提高錦州區塊鉆穿館陶組底礫巖效率的關鍵措施研究

王 琛 卓振州 王克洋 張天亮 蔣四臣

（1、中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300450 2、中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津300450）

在海洋石油發展初期，每年鉆井數量從幾口到幾十口井，延至到現在的上百口，鉆井各井段時效的提高也顯得越來越重要。通過以前鉆井資料分析可知，底礫巖鉆穿率不高，大部分井都需要中途起鉆下趟牙輪鉆頭鉆穿底礫巖。

渤海油田錦州區域館陶組地層存在不同厚度的底礫巖，以雜色,淺灰色為主,礫石以石英礫為主，硬度高、可鉆性差；根據近些年的開發井、調整井等實際機械鉆速統計，牙輪鉆頭及PDC鉆頭在底礫巖段的平均機械鉆速大約14-17m/hr。目前渤海油田鉆完井作業正處于優快發展階段，面臨油價寒冬的局面，若何提高作業效率降低作業成本成為非常重要的問題，而進一步提高館陶組底礫巖的機械鉆速是實現優質快速鉆進，提高作業效率和降低作業成本的關鍵手段之一。

1 導致館陶組底礫巖機械鉆速低的原因分析

錦州25-1 作業區塊已完成井較多，通過對之前的鉆井各環節數據分析及總結建立了機械鉆速較低作業效率慢影響因素數據樹，如圖1 所示。

圖1 錦州25-1 作業區塊機械鉆速較低作業效率影響因素數據樹

具體來說主要有地層性質、鉆頭性能、鉆井參數控制、預測底礫巖頂深的準確性、定向井軌跡控制、司鉆的現場操控六個方面：

1.1 地層性質

渤海油田錦州區域館陶組地層上部為含礫砂巖，底部存在不同厚度的底礫巖，以雜色,淺灰色為主,礫石以石英礫為主，硬度高、可鉆性差，影響機械鉆速。

1.2 鉆頭性能

底礫巖井段硬度高、可鉆性差，對鉆頭的磨損較為嚴重。鉆頭性能較差，機械鉆速慢，若果磨損過于嚴重還需要起鉆重新更換鉆頭繼續鉆進，影響作業效率。

1.3 鉆井參數控制

鉆頭的磨損程度除了與鉆頭自身的質量有關系外還與鉆井參數有著密不可分的關系。排量、轉速、鉆壓三方面參數給的越高，在鉆進過程中對鉆頭的磨損就更為嚴重。

1.4 預測底礫巖頂深的準確性

為了確保一只鉆頭能過鉆穿底礫巖，需要進入底礫巖前適當降低鉆井參數保護鉆頭，因此能否準確預測底礫巖頂深，縮短小參數鉆井井段對提高作業時效有一定影響。

1.5 定向井軌跡控制

定向井軌跡井斜的大小影響底礫巖斜深的長度，同時選擇扶正器的尺寸對底礫巖段鉆進自然增降斜規律也有影響，從而影響作業效率。

1.6 司鉆的現場操控

現場作業過程中要保持鉆井參數平穩，需要司鉆熟練的操控，保證鉆壓的穩定，避免出現頓鉆、溜鉆的現象。

通過以上因素的調查驗證，綜合評價得出最直接影響館陶組底礫巖段作業效率的主要因素為：（1）底礫巖地層硬度高，可鉆性差；（2）鉆進過程中對鉆頭的磨損嚴重，對鉆頭性能要求高；（3）適當的鉆井參數，保護鉆頭；（4）定向井軌跡的設計及鉆進中扶正器的選擇。

