基于日費制管理模式的彬4井鉆井關鍵技術

李 燕， 胡志強， 薛玉志， 梁文龍， 唐文泉， 牛成成

（1.中國石化石油工程技術研究院, 北京 102206；2.中國石化華北油氣分公司, 河南 鄭州 450006）

相比國內石油工程管理常用的大包制管理模式，國外常用的日費制管理模式突出甲方主導作用，有利于提高工程質量、獲得油氣發(fā)現、推動技術進步。為此，中國石化開始采用日費制管理模式。

彬4井是中國石化部署在鄂爾多斯盆地彬長區(qū)塊的一口重點探井，是為鉆井完井日費制管理市場化運行而在國內試點的第一口日費制探井。作為中國石化的重點井，彬4井旨在推廣新技術的集成應用，探索日費制鉆井承包市場化運行模式，完善日費制管理體系。但該井存在一系列鉆井難點：一開井眼垮塌、井漏、蹩跳問題較為突出；二開鉆遇地層研磨性強，可鉆性差；三開井眼擴徑、坍塌掉塊和井漏風險高。

針對彬4井的鉆井問題，從管理和技術兩方面進行研究，采取了相應措施：管理方面，嚴格按照日費制管理體系文件中規(guī)定的管理流程進行管理，采用自下而上扁平化的管理模式，充分發(fā)揮了日費制在管理效率和新技術集成應用方面的優(yōu)勢，強化甲方對目標井的管理責任，實現管理程序的優(yōu)化和生產運行的緊湊高效；技術方面，針對性制定了各井段提速破巖方案，優(yōu)選了各井段的破巖鉆具組合，引入了隔振器、減振扭工具及大扭矩等壁厚螺桿等提速工具[1-4]，特制了高效PDC破巖鉆頭，采用預彎曲鉆具組合，研制了封堵防塌鉆井液，形成了綜合高效鉆井關鍵技術。該技術成功解決了淺層失返性漏失及地層研磨性強、可鉆性差、井眼易失穩(wěn)等鉆井問題[5-9]，同時日費制管理在縮短鉆井完井周期、提高機械鉆速等方面發(fā)揮了重要作用。彬4井的順利施工，對于鄂爾多斯盆地彬長區(qū)塊整體勘探開發(fā)具有重大意義，同時為推廣日費制管理市場化運行模式奠定了良好的基礎。

1 日費制管理模式

科學規(guī)范的項目管理是提高鉆井作業(yè)時效和工程質量的重要保障。國內外油公司考慮作業(yè)風險、鉆井技術水平、鉆井市場供需關系、社區(qū)關系、油價高低等因素，采用不同的鉆井工程管理方式，主要有大包制和日費制2種。此前，中國石化普遍采用大包制管理模式。該模式存在作業(yè)風險較高、油氣井非生產時效高、鉆井周期長、新技術應用程度低、甲方技術管理弱化等問題。為避免出現這些問題，開展日費制研究，形成了“1綱領+1核心+2配套+1平臺”的中國石化鉆井工程日費制管理體系。

“1綱領”指鉆井工程日費制管理試行方案。管理內容為制定日費制管理試行方案，確定日費制管理的工作目標、組織機構及職責劃分。具體而言，是明確領導層、工作辦公室、實施組、運行組等4個層級的責任主體，按建井工序梳理了各層級、各單位的職責分工。

“1核心”指監(jiān)督管理。管理內容為編制監(jiān)督管理制度，科學管理日費制監(jiān)督、規(guī)范日費制監(jiān)督工作程序。具體而言，是針對監(jiān)督工作范圍及原則、基本制度、職責及權力、人員配置與資質要求、日常行為準則、監(jiān)督工作管理及考核等方面，制定監(jiān)督工作基本制度、資質要求、考核辦法，分專業(yè)梳理監(jiān)督管理工作范圍，編制專業(yè)監(jiān)督手冊，指導日費制監(jiān)督科學管理現場服務商。

