F區塊鉆井提速實踐與認識

李昕 閆玉良 牛守民 邢開宇 劉純

摘要：為了縮短F區塊鉆井周期、降低鉆井成本，從井身結構優化、鉆頭選型、施工參數優選、井眼軌跡精確控制等幾個方面進行了該區塊優快鉆井技術研究，施工42口井表明，平均機械鉆速提高9.94%，鉆井周期縮短1.4d，取得了非常好的效果。

關鍵詞：F區塊;優快鉆井;施工難點

F區塊是Y油田的重要產油區，該區塊的主力油層P油層，從巖石掃描電鏡分析來看，孔隙較發育，連通性較好，顆粒孔隙中共生綠泥石與次生石英，表面共生綠泥石與伊利石。在多年的勘探開發過程中該區塊機械鉆速低、建井周期長，事故復雜頻出，一直難以實現安全、高效施工，因此需要對該區塊進行鉆井提速技術研究。

1 F區塊施工難點分析

1.1地層不穩定

F區塊的最上部為腐殖土地層，不成巖，施工中很容易坍塌。在腐殖土以下的地層中含有流沙層，一般厚度在40m左右，流沙層受到鉆井液的沖刷后也容易坍塌。主力油層P油層粘土礦物以綠泥石、伊利石為主，其次為蒙脫石/伊利石混合層。這種巖石吸水性極強，而且在吸水后容易膨脹，造成井眼縮頸，在起下鉆過程中容易造成卡鉆。

1.2鉆頭選型不合理

F區塊上部地層以軟為主，可鉆性好，機械鉆速較高，而中下部地層隨著沉積環境的變化逐漸變硬，以往為了追求上部地層的機械鉆速，選用4刀翼PDC鉆頭，雖然該鉆頭在上部地層中機械鉆速較高，但是到了下部中硬度地層施工中就變得很慢，有的井甚至不能使用該鉆頭完成鉆井施工，需要起鉆更換鉆頭才能完鉆，大大的降低了行程鉆速。

1.3軌跡控制困難

F區塊施工的井型以定向井為主，統計以往施工的該區塊定向井數據發現，該區塊定向井的井眼軌跡設計模式為四段制“直-增-穩-降”形式，這種軌跡設計方式對現場施工來說需要進行多次定向施工，影響施工進度，同時由于下部地層存在非常大的地層傾角，井眼軌跡控制過程中方位角和井斜角出現多次的漂移，不得不重新進行調整，這也影響了鉆井施工的進度。

2 優快鉆井技術

2.1井身結構優化

井身結構設計一定要有利于安全鉆井，通過對F區塊的已經完成的井的井身結構進行調查發現，該區塊多半是采用三層套管的井身結構，該套管的井身結構雖然能夠滿足安全鉆井的需要，但是卻不利于鉆井提速，因此需要對井身結構進行再一次的優化設計，以既能滿足安全鉆井，又能有利于鉆井提速為目標，根據實際測得的地層壓力狀況，以及地層的巖性特征，決定采用兩層套管的井身結構。第一層套管尺寸為244.5mm，設計下入的深度為400米左右，主要目的是封固上部腐殖土不穩定地層和流沙層，同時也出于對環保的考慮，能夠有效地保護地下水源不受到鉆井施工的污染。第二層套管設計尺寸為139.7mm，通過全封固井后來封固整個油層和上部地層，以此來滿足后期油井增產改造的需要。

2.2鉆頭選型及參數優化

2.2.1鉆頭選型

在鉆頭優選的過程中我們首先要確定鉆頭優選的方案，根據F區塊完成井鉆頭的使用情況分析來看，上部地層松軟，對鉆壓不敏感，鉆頭主要是不能適應下部中硬地層，導致行程鉆速低，因此主要針對下部中硬地層進行鉆頭優選。下部地層巖性組成主要以粘土礦物綠泥石、伊利石為主，其次為蒙脫石/伊利石混合層。這樣的地層如果使用牙輪鉆頭進行施工機械鉆速會更低，會更影響施工效率，因此還是以優選PDC鉆頭為主。通過對該區塊的巖石可鉆性進行分析，決定選用5刀翼PDC鉆頭，而且還需要對5刀翼PDC鉆頭的復合片尺寸和布齒方式進行改進，選用13mm復合片和主切削齒后加副切削齒的布齒方式，提高PDC鉆頭的吃人地層能力和抗沖擊能力，通過現場應用改進后的5刀翼PDC鉆頭，機械鉆速明顯提高，并且都實現了一只PDC鉆頭完鉆的目標。

2.2.2參數優化

根據隨機鉆速方程可以看成，在鉆井施工中，機械鉆速與鉆壓是成正比例關系的，與轉速是成指數關系的，也就是說施加的鉆壓越大，那么機械鉆速越高。根據F區塊的不同層位對鉆井參數進行分段優化。上部地層中受到巖性組分和地層壓力的影響，比較軟，因此對鉆壓不敏感，而為了保證返砂也要適當控制機械鉆速，因此在保證機械鉆速不超過30m/h的情況下，以低鉆壓、高轉速施工為主，中下部地層逐漸變硬，所以為了保證機械鉆速，就需要逐漸的施加鉆壓，以鉆頭廠家提供的最大施工鉆壓為界限進行施工，以高鉆壓、高轉速施工為主，盡量提高機械鉆速。

2.3軌跡設計與控制優化

2.3.1軌跡設計

通過調查發現，該區塊以往四段制的井眼軌跡太過于復雜，因此需要重新對井眼軌跡設計，在眾多的井眼軌跡設計模型中選用“直-增-穩”三段制的井眼軌跡設計方式，首先確定最大穩斜段井斜角，然后根據確定好的井斜角進行造斜點優化，最終形成有利于現場施工的三段制井眼軌跡設計方式。

2.3.2井眼軌跡控制

在以往施工井中，由于受到工具和儀器的限制，多是采用有線定向車進行施工，隨著無線隨鉆儀器的發展和普及，為了保證井眼軌跡精確控制，就需要使用無線隨鉆儀器配合螺桿鉆具進行全程跟蹤施工，這樣一方面可以及時監測井眼軌跡，適時進行調整，確保井眼軌跡平滑，有利于后續作業的施工安全。另一方面由于PDC鉆頭要求鉆壓小 可有效減少鉆鋌的使用數量，減輕了鉆具負荷 有利于減小粘吸卡鉆等井下故障發生，有效提高機械鉆速，特別是對一些控制段較長的井其效果更為突出。

3現場施工效果

自2018年進行F區塊鉆井提速技術研究，截止目前累計施工42口井，平均井深2103m，平均鉆井周期6.2d，平均機械鉆速38.4 m/h，與2016年以前施工井相比，平均鉆井周期縮短1.4d，平均機械鉆速提高9.94%，取得了非常好的施工效果。

4結論

（1）通過對井身結構優化，形成了2層套管的井身結構，既滿足了安全施工要求，又為優快鉆井奠定了基礎。

（2）優選了5刀翼13mm復合片的PDC鉆頭，實現了一只鉆頭完鉆的目標。

（3）確定了“直-增-穩”三段制的軌跡設計模式，選用無線儀器對井眼軌跡進行控制，保證了提速、提質的需求。

參考文獻：

[1]尉富平，馮小科，伍虹宇，等. 張店油田南38區塊優快鉆井技術研究與應用[J].石油天然氣學報，2013年3期