倒劃齒，起到防硬卡作用。

4.2 井下工具優選與鉆具結構優化

直井下入“0-1”鉆具結構，配合MWD 跟蹤測斜，控制井身質量，側鉆井考慮到儀器的抗高壓和耐高溫能力，選擇上懸掛式、電池使用時間長等優點的儀器。小井眼下溝組選用小尺寸、大扭矩 7 頭螺桿，使用時間在120h 以上，提高了行程鉆速和進尺，隨著優化鉆頭選型、井下動力鉆具的優選，研究區塊小井眼鉆進機速逐步提升，平均機速由 0.77m/h 提高到 1.45m/h，突破了小井眼鉆進機速慢的難點。

4.3 小井眼選擇Φ101mm 鉆桿，強化鉆井參數小井眼所用Φ89mm 鉆具抗扭、抗拉強度低，傳遞扭矩不足，給井眼軌跡控制帶來許多困難。使用Φ101.6mm 鉆桿很大程度上優化了鉆井參數，增大鉆井排量（13L/s 提高到 15L/s），提高攜帶效果，抗拉強度提高了111kN，緩解了定向時工具面不穩定。

4.4 制定完鉆通井鉆具結構，小間隙井段套管順利下入

模擬套管剛性進行通井，按以下公式計算出通井鉆具剛性：

式中：D鉆鋌——鉆鋌外徑，cm；

D套管——套管外徑，cm；

d 鉆——鉆鋌內徑，cm；

d 套——套管內徑，cm。

通井鉆具剛性按照由弱到強逐步增加，最終略 高于套管剛性后才可下套管。Φ171mm 井眼通井鉆具結構：單扶：Φ171mm 鉆頭+120mmDC×1 根+Φ168mm扶正器+上部鉆具；雙扶 ：Φ171mm 鉆 頭+ Φ168mm 扶正器+120mmDC×1 根+Φ161mm 扶正器+上部鉆具。 小井眼完井套管間隙一般較小，套管本體間隙最小的研究 8X 井只有 25mm；接箍間隙最小的研究 4J 只 有10.5mm；研究14 井在小井眼要求下入Φ139.7mm 套 管，研究 7X、研究 8X 均為開窗側鉆定向井，研究 7X 井 斜最大 42.05°，研究 8X 斜井段長達 1504m，4 口井套管安全下至井底。

4.5 成功預防事故復雜

（1）建立事故復雜風險識別與預防機制，小鉆桿、鉆鋌抗拉抗扭強度低，加強鉆具檢查，規范上扣扭矩，落實探傷、錯扣及倒換鉆具制度。（2）針對性對重點井段及時間制定措施和監控。觀察巖性變化和返處的巖屑狀態，及時與泥漿方溝通，使鉆井液始終具有適應地層各種裂縫的封堵、填充、架橋封堵等封堵防塌能力。（3）通過短起下、循環、排量調整配合鉆井液使用雷特纖維素等措施，做到井筒快速有效地清潔，降低因巖屑堆積引起的復雜和事故。（4）成立現場技術管理小組，形成碰頭會制度，細致評估施工風險，加強現場監督落實，確保措施執行到位。

5 效果評價

近年研究區塊從鉆頭選型、鉆井液性能優化、細化操作規程入手，小井眼鉆探 4 口井，復雜事故損失時間控制在 0.3%以內。損失時間比以往大幅度降低，2016 年所鉆2 口井均節約周期完成。機速提高：研究小井眼平均機速由 0.71m/h 提高到1m/h，平均機速提高29%；節約周期：小井眼最深探井節約周期 32d，其余 2 口開窗側鉆井節約周期17d，共計節約周期51.29d。

參考文獻：

[1] 王士斌.國內外小井眼鉆井設備的發展[J].石油礦場機械，2016，36（2）：18-21.