“2配套”指制度文件和合同模板。管理內容為完成制度文件和合同模板，保障日費制管理運行、提供日費制管理依據。其中，制度文件主要包括日常工作制度、工程設計與審批、新技術論證與審批、技術跟蹤與支持、文檔管理、工作匯報、財務管理、日費制管理激勵辦法等；合同模板是項目管理模式的直接體現，主要包括鉆機服務（日費制）、鉆井液服務（日費制）、錄井服務（日費制）及系列大包制合同（工程設計及技術支持、鉆井提速服務、定向與井身質量監(jiān)測服務、固井服務、測井服務、鉆井廢棄物不落地服務）等方面。

“1平臺”指鉆井工程日費制項目信息管理平臺。管理內容為搭建信息管理平臺，提供信息化手段，實現文檔管理與多方共享，提高管理時效。該平臺為實現日費制項目信息管理及時性和可追溯性提供手段。

2 彬 4 井概況及鉆井技術難點

彬4井位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡南部，主要目的層為上古生界二疊系上石盒子組盒7段、下石盒子組盒1段，兼顧上石盒子組盒4段、盒5段。該井設計為三開井身結構：一開，采用φ311.1 mm鉆頭鉆至井深 401 m；二開，采用φ222.3 mm 鉆頭鉆至井深3 720 m；三開，采用φ152.4 mm 鉆頭鉆至井深 4 060 m。

鄰井彬2井、長探1井在非目的層延長組、劉家溝組均有不同程度的漏失，上古生界泥巖地層井筒穩(wěn)定性差，易坍塌掉塊；石千峰組泥巖地層易失穩(wěn)，砂泥巖互層含煤層，易斜；和尚溝組、劉家溝組泥質粉砂巖研磨性強，可鉆性差，導致機械鉆速偏低；石千峰組、石盒子組泥巖發(fā)育微裂縫、伊/蒙混層含量較高，易出現水力劈裂及水化分散性剝落掉塊；彬2井上古生界平均井徑擴大率37.6%，多次發(fā)生阻卡，掉塊嚴重，地層砂泥巖互層且含頁巖，擴徑、坍塌掉塊、井漏風險高，對鉆井液抗高溫、封堵抑制性提出較高要求。對照鄰井信息，可分析歸納出彬4井鉆遇地層情況及主要鉆井技術難點，見表1。

表1 彬4井鉆遇地層及主要鉆井技術難點Table 1 Drilled strata and main technical difficulties of Well Bin 4

對照設計的井身結構、鄰井信息及表1中所列鉆遇地層的基本情況，可知彬4井主要需解決如下鉆井問題：一開鉆遇地層松軟，需要解決井壁垮塌、井漏、蹩跳鉆問題；二開砂泥巖互層含煤層，和尚溝組、劉家溝組泥質粉砂巖研磨性強，可鉆性差，且井段長，需要加強破巖能力、提速提效并采取防塌措施；三開砂泥巖互層且含頁巖，擴徑、坍塌掉塊和井漏風險高，應以防縮徑、防垮塌、防井漏為主。

3 鉆井關鍵技術

針對彬4井的鉆井技術難點及技術需求，提出了如下技術措施：針對性制定各井段提速破巖方案，特制高效PDC破巖鉆頭，優(yōu)選各井段的破巖鉆具組合，引入隔振器、減振穩(wěn)扭工具及大扭矩等壁厚螺桿等提速工具，采用預彎曲鉆具組合，形成了綜合高效鉆井提速技術；針對地層滲漏、井眼失穩(wěn)和鉆頭泥包等技術難點，在易塌井段選擇強封堵強抑制成膜鉆井液，在易漏失井段強化隨鉆封堵，在儲層段強化油氣層保護，形成了綜合高效鉆井液提速保障技術。

