大尺寸井眼钻井技术研究应用

摘要：近几年决胜利油田区块大尺寸井眼日益增多，但大数大尺寸井眼机械钻速较慢，本文针对本公司施工的大尺寸井眼钻井特点、难点进行了分析，找出钻井速度慢的原因，对引起的原因进行了研究，从而改变钻进参数、钻具结构和钻井液体系，来提高机械钻速。通过试验总结完善形成了一套新的施工技术方案。经229口井的运用证明，该技术方案使大尺寸井眼钻井速度有了大幅度的提高，施工周期得到了明显的缩短。为胜利油田今后大尺寸井眼施工方案的制定，实现优质快速钻井提供了技术依据。

关键词： 胜利油田；大尺寸井眼；刮壁器；水力破岩；跳钻

胜利油田多数地区上部井段泥岩极易吸水膨胀，造成井眼缩径，一般地层压力系数在1.00左右。下部泥页岩水敏性强，易垮塌及剥蚀掉块，中间还有断层及不整合面，下部地层压力一般在1.35以上，有的甚至超过1.50。由于随着胜利油田对深层的开发和地层因素，井身结构越来越复杂，需要下技术套管的井在不断增加。胜利油田在井身结构方面已形成比较成熟的方案，采用最多的是Ф311.1mm或Ф444.5mm井眼，下Ф244.5mm或Ф339.7mm技术套管。钻井中大尺寸井眼进尺占的比例也在增加。从近几年大尺寸井眼施工情况可看出进尺比例在大幅度增加，该公司每年施工大尺寸井眼口数、进尺和平均井深均有大幅度增加，大尺寸井眼进尺已由2008年全年的35559m提高到2013年的122961m，其进尺占总进尺比例由1998年的8.61 %提高到2003年的22.36%。以往井深2000米左右的大尺寸井眼平均机械钻速一般在10m/h左右，大尺寸井眼平均施工周期较长，这些问题不但影响钻井效益，制约钻井的发展，同时也影响勘探开发和综合效益的提高。为此，胜利油田提高大尺寸井眼钻井速度，缩短施工周期是亟待解决的问题。

1.大尺寸井眼施工技术现状

本文对2008～2009年本公司大尺寸井眼钻井情况从钻进速度、钻头使用情况、测井成功率、施工周期等方面进行统计分析。可以看出，2008～2009年两年所施工大尺寸井眼平均井深1692米，平均机械钻速9.98m/h，比同期同井段的普通井眼（Ф215.9mm）平均机械钻速25.75m/h低15.77m/h，大尺寸井眼口井平均钻头用量2.20只，平均单只钻头进尺766m，电测成功率82.2%，平均施工周期为17d3h。各项技术指标都较低。较深大尺寸井眼施工速度更慢。可以看出，大尺寸井眼深度超过2000m的几口井各项技术指标更低，平均机械钻速只有8.75 m/h，平均口井用钻头为6只，施工周期25d12h，其中河88井用31d8h。较慢的机械钻速延长了裸眼段的浸泡时间，给井壁稳定带来了许多难题。总之，通过对大尺寸井眼技术现状分析，得出胜利油田大尺寸井眼钻井施工技术落后，速度慢，井下复杂多，钻井成本高。必须研究新的大尺寸井眼施工技术方案，提高大尺寸井眼钻井速度，缩短施工周期，降低钻井成本。

2.提高大尺寸井眼钻井速度技术方案

2.1 研制新型钻头，解决钻头型号单一问题。胜利钻井院开发的胎体大尺寸PDC钻头（P273MF、P273MJ等9种产品）。目前最常用的为P273MF、P273MJ两种。P273MF的主切削齿是复合片，辅助切削齿是硬质合金柱。硬质合金柱布置在复合片后面，且出露适当低于复合片。这种钻头在软地层钻速不慢，而在硬或夹层中也不会太慢。提高了钻头的稳定性，从而提高了钻头的工作性能。P273MJ采用两种尺寸的复合片，一级切削为较大尺寸复合片，二级切削为小尺寸复合片。二级布置在一级后面，且出露高度低于一级。在使用初期，主要靠大尺寸复合片切削，可获得较高的机械钻速，主要适应2200m左右的深度。

