大牛地氣田水平井施工PDC鉆頭的優選

王同偉

摘 ?要：大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部，主要含氣層位為石炭系太原組、二疊系山西組和下石盒子組，大牛地氣田鉆遇地層有第四系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系和奧陶系。該氣田氣藏類型多為低孔低滲砂巖氣藏，雖然PDC鉆頭得到廣泛應用，如果能充分發揮其切削破巖的特點和功能，將大大提高機械鉆速。而由于鄂爾多斯大牛地氣田存在地層老、研磨性高、可鉆性差、含大段礫巖的復雜特性，在工區推廣使用PDC鉆頭中機械鉆速受到嚴重制約。如何優化鉆頭選型、選取合理參數成為成為優快鉆井和加快開發進程成功的關鍵。

關鍵詞：大牛地氣田;地質層位;PDC鉆頭;上直井段;導眼段;主井眼斜井;水平段

1 地質特性

大牛地氣田地理位置位于內蒙古自治區伊克昭盟伊金霍洛旗、烏審旗和陜西省榆林市交界處，構造位置位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部。鉆遇地層有第四系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系和奧陶系，在該套地層中發育奧陶系上馬家溝組、石炭系太原組、二疊系山西組和下石盒子組4套氣層。在本區大牛地氣田目的層主要指的是石炭系太原組、二疊系山西組和下石盒子組氣層。

2 井身結構及套管程序

目前該工區鉆井類型主要為水平井，設計井深一般在4000m左右，根據設計施工要求為三級井身結構，一開采用Φ311.2mm鉆頭鉆至表層400m左右，下Φ244.5mm套管封固第四系黃土層和志丹群砂礫和泥巖互層易漏、易垮塌層，要求水泥漿返至地面，保證固井質量。二開先鉆斜導眼采用Φ222.3mm鉆頭，一般井斜≤40°。導眼完鉆后，打兩個水泥塞，其中：下水泥塞段為相交點上下各100m（設計主井眼與導眼A靶點重合）;上水泥塞段為導眼造斜點上50m、下100m;現場也可根據實際情況對水泥塞長度進行調整，保證封固質量，滿足側鉆要求。回填后，采用Φ222.3mm鉆頭鉆至主井眼A點，下Φ177.8mm技術套管固井，為三開水平段安全施工提供有利條件，降低水平段施工風險，固井按生產套管固井實施，采用分級注水泥雙凝水泥漿體系全井封固。三開水平段采用Φ152.4mm鉆頭鉆至B靶點完鉆。

3 大牛地氣田分井段PDC鉆頭選型與應用

3.1上直井段PDC鉆頭選型與應用

大牛地氣田上部地層主要鉆遇第四系、志丹群、安定組、直羅組、延安組、延長組、二馬營組、和尚溝組、劉家溝組、石千峰組，一般采用清水大循環鉆進，地層可鉆性較強，機械鉆速較高，施工多口井表明上直井段1-2只PDC鉆頭可鉆完進尺，鉆至導眼定向點井深。

大牛地氣田上直井段施工采用“四合一”鉆具組合，即使用“PDC鉆頭+螺桿”復合轉鉆進模式，利用PDC鉆頭適合高轉數、同時針對大牛地氣田地層古老、鉆壓敏感特性，采取大鉆壓的鉆進參數設計，可以取得較高的機械鉆速及進尺。

普遍第1只鉆頭能夠鉆至直羅組以上，地層可鉆性強的話剛體鉆頭使用效果要好于胎體鉆頭，機械鉆速高于胎體鉆頭，在鉆進參數比較中，鉆壓和轉速越大機械鉆速就越高，以在鉆頭復合片尺寸大小選擇上以16mm為主，鉆頭外形上刀翼較深導角較小且帶副齒的鉆頭進尺較多。

3.2導眼段PDC鉆頭選型與應用

導眼段施工過程中，由于該井段穩斜段較長，一般采用“螺桿+扶正器”雙扶穩斜鉆具結構，鉆遇地層有石盒子組、山西組、太原組、馬家溝組。施工要求注意優化井身軌跡，在井斜45度之前盡量讓井斜略微提前，讓實鉆軌跡略高于設計軌跡，通過提高滑動井段造斜率增加復合井段長度，實現少滑動多復合，提高機械鉆速和PDC鉆頭的使用效率。實踐表明效果好的話2只鉆頭可鉆完導眼進尺。

從以上數據可以分析出，在導眼段施工中宜采用螺桿復合鉆鉆進，常規鉆具鉆進機械鉆速要偏低，鉆頭選型上胎體鉆頭機械鉆速高于剛體鉆頭，但所鉆進尺明顯少于剛體鉆頭，斜井段由于地層較硬，研磨性強，滑動鉆進時對鉆頭磨損較為嚴重，一般都選擇復合片較小的16mm尺寸，鉆頭外形上選取導翼較寬、具有一定導角等特點提高鉆頭抗磨性和使用效果。

