大慶深層鉆井提速技術研究

王 嘉

（大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江 大慶 163413）

大慶地區深層的開發區域主要分布于松遼盆地北部，包括徐家圍子區塊、安達區塊、英臺區塊，埋藏深度一般在3900～5200m不等。從上至下鉆遇的巖層特點為泉頭組（主要為砂巖）、登婁庫組（主要為砂礫巖）、營城組（安山巖、角礫巖、凝灰巖、流紋巖、礫巖）、沙河子組（灰白色砂巖、泥巖夾凝灰巖及煤層）。地層的硬度達到2500～5500MPa、巖石的可鉆性級值最高達到10級以上，地溫梯度可達3.75℃～4.15℃/100m、火山巖孔隙度達到6.4%～10.7%，滲透率為（0.5～119）×10-3μm2。登婁庫組以下地層的地層傾角最高可達65°，泉頭組和登婁庫組均有大量含水層，深部地層的巖性不均質性強，存在礫石掉塊、破碎帶和煤層等易發生井下事故的地層[1]。

1 深井鉆井施工難點分析

由于地層的研磨性強、可鉆性差導致鉆進過程中鉆頭行程短、鉆速低。由于地溫梯度可達3.75℃～4.15℃/100m，4500m 深井井底溫度可達180℃以上，個別深井的井底溫度可達240℃以上，因此對鉆井液和完井液抗高溫要求高，一般需滿足抗溫180℃以上，此外由于高溫對隨鉆儀器電子元件和井下螺桿鉆具的損害大，導致儀器工作狀態不穩定螺桿鉆具易失效[2-3]。

徐深氣田的營城組裂縫較發育，存在煤層和破碎帶，井漏問題突出，尤其是水平井更是易發生漏失，曾經有多口井因為井漏導致提前完鉆和填井側鉆。

由于地層傾角大、地層非均質性強和泉頭組以下地層造斜能力強，空氣鉆井、液動旋沖鉆井、渦輪鉆井等提速手段都存在防斜糾偏和提速鉆進之間的矛盾。

由于登婁庫組以上非目的層的含水層較多、鉆遇含水層后出水量大，導致空氣鉆井施工受限，只適用于古深、鶯深等幾個地區，且空氣鉆井所鉆進井段比較短，使應用范圍受到大幅度限制。

2 大慶深井鉆井發展歷程

大慶深部地層鉆井起步于20世紀60年代，代表性的井位有松基6井、芳深1井、朝深2井，總計完成40多口深井，通過實踐施工對深層地質情況有了基本認識。受技術能力限制，當時的鉆井周期平均在800d 以上。1963 年 3 月開鉆并于 1966 年 6 月完鉆的松基 6 井是當時國內第一口深井，完鉆井深達到4718.77m，為獲取地質資料和摸索深井鉆井經驗提供了寶貴的資料，也為后續的深井超深井打下了基礎。

20世紀90年代至21世紀初，大慶油田先后在芳深6、芳深10等井開展了鉆頭優化、鉆具組合優化、鉆井參數改進和鉆井液體系研發等技術攻關，大幅度提高了鉆井速度，減少了鉆井周期，使4000m左右深井的鉆井周期降低到200d左右。

2000～2010 年開展了徐家圍子深井會戰，通過個性化鉆頭優選、欠平衡鉆井、氣體鉆井、霧化/泡沫鉆井等技術的綜合使用，進一步提高了機械鉆速，使平均鉆井周期降低到了150d左右，同比減少了50d，取得了明顯的降本增效效果。

2010年至今，大慶油田在鉆井提速方面增加了高效鉆頭、液動旋沖工具和渦輪鉆具等新技術的集成應用，進一步提高了深井鉆井效率。使深井的平均鉆井周期降低到了100d以內，同比上一階段又減少了50d以上。

3 深井提速所開展的科技攻關

3.1 井身結構優化方面

將四層套管結構精簡為三層套管結構，表層套管封固地表松散地層，約下深至300m 左右；技術套管下深至泉一段—登婁庫組，通過減少套管結構，減少了固井作業次數并節約了等停時間和鉆井成本；技套淺下，著陸-40°左右，或只下到直井段，從而減少311mm 井眼造斜；減小井眼尺寸，直井段?311mm 到?215mm，水平段?215mm到?152mm。

3.2 鉆頭優選方面

通過與國內外鉆頭廠家及科研院所合作，針對大慶深層各區塊開展巖石力學和地層特性分析，得出鶯深、古深區塊巖石抗壓強度最高，其次為徐深、升深，而肇深、宋深、達深相對較低。尤其是達深區塊為所有區塊中最低，4000m抗壓強度僅為10000～14000psi[4]。依據巖石力學分析結果、PDC鉆頭吃入極限理論（抗壓強度不大于18000psi）和地層含礫巖情況，建立了大慶深層各區塊常規PDC使用極限深度，極限深度見表1。

表1 大慶深層區塊PDC使用極限深度分析

3.3 井下動力鉆具推廣方面

為解決極硬、高研磨地層鉆進難問題，在鉆具組合中加入了渦輪鉆具開展試驗。與渦輪配合的鉆頭經歷了PDC—牙輪—孕鑲金鋼石等多個階段，最終實踐證明，具有高轉速、高功率、耐高溫、動力輸出平穩的渦輪鉆具，配合孕鑲金剛石鉆頭，可解決研磨性地層鉆速慢的難題[5-6]。

為了進一步提高機械鉆速，解決PDC 鉆頭在深層使用時具有極限深度而牙輪鉆頭效率低鉆速慢的難題，開展了扭力沖擊器+螺桿的現場提速試驗。在宋深X井的現場試驗過程中，機械鉆速同比提高了2倍以上。

為提高PDC 鉆頭的破巖效率和使用壽命，開展了液動旋沖工具的研制與現場試驗。液動旋沖工具改變了PDC 鉆頭的破巖方式，每分鐘可沖擊2000 次以上，在鉆井液壓差作用下，鉆頭與井底間發生高頻切削，進一步拓展了PDC鉆頭在大慶深部地層的應用空間。

4 總體配套技術方面

大慶鉆探在大慶不同深井區塊還開展了包括鉆井工藝研究、鉆井液體系研究、固井及水泥漿研究、鉆完井工具配套等多方面技術研究。形成了滿足不同地層和不同井型的鉆井提速技術，取得了良好的現場試驗效果，鉆完井配套情況見表2。

表2 鉆完井配套技術

5 結論及建議

（1）深井鉆井提速是一項長期艱巨的系統工程，需要建立以首席專家和各級學術帶頭人為主的技術支持團隊，并需要多部門協同配合共同努力。

（2）應該與地質部門密切結合，深入研究深層巖石可鉆性、研磨性和硬度，分層建立特性剖面，為鉆頭優選提供依據，從而提高鉆進效率。

（3）應繼續開展高性能提速工具的研發及應用，加強設備儀器的配套。