3.1 特殊地層鉆頭優(yōu)化設計

彬4井二開砂泥巖互層含煤層，和尚溝組、劉家溝組泥質粉砂巖研磨性強，含礫石，地層可鉆性級值5～7，對鉆頭的耐磨性、抗沖擊性及使用壽命提出了較高要求。該井段設計使用3只φ222.3 mmS1655FGA2型PDC鉆頭、1只S1646FGA型PDC鉆頭。具體優(yōu)化方案為：1）綜合考慮PDC鉆頭切削齒尺寸、鉆壓、地應力等因素對鉆齒吃入深度的影響，對PDC鉆頭進行精細化設計和優(yōu)化，主切削齒采用進口天然金剛石，并對齒形、布齒密度及布齒角度進行了優(yōu)化；2）優(yōu)化鉆頭冠部弧線，冠頂局部加密布齒，鉆頭外錐局部降低布齒密度，提高鉆頭的機械鉆速；3）在鉆頭主切削位置，斧形齒和柱形齒配合使用對井底預破壞，再用斧形齒進行切削，這種新型的切削結構同時具有較高的抗沖擊性和攻擊性。另外，提高水功率作用，采用小直徑噴嘴高壓噴射，進一步提速、提效。

3.2 鉆具組合優(yōu)化技術

一開井段，采用高效PDC鉆頭配合高轉速螺桿（平均轉速 90～140 r/min）、隔振器、MWD 鉆具組合，采取小鉆壓、低排量鉆至一開完鉆井深402 m；二開井段，優(yōu)選高性能斧形齒和柱形齒，提高鉆頭的抗沖擊性和攻擊性[10]，上部地層偏重于鉆頭攻擊性，下部地層偏重于鉆頭磨耗比，并采用小直徑噴嘴高壓噴射，配合等壁厚大扭矩螺桿（最高超過14 kN·m）、減振穩(wěn)扭提速工具，運用預彎曲鉆具組合設計理念和強化的鉆井、水力參數實現提速提效[11-12]；三開井段，地層為砂泥巖互層且含頁巖，擴徑、坍塌掉塊風險高，以防縮徑、防垮塌和防井漏為主，擬用3只φ152.4 mmS1653FG型PDC鉆頭，配合等壁厚大扭矩螺桿，強化鉆井和水力參數，實現三開井段高效破巖、防斜打直和有效攜巖的目的。彬4井設計的鉆具組合及鉆井參數：

一開鉆具組合為φ311.1 mm PDC 鉆頭＋φ228.6 mm 1.25°單彎螺桿＋φ203.2 mm 無磁鉆鋌+φ309.0 mm 穩(wěn)定器＋φ203.2 mm 鉆鋌+φ172.0 mm 隔振器+φ165.1 mm鉆鋌+φ127.0 mm 加重鉆桿+φ127.0 mm 鉆桿，鉆壓10～100 kN，轉速 40～60 r/min；

二開φ222.3 mmPDC 鉆頭+φ172.0 mm1.25°等壁厚螺桿+φ172.0 mm 恒壓恒扭液力沖擊器+φ218.0 mm穩(wěn)定器+φ165.1 mm無磁承壓鉆桿+MWD短節(jié)+φ165.1 mm 無磁承壓鉆桿+φ165.1 mm 鉆鋌+φ127.0 mm加重鉆桿+φ127.0 mm 鉆桿，鉆壓 60～140 kN，轉速40～60 r/min，排量 28～48 L/s；

三開φ152.4 mmPDC 鉆頭+φ127.0 mm1.25°單彎螺桿+φ126.0 mm無磁鉆鋌+MWD短節(jié)+單流閥+φ150.0 mm 穩(wěn)定器+φ126.0 mm 無磁鉆鋌+φ88.9 mm加重鉆桿+φ88.9 mm 鉆桿，鉆壓 50～100 kN，轉速40～ 50 r/min，排量 12～22 L/s。

