河南油田泌416井鉆井技術(shù)

黃國(guó)昌，王 維，李 平,唐 陳，劉 炳，李 劍

(1.中國(guó)石化河南石油工程有限公司技術(shù)裝備處，河南南陽(yáng) 473132；2.中國(guó)石化河南石油工程有限公司鉆井工程公司)

河南油田泌416井鉆井技術(shù)

黃國(guó)昌1，王 維2，李 平2,唐 陳2，劉 炳2，李 劍2

(1.中國(guó)石化河南石油工程有限公司技術(shù)裝備處，河南南陽(yáng) 473132；2.中國(guó)石化河南石油工程有限公司鉆井工程公司)

泌416井是河南油田泌陽(yáng)凹陷南部陡坡帶栗園鼻狀構(gòu)造一口重點(diǎn)預(yù)探井，該井地層自上而下含有礫石，地層研磨性強(qiáng)，可鉆性差，給鉆井施工增加了難度，通過(guò)采取鉆頭優(yōu)選、鉆井液優(yōu)化等相應(yīng)的技術(shù)措施，克服了機(jī)械鉆速低、鉆井液污染嚴(yán)重、摩阻大等技術(shù)難點(diǎn)，保證了該井的順利完鉆，同時(shí)也獲得該區(qū)塊鉆井的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

泌陽(yáng)凹陷；泌416井；鉆井技術(shù)

泌416井是泌陽(yáng)凹陷南部陡坡帶栗園鼻狀構(gòu)造一口重點(diǎn)預(yù)探水平井，設(shè)計(jì)井深3 215 m，水平位移1 073 m,鉆探目的是落實(shí)南部陡坡帶泌416井區(qū)核三段巖性-斷層圈閉的含油氣性，尋找新的增儲(chǔ)空間。本井鉆井周期70.5 d，完井周期82.3 d，平均機(jī)械鉆速4.12 m/h。泌416井采用三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 泌416井井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

1 泌416井鉆井難點(diǎn)分析

(1)上部地層新生界第四系平原組、新近系鳳凰鎮(zhèn)組地層疏松易垮塌,含有大段砂巖流砂層，地層造漿性不強(qiáng)，容易出現(xiàn)“糖葫蘆”井眼，中途測(cè)斜、接單根過(guò)程中易發(fā)生沉砂卡鉆，一開(kāi)下套管易遇阻。

(2)上部地層經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期開(kāi)發(fā)，注水井密布，導(dǎo)致一些層位壓力異常，易發(fā)生溢流、井涌等復(fù)雜情況。

(3)為了滿足鉆井施工及深部勘探的要求，封隔不同的壓力系統(tǒng)及保護(hù)油氣層，二開(kāi)為大尺寸井眼(φ311 mm)，機(jī)械鉆速低(5.8 m/h)，比相同井段φ216 mm井眼9 m/h機(jī)械鉆速降低了36%；地層自上而下含有礫石，PDC鉆頭使用受限，只能選用517、537系列牙輪鉆頭。

(4)本井巖性以砂巖、泥巖、含礫砂巖為主，地層研磨性強(qiáng)，復(fù)雜地層導(dǎo)致跳鉆嚴(yán)重，鉆具易疲勞損傷、發(fā)生斷鉆具故障(鄰井安2050井?dāng)嚆@具13次)，單只鉆頭進(jìn)尺少，易發(fā)生掉牙輪鉆頭故障。

(5)本井存在離子污染(SO42-、CO32-、HCO3-及Ca2+等)，對(duì)鉆井液切力、失水影響較大，維護(hù)泥漿性能難度大。

(6)該井的三靶心定向井，最大井斜30°，水平位移1 067 m，斜井段長(zhǎng)、扭矩大、摩阻大，給施工帶來(lái)較大的難度。

2 關(guān)鍵鉆井技術(shù)

2.1 鉆頭優(yōu)選技術(shù)[1-4]

鉆頭是破碎巖石的主要工具，機(jī)械鉆速的快慢取決于鉆頭型號(hào)與地層巖性是否匹配。

(1)一開(kāi)選用了江西產(chǎn)的MP2G鋼齒鉆頭，鉆頭特點(diǎn)是牙齒長(zhǎng)，適合上部極軟地層，有利于提高機(jī)械鉆速。實(shí)鉆用了2只MP2G鉆頭鉆完297 m，純鉆時(shí)間為87.5 h，平均機(jī)械鉆速為3.35 m/h，使用情況較好。根據(jù)實(shí)鉆情況，起出鉆頭牙齒磨損嚴(yán)重，一開(kāi)井深超過(guò)300 m使用鑲齒鉆頭。