3.3主井眼斜井段PDC鉆頭選型與應用

主井眼要求導眼回填后側鉆成功后重新進行定向鉆進，鉆頭機械鉆速要求高外，鉆井液性能要求到達先前導眼施工時狀態，此時鉆井液各項性能成型如果密度和粘切均未進行大調整，將會嚴重制約機械鉆速和影響鉆頭使用效果。主井眼施工要求鉆具結構柔性較大便于定向，且主要鉆遇石盒子組及山西組、太原組。石炭系太原組巖性主要為深灰色、黑色泥巖、炭質泥巖、煤層與灰白色細-粗砂巖互層，局部夾灰巖透鏡體。二疊系山西組巖性主要為灰色中-粗粒砂巖、砂礫巖、礫巖與黑色、深灰色泥巖、黑色炭質泥巖互層，下部含煤層、煤線。可鉆性較差，對鉆頭選型要求較高，一般需要至少2只鉆頭鉆完進尺。

從主井眼鉆頭定向施工數據可以看出，定向段機械鉆速普遍偏低，旋轉鉆進時，可根據現場施工情況，調整鉆進參數，改變增斜率，以增加旋轉鉆進的井段，提高施工速度。由于定向段滑動鉆進較多，對鉆頭的抗磨性要求較高，同樣選擇復合片較小的以16mm為主、13mm為輔的尺寸結構，鉆頭外形上選取導翼較寬、具有一定導角等特點提高鉆頭抗磨性和使用效果，且剛體鉆頭使用效果要強于胎體鉆頭，雖機速略低但進尺要多于胎體鉆頭。

3.4水平段PDC鉆頭選型與應用

水平段施工中由于該井段穩斜段較長，井身軌跡調整幅度較小一般采用“螺桿+扶正器”雙扶穩斜鉆具結構，盡量保持軌跡平滑以利于后期完井作業。目的層一般為石盒子組、山西組、太原組為主，石盒子組地層相對可鉆性強，對鉆頭磨損較小，山西組單只鉆頭進尺能力較差，太原組地層地層堅硬、研磨性強，可鉆性差，對鉆頭磨損較強，水平段一般1000米左右，至少需要2只鉆頭鉆完進尺。

水平段由于在目的層施工，主要以砂巖為主，孔隙性較好膠結性弱，可鉆性較好，但砂體對鉆頭磨損較強，從表中可分析出應選擇復合片較小的以16mm或13mm尺寸結構，但剛體鉆頭抗磨性不如胎體鉆頭，復合鉆進時應盡量提高轉盤轉速，以利于破巖速度，鉆頭外形選取上應采用雙排齒或帶副齒布齒特性，刀翼較寬具有一定導角、水眼分布較均勻的鉆頭結構，充分發揮其抗磨損特性，從而能達到進尺較多的效果。

4 結論及建議

1、 大牛地氣田發育二疊系山西組、下石盒子組和石炭系太原組三套儲集體，儲集體巖性有碎屑巖、灰巖，主要儲集體為碎屑巖。碎屑巖儲集體為特低孔隙度、特低等滲透率、致密性儲層。

2、 大牛地氣田上直井段施工采用“四合一”鉆具組合，針對地層古老、鉆壓敏感特性，宜采取大鉆壓、高轉速鉆進參數，優選以16mm復合片為主，刀翼較深、導角較小且帶副齒的剛體鉆頭，可獲得較高進尺及機械鉆速。

3、 導眼段施工中宜采用螺桿復合鉆鉆進，常規鉆具鉆進機械鉆速要偏低，鉆頭選型上胎體鉆頭機械鉆速高于剛體鉆頭，針對斜井段地層較硬，研磨性強，滑動鉆進對鉆頭磨損較為嚴重，一般都選擇復合片較小的16mm尺寸，鉆頭外形上選取導翼較寬、具有一定導角提高鉆頭抗磨性和使用效果。

4、 定向段由于滑動鉆進較多，對鉆頭的抗磨性要求較高，同樣選擇復合片尺寸以16mm為主、13mm為輔的雙排齒結構，鉆頭外形上選取導翼較寬、具有一定導角等特點提高鉆頭抗磨性和使用效果，且剛體鉆頭使用效果要強于胎體鉆頭，建議可以使用復合片13mm的鉆頭進行試驗。

5、 水平段主要以砂巖為主，孔隙性較好膠結性弱，可鉆性強，但砂體對鉆頭磨損較強，應選擇復合片較小的以16mm或13mm尺寸結構的胎體鉆頭，復合鉆進時應盡量提高轉盤轉速，以利于破巖速度，鉆頭外形選取上應采用雙排齒或帶副齒布齒特性，刀翼較寬具有一定導角、水眼分布較均勻的鉆頭結構，充分發揮其抗磨損特性，從而能達到進尺較多的效果。

參考文獻

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