2.2多功能钻具结构。通过多口井对不同钻具结构试验，总结出了比较适合大尺寸井眼的塔式钟摆钻具（Ф311.1mm井眼钻具结构为：Ф228.6mmDC*30m左右 +Ф203.2mmDC*40m+Ф308mm（刮壁器）+Ф203.2mmDC*20m+Ф177.8mmDC*30m+Ф127DP；Ф444.5mm大尺寸井眼常采用的钻具结构为：Ф279.4mmDC*30m左右+Ф228.6mmDC*30m左右+Ф440mm（刮壁器）+Ф228.6mmDC*30m左右 +Ф203.2mmDC*40m+Ф440mm（刮壁器）+Ф203.2mmDC*20m+Ф177.8mmDC*30m+Ф127DP（对于大尺寸井眼较深的井，刮壁器可加2～3只，第一只距钻头60m左右，最上一只距钻头300m左右）。改变后的钻具结构不同井眼由于增加了Ф228.6mmDC或Ф279.4mmDC，增大了钻具的强度与吊钻时钟摆效果，不但有利于钻头的防斜，而且由于使用大直径钻铤，增加了下部钻具的刚性与惯性，解决了蹩钻和钻头的早期破坏问题。这种钻具结构即适合PDC钻头的小钻压又适合牙轮钻头大钻压钻进。下刮壁器即起钟摆的支点又对钻出的井眼起到再次修复与清砂作用，能使井眼更加规则，上刮壁器能减少短起下钻的次数，并有利于起下钻等作业。

2.3 提高水力破岩能力。目前水力破岩能量低的主要原因是：一、受钻机动力、设备及辅助系统限制，泵压不能提的太高；二、钻具内水力损失大。为解决该问题，通过改善钻井液性能，提高钻井液悬浮岩屑和携带岩屑能力，从而降低循环排量，达到提高泵压与降低钻具内压力损耗，增大钻头水眼压降，最终达到提高水力破岩能量。同时采用大内径钻具（一般大尺寸井眼可使用Ф140mm钻杆），降低钻具内水力损失。通过采用优质钻井液体系，把循环排量可降低10～20%，泵压可提高2～3MPa，钻头压降提高3～5Mpa。使水力破岩能量得到提高。

2.4钻头的选取与钻进参数。根据大尺寸井眼井深不同，Ф311.1mm井眼二开选用不同的钻头。对较浅的井眼（1500m左右），选用HAT126或HAT127牙轮钻头，一般一只牙轮能钻完进尺。钻进参数：明化镇以上井段采用钻压140～180KN，循环排量在50～60L/s左右，转盘转速180r/min左右。明化镇以下井段采用180～240KN钻压，循环排量在50L/s左右，转盘转速120r/min。大尺寸井眼深度大于1500m的井，由于一只牙轮钻头钻不完设计井深，可把牙轮与PDC钻头结合使用，也可全部选用PDC钻头。

2.5 优选钻井液体系提高井眼的稳定性。优选优配确定了两种钻井液体系。一种是：LS-AOF聚合物防塌体系，其配方为：1% LS-AOF + 2%HPAN+ 0.5%NaOH+2.5% FTJN + 3% QS-1。它适应于井深2200m左右的大尺寸井眼，该钻井液体系特点是抑制性强，具有良好的防塌性和悬浮性、较高的动塑比、性、触变性等，能满足2200m左右大尺寸井眼施工的需要。另一种：硅基聚磺钻井液体系，配方为：1.2% PAM +1% LS-AOF + 1.5%HPAN+ 0.5%NaOH+2～3% FTJN + 3% FT-1+2% SMP+1%SF-1+3% QS-1。它适应于井深3000m左右的大尺寸井眼，该体系具有良好的抗污染及抗温能力，性能稳定，有很强的封堵和护壁能力，有良好的性、触变性。

3.现场应用

W543-x2井设计Φ311.1mm井眼深度2270m，完钻层位沙二段 。二开从井深150m选用P273MF钻头，钻具结构为：Φ311.1mmPDC钻头+Ф228.6mmDC*27.56m+Ф203.2mmDC*18.23+Ф308mm刮壁器+Ф203.2mm DC*9.23m+Ф177.8mmDC*28.10m+Ф127DP。采用LS-AOF聚合物防塌钻井液体系，分段钻井液性能见表4。钻进参数为：循环排量50～60L/s、转盘转速170～180 r/min、钻压40～80KN、泵压14Mpa。当钻至1380m时在其它钻进参数不变的情况下，钻压增到80～120KN，用3天时间钻至井深2270m，单只钻头进尺达到了2120m，平均机械钻速达到了41.24m/h，最大井斜0.90。本井电测一次成功，下技术套管顺利，无任何复杂情况，从开钻到测完声波施工周期为8d。

4.效果分析

通过在不同井深大尺寸井眼技术方案的应用，使单只钻头进尺、机械钻速、电测成功率比以前都有大幅度提高，复杂损失时间和施工周期得到大幅度的降低。2013年与2008年相比，在平均井深增加816m的情况下，单只钻头进尺提高1258m，做到1500m左右的大尺寸井眼用一只牙轮，2700m左右用一只PDC钻头，3000m左右的井用两只钻头钻完进尺，口井平均单井钻头用量由2.20只降到1.24只；平均机械钻速提高13.98m/h，提幅达到140%；电测成功率由72.20%提高到97%，提高24.80个百分点；复杂损失时间由16h/Km左右降到1h/Km；平均施工周期由17d3h降到13d左右。同井深的井相比，施工周期缩短近一半，大尺寸井眼的施工速度已接近普通井眼的速度，经济技术指标提高是显著。