(2)二開(kāi)根據(jù)地層研磨性強(qiáng)、跳鉆等特點(diǎn)，共優(yōu)選6只鉆頭(表2)，其中使用3只鑲齒鉆頭HJT517G，其特點(diǎn)是：金屬密封鉆頭，適用高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)；帶有中心噴嘴和掌背強(qiáng)化，更利于清洗牙齒和井底凈化，并具有防止鉆頭尺寸磨小等功能。要求大井眼311 mm螺桿鉆牙輪鉆頭純鉆時(shí)間控制在40 h以內(nèi)，為降低井下風(fēng)險(xiǎn)，嘗試試用PDC鉆頭，本井二開(kāi)使用三只PDC鉆頭，總體使用效果不錯(cuò)，使用情況如下：第一只為入井二次的河北銳石生產(chǎn)M1953鉆頭，5刀翼19 mm復(fù)合片，本井進(jìn)尺98 m，鉆頭肩部復(fù)合片崩齒，本體磨損；第二只為武漢地大生產(chǎn)的WH461-5鉆頭，五刀翼，19 mm復(fù)合片，進(jìn)尺為120 m，起出鉆頭肩部磨損嚴(yán)重，未能發(fā)揮PDC使用效果；第三只PDC鉆頭根據(jù)前兩只PDC鉆頭的使用情況，及時(shí)與廠家溝通，優(yōu)選PDC鉆頭選型，著重提高鉆頭的穩(wěn)定性以及加強(qiáng)PDC鉆頭保徑齒能力，優(yōu)選黃河旋風(fēng)HF336GL鉆頭進(jìn)尺323 m,機(jī)械鉆速7.18 m/h，使用效果好，為泌304區(qū)塊上部地層PDC鉆頭使用上提供了成功案例。

表2 泌416井二開(kāi)鉆頭使用情況

(3)三開(kāi)共使用了17只鉆頭，其中使用5只PDC鉆頭，12只牙輪鉆頭，使用情況見(jiàn)表3。在三開(kāi)鉆頭選型上結(jié)合二開(kāi)PDC鉆頭使用情況，及時(shí)與PDC鉆頭廠家技術(shù)人員溝通，優(yōu)化三開(kāi)PDC鉆頭，重點(diǎn)強(qiáng)化PDC鉆頭肩部的穩(wěn)定性，增加雙排齒、增大后傾角等措施，強(qiáng)化PDC復(fù)合片的研磨性，提高三開(kāi)鉆井機(jī)械鉆速，優(yōu)選2只黃河旋風(fēng)的HF335GLF鉆頭,從表2看，其在進(jìn)尺和機(jī)械鉆速方面使用效果比較理想；后使用江漢KMD1363DAR鉆頭效果不理想，起出鉆頭磨損嚴(yán)重。優(yōu)化牙輪鉆頭選型，選用江漢MD537HX鉆頭。但使用效果并不理想，進(jìn)尺與成本不成正比，性價(jià)比上低于HJT537G鉆頭。由于使用牙輪鉆頭存在判斷困難、掉牙輪等風(fēng)險(xiǎn)，后又嘗試使用黃河旋風(fēng)的HF236HLF和武漢地大的WH461P-6鉆頭，效果均不理想。

本井三開(kāi)鉆頭使用總結(jié)經(jīng)驗(yàn)如下：①井深在2 100 m以內(nèi)使用黃河旋風(fēng)生產(chǎn)PDC鉆頭HF335GLF效果好,機(jī)械鉆速高。②由于地層研磨性強(qiáng)等特點(diǎn)，選用混鑲金剛石保徑的MD537HX鉆頭并不能長(zhǎng)時(shí)間使用，發(fā)揮不出其效果，從經(jīng)濟(jì)效益上選用HJT537G鉆頭更加適宜。

2.2 復(fù)合鉆井技術(shù)