3.3 鉆井液封堵防塌技術

針對性制定了各風險井段的鉆井液保障措施：提速井段，選擇無固相鉆井液；易塌井段，選擇強封堵強抑制成膜鉆井液；易漏失井段，強化隨鉆封堵，儲層段強化油氣層保護。由此，形成了綜合高效鉆井液提速保障技術：一開鉆進第四系黃土層或流砂層時，由于膠結松散、欠壓實，分散度高，地層承壓能力差，容易漏失或流砂層發(fā)生垮塌，采用無固相鉆井液鉆進，配合隨鉆封堵材料做好防漏堵漏；二開井段，裸眼段長達 3 300 m，劉家溝組易漏失、石千峰組泥巖地層易失穩(wěn)，漏塌同存矛盾突出，因此，優(yōu)化了強封堵抑制成膜防塌鉆井液配方，鉆井液中膨潤土的含量控制在25～30 kg/m3，鉆進中將KPAM配成0.3%～0.5%膠液并以細水長流方式交替補充，以提高鉆井液的抑制能力和包被能力；三開井段，太原組與張夏組之間不整合面接觸處易發(fā)生裂縫性漏失，嚴格控制鉆井液密度，降低濾失量，做好儲層保護，確保實現地質目的。

4 效果分析

基于日費制管理模式與新技術的融合優(yōu)勢，彬4井鉆井順利。該井完鉆井深4 056 m，鉆井周期35.06 d，完井周期 39.79 d，平均機械鉆速 16.04 m/h，均創(chuàng)彬長區(qū)塊探井紀錄。其鉆井周期、完井周期，與同期大包制管理模式的探井彬3井（鉆井周期55.84 d、完井周期 63.38 d）相比，大幅縮短。

彬4井鉆進中，一開井段僅發(fā)生2次失返性漏失，平均機械鉆速達40.20 m/h，有效降低了鉆井風險，提高了鉆井效率。二開井段有效控制了井斜角，防漏防塌效果顯著，井眼質量良好，井徑擴大率僅5.7%，起下鉆摩阻10～20 kN，平均機械鉆速16.77 m/h（較同井型鄰井提高93.58%）。三開井段，采用了預防為主、固液雙效、兼顧油層保護、多元協同提高承壓效果的措施，并針對垂直縫、平行縫、高角度縫漏失采用多元協同原理增強力鏈強度，采取措施后堵漏成功率100%，承壓6 MPa，壓降0.1 MPa，固井憋壓 11 MPa 候凝，地層承壓效果明顯，鉆井液封堵防塌性能良好，而且固井全程返漿正常，三開平均機械鉆速7.18 m/h，較同井型鄰井提高201.35%。

綜合而言，彬4井單井成本較預算降低169萬元，降幅達12.39%，實現了降本、增效、提速的目標，具有良好的工程示范和借鑒意義。

5 結論與建議

1）針對彬4井鉆遇地層異常復雜等情況，優(yōu)化各井段的破巖鉆具組合，特制高效PDC破巖鉆頭強化破巖能力；采用等壁厚螺桿鉆具提高鉆頭扭矩和轉速；引入隔振器和減振穩(wěn)扭工具，降低井下振動、為鉆頭提供穩(wěn)定鉆壓；采用預彎曲鉆具組合，實現防斜打直。通過優(yōu)化集成各項技術，形成了綜合高效鉆井提速技術。

2）在彬4井易塌井段選用強封堵強抑制成膜鉆井液，在易漏井段強化隨鉆封堵，在儲層段強化油氣層保護，形成了綜合高效鉆井液提速保障技術。

3）相對于同區(qū)塊采用大包制管理模式的鄰井，彬4井在生產時效、鉆井完井周期、復雜情況處理及機械鉆速等方面均有突破，證明日費制管理模式配合綜合高效鉆井提速技術、綜合高效鉆井液提速保障技術后具有非常好的現場效果。而且，彬4井的現場實踐具有可復制性和可借鑒性。

4）建議在鄂爾多斯盆地彬長區(qū)塊繼續(xù)開展日費制管理模式探索，持續(xù)優(yōu)化日費制提速提效模板。同時，嚴格落實市場化招標體制、執(zhí)行“日清月結”制度，加快“日費制”人才隊伍培養(yǎng)；以清單計價為參考，增強市場調節(jié)，探索合理費率。