2 提高館陶組底礫巖機械鉆速的關鍵措施

2.1 提高機械鉆速可行性分析

（1）軌跡控制。對定向井軌跡的控制，由于底礫巖段地層較硬旋轉鉆進機械較慢，定向鉆進機械鉆速會更慢，為保證作業效率，盡量避免底礫巖段存在滑動鉆進。

（2）鉆頭優選。底礫巖段對鉆頭的優選和改進尤為重要，增強鉆頭研磨性及強度，增加機械鉆速的同時確保一只鉆頭鉆穿。

（3）參數控制。最佳的鉆井參數能夠保證發揮鉆頭最大功效，排量、轉速、鉆壓的合理配合能夠保證鉆穿的同時機械鉆速最大化。

2.2 針對性策略及實施

（1）制定對策。

表1 針對性策略及實施統計表

（2）按對策實施。

對策實施①：現場鉆井監督與地質監督共同對比鄰井錄井圖、分析地層變化趨勢準確預測底礫巖頂深度，提前30～50m適當降低鉆井參數保護鉆頭，減少PDC鉆頭的磨損，確保一只鉆頭鉆穿底礫巖。

同時現場監督根據現場鉆頭的使用情況及出井后的磨損情況優選鉆頭，選擇7 刀翼19mm雙排齒鉆頭。改進設計方案將原鉆頭上的外排齒防碰節全部改為抗沖擊性能跟好的19mm 外排齒，且盡量向鉆頭心部增加外排齒，整體增加鉆頭抗沖性能。采用平坦的冠型，為了進一步增加鉆頭的工作穩定性，鉆頭心部刀翼的數量有原來的3 個改為4 個；刀翼寬度也由于原來的47mm 增加到65mm。加強鉆頭的保徑強度，保徑上設計有保徑齒、倒劃眼、弧面平躺齒。使用抗沖擊性能更好的大倒角復合片，前排齒和后排齒都使用大倒角復合片。優化鉆頭水利結構。

對策實施②：錦州區塊館陶組上部砂巖含礫，對鉆頭有一定磨損，底礫巖段對鉆頭磨損更為嚴重，為減少鉆頭磨損保證一只鉆頭鉆穿底礫巖，需要降低鉆井參數保護鉆頭。在減少鉆頭磨損的同時，還需要選擇合適的參數增加機械鉆速，發揮鉆頭的最大功效。常規底礫巖參數：鉆壓3t，排量3000L/min，轉速30r/min，現場根據軌跡情況，井斜小于30°井段較短時選擇：鉆壓4t，排量3300～3400L/min，轉速40r/min，井斜30～45°之間時可選擇：鉆壓3t，排量3200～3200L/min，轉速30～40r/min，現場可根據實際情況（鉆頭和馬達磨損情況）實時調節。如底礫巖段剩余較短，鉆頭、馬達工作狀態良好時可適當提高鉆井參數，增加機械鉆速。

對策實施③：作業前，與定向井工程師溝通確定軌跡，避免底礫巖段滑動。鉆進至底礫巖層前提前將井軌跡控制到位，根據鄰井井型、使用的扶正器及增降斜規律選擇合適的扶正器，保證底礫巖段穩斜鉆進，盡量縮小底礫巖段鉆進長度。

2.3 實踐效果

對策實施后，對作業區內JZ25-1S-C/E 平臺前后已鉆井進行統計，通過統計各井在底礫巖段的機械鉆速并進行對比發現（圖2a、2b）。通過前后對比，對策實施后平均機械鉆速得到了提升，確定館陶組底礫巖段鉆進過程中一只鉆頭鉆穿底礫巖，同時提高平均機械鉆速15%，均超過設計目標值。

圖2a JZ25-1S-C 平臺鉆井對策實施前后鉆井時效對比

圖2b JZ25-1S-E 平臺鉆井對策實施前后鉆井時效對比

3 結論

渤海油田錦州25-1 作業區域館陶組地層存在不同厚度的底礫巖，硬度高、可鉆性差且鉆進期間對鉆頭各結構磨損程度大，機械鉆速慢，鉆頭壽命短，在鉆井過程中對鉆進的整體效率有很大一部分的影響，導致機械鉆速低下，影響了鉆井效益。為有效解決底礫巖作業效率低的問題，重點開展了提高底礫巖段機械鉆速效率的關鍵措施技術攻關，并建立了基于鉆井關鍵節點的軌跡控制、鉆頭優選、鉆井參數控制等針對性策略，并結合實鉆井進行了對策實施驗證，通過對策實施前后對比發現對策實施后平均機械鉆速得到了有效提升，效果良好。