復(fù)合鉆井技術(shù)諸多優(yōu)點(diǎn)使得該技術(shù)在深井提速中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，技術(shù)也比較成熟。其基本的底部鉆具組合是“高效鉆頭+動(dòng)力鉆具”，動(dòng)力鉆具主要有螺桿和渦輪兩種，螺桿主要是配合高效牙輪鉆頭和PDC鉆頭，近年來(lái)高效能PDC鉆頭和高性能的螺桿鉆具發(fā)展很快，為PDC鉆頭復(fù)合鉆井技術(shù)的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。在地層和泥漿泵條件允許的情況下，應(yīng)用成熟的高效鉆頭復(fù)合鉆井技術(shù)可大幅度提高機(jī)械鉆速。本井可鉆性差、研磨性強(qiáng)，在高轉(zhuǎn)速條件下容易造成鉆頭先期磨損，可選用低轉(zhuǎn)速、大功率螺桿鉆具，同時(shí)施加更大鉆壓，提高機(jī)械破巖能量。

表3 泌416井三開(kāi)鉆頭使用情況

3 鉆井液工藝技術(shù)

3.1 鉆井液體系優(yōu)選

3.1.1 一開(kāi)直井段采用聚合物鉆井液體系

開(kāi)鉆后將配制好的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的PAC141膠液加入鉆井液中，提高大井眼(φ444.5 mm)攜帶和懸浮巖屑的能力，鉆進(jìn)中逐漸混入45 m3中轉(zhuǎn)站泥漿，鉆至301 m，適當(dāng)提高黏度，充分循環(huán)鉆井液，保持井底清潔，確保順利下入套管固井。

配方為：5%膨潤(rùn)土+0.3%Na2CO3+0.3%～0.5%包被劑PAC141

3.1.2 二開(kāi)井段采用低黏低固相聚合物鉆井液體系

二開(kāi)前徹底清理循環(huán)系統(tǒng)泥砂，將一開(kāi)鉆井液用清水和膠液沖稀至膨潤(rùn)土含量40 g/L左右，加入0.3%～0.5%PAC141、0.5%～1%SHN-1調(diào)整鉆井液性能：黏度在40 s左右，密度不大于1.10 g/cm3。開(kāi)鉆后將鉆水泥塞污染的鉆井液加入適量純堿防止鈣離子污染。

上部地層造漿嚴(yán)重，因此將大分子處理劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到0.3%～0.5%，提高鉆井液體系的抑制能力。鉆進(jìn)中及時(shí)補(bǔ)充PAC141、SHN-1大小分子聚合物膠液，保持聚合物濃度，增強(qiáng)鉆井液的抑制性。

進(jìn)入造斜段逐漸混入中轉(zhuǎn)站含油泥漿約90 m3，含油量1.5%，以提高體系的潤(rùn)滑性能。根據(jù)情況調(diào)整處理劑配方，維護(hù)鉆井液性能穩(wěn)定。

嚴(yán)格控制鉆井液中的劣質(zhì)固相含量和低密度固相，在保證帶砂和井下安全前提下，保持低密度、低黏切，以提高PDC鉆頭機(jī)械鉆速。

配方：4%～5%膨潤(rùn)土+0.3%～0.5%純堿+0.3%FA367+0.3%～0.5%PAC141 +0.5%～1%SHN-1+1%～2%DF +1%白油+加重劑

3.1.3 三開(kāi)井段采用聚合物鉆井液體系

三開(kāi)前徹底清理循環(huán)系統(tǒng)泥砂，開(kāi)鉆后將鉆水泥塞污染的鉆井液加入適量純堿，防止鈣離子污染。鉆進(jìn)中及時(shí)補(bǔ)充大小分子聚合物膠液，保持聚合物濃度，增強(qiáng)鉆井液的抑制性。鉆井液處理劑盡可能按設(shè)計(jì)配方配成膠液，按循環(huán)周加入鉆井液中，盡量不要將干粉處理劑直接加入循環(huán)鉆井液中。

根據(jù)井下需要加入4%～6%頁(yè)巖2井油基泥漿，使含油量達(dá)到3%～5%，以提高體系的潤(rùn)滑性能，加入KJ-1,提高體系的降濾失、抗污染能力。

完鉆前提前處理好鉆井液，維護(hù)性能均勻穩(wěn)定。起鉆前適當(dāng)提高鉆井液黏度，封閉下部井段，大循環(huán)2周，充分清潔井眼，振動(dòng)篩無(wú)明顯返砂，以保證電測(cè)作業(yè)、下套管的順利進(jìn)行。

配方：4%～5%膨潤(rùn)土+0.3%～0.5%純堿+0.2NaOH+1%SHN-1+0.5FA367+0.5%～0.7%PAC141+0.5CP-I+1%～2%KJ-1+0.5%SFT+0.5%DF-1+3%～5%油+加重劑

3.2 鉆井液復(fù)雜情況處理

為提高機(jī)械鉆速，三開(kāi)將鉆井液密度降至1.10 g/cm3，黏度42～45 s；鉆進(jìn)至1 640 m，失水增大到16 mL，濾液分析檢測(cè)，CO32-含量1 130 mg/L、HCO3-含量2 871 mg/L，SO42-含量4 315 mg/L，判斷發(fā)生堿或堿水污染鉆井液。處理措施：用生石灰消除污染，用抗鹽降失水劑KJ-1和潤(rùn)滑劑調(diào)整性能，并用膠液進(jìn)行維護(hù)，在以后的鉆進(jìn)中定期加入適量的生石灰，預(yù)防污染。

3.3 油基泥漿使用情況

該井在三開(kāi)鉆進(jìn)至井深2 150 m時(shí)，接單根上提摩阻15～18 t，下放摩阻約6 t，上提摩阻、扭矩增加。為降低井下風(fēng)險(xiǎn)，要增加鉆井液潤(rùn)滑劑含量。使用泥漿中轉(zhuǎn)站油基泥漿。油基鉆井液組分： 80%白油+28%CaCl2水+乳化劑+其它。

加入頁(yè)巖2井油基鉆井液前后，循環(huán)井漿潤(rùn)滑性進(jìn)一步得到提高，泥餅更加致密光滑，摩阻系數(shù)有所降低；上提鉆具摩阻降至10～12 t，下放摩阻降至4～5 t，效果明顯；混入頁(yè)巖2井油基鉆井液后，Ca2+含量升至808 mg/L，漏斗黏度變化不大，切力稍有升高，鉆井液性能基本穩(wěn)定。在鉆進(jìn)至井深2 180 m，分兩次又加入6 m3油基泥漿，泥漿含油量達(dá)到4.5%，摩阻系數(shù)降至0.06。

4 認(rèn)識(shí)與建議

(1)泌416井在地層中部鉆井過(guò)程中使用“PDC+螺桿”鉆具成功鉆穿礫石層，機(jī)械鉆速較牙輪鉆頭提高了36%，縮短了鉆井周期，大大降低了井下風(fēng)險(xiǎn)。

(2)優(yōu)化鉆井液體系，加強(qiáng)鉆井液的日常維護(hù)處理，提高攜巖和清潔鉆頭能力，避免重復(fù)鉆進(jìn)；在增加鉆井液潤(rùn)滑性上，大膽嘗試混用油基泥漿，解決摩阻大、井下托壓的問(wèn)題，大大降低鉆井成本。

(3)在深井鉆進(jìn)過(guò)程中建議使用139.7 mm鉆桿代替127 mm鉆桿，降低鉆具內(nèi)壓力消耗，降低動(dòng)力設(shè)備負(fù)荷，提高鉆頭可用水力能量。

(4)利用復(fù)合鉆井技術(shù)，改變鉆具的受力狀況，避免井下鉆柱過(guò)度磨損、失效(刺斷)，提高鉆井時(shí)效，提高鉆井速度。

(5)鉆井是一個(gè)系統(tǒng)工程，是鉆井工藝、工具、鉆井液技術(shù)、操作管理等各方面的綜合體現(xiàn)，只有多方面都做好了，才能提高鉆進(jìn)速度。

[1] 陳庭根，管志川.鉆井工程理論與技術(shù)[M].山東東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2010：58-70.

[2] 吳波，匡立新.合理優(yōu)選PDC鉆頭是提高深井機(jī)械鉆速的有效途徑[J].鉆采工藝，2011，24(2)：75-76，82.

[3] 李士斌，寧海川.PDC鉆頭的優(yōu)選方法[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1999,23(3):86-88.

[4] 李貴賓，馬金山.大港油區(qū)PDC鉆頭個(gè)性化優(yōu)選提速實(shí)踐[J].鉆采工藝，2010,33(4):114-118.

編輯：李金華

1673-8217(2015)06-0108-03

2015-05-20

黃國(guó)昌，工程師，1984年生，2008年畢業(yè)于西安石油大學(xué)石油工程專業(yè)，現(xiàn)從事鉆井技術(shù)管理工作。

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