淺談鴨兒峽水平井提高機械鉆速

張慶柱，柳 鵬，王 敬，王文強，王振東

（西部鉆探工程有限公司國際鉆井公司，新疆烏魯木齊830026）

淺談鴨兒峽水平井提高機械鉆速

張慶柱*，柳 鵬，王 敬，王文強，王振東

（西部鉆探工程有限公司國際鉆井公司，新疆烏魯木齊830026）

近年來工作重心主要在鴨兒峽區(qū)塊，然而定向井、水平井逐漸成為工作重心，如何在水平井中提高機速，同時降低井下風險，縮短鉆進周期成為關(guān)鍵。但水平井中使用怎樣的PDC鉆頭、鉆具組合及鉆井方式能夠解決復(fù)合增斜率低、滑動工具面不穩(wěn)定、滑動效果低的問題。結(jié)合鴨兒峽區(qū)塊已施工的水平井情況，分析該區(qū)塊水平井中的難點，從PDC鉆頭選型和鉆具組合2方面入手，論述復(fù)合增斜率低、滑動時工具面難以控制、滑動效果差以及進尺少和鉆頭磨損嚴重的問題。充分發(fā)揮PDC鉆頭+螺桿復(fù)合鉆進的優(yōu)勢，希望在一定程度上能夠為提高鴨兒峽區(qū)塊水平井機械鉆速有所建議。

PDC鉆頭；機械鉆速；滑動工具面；滑動增斜率

1 鴨兒峽基本概況

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

酒泉盆地鴨兒峽油田白堊系油藏鴨西背斜構(gòu)造，該區(qū)塊平均地表海拔2600m，地質(zhì)分層深度及厚度變化不大。表1為本區(qū)塊的地質(zhì)分層和底層特性及對應(yīng)的注意事項。

1.2 鴨兒峽區(qū)塊水平井施工技術(shù)難點

（1）鴨兒峽區(qū)塊2000m后地層中含有礫石層，對PDC鉆頭磨損大，導(dǎo)致PDC磨損、崩裂，且PDC復(fù)合增斜率不能滿足井眼軌跡控制的需要。

（2）井眼軌跡控制難度大。水平段鉆遇泥巖砂巖夾層，鉆頭磨損嚴重，鉆具組合性能不穩(wěn)，水平段超過300m后摩阻和扭矩大，井下風險高，井眼軌跡控制難度大。

（3）水平段裸眼段長，且受摩阻的影響嚴重。后期滑動困難易托壓，工具面不穩(wěn)定。

（4）水平段鉆具剛性低，柔性強，導(dǎo)致扭矩非常大，在水平段后期表現(xiàn)更為明顯，擺放工具面、滑動鉆進困難，鉆柱易發(fā)生疲勞破壞。施工過程中鉆具與鉆井參數(shù)調(diào)整范圍小，需要根據(jù)泵壓升值和扭矩情況確定合理的鉆壓，同時采用連續(xù)加壓、快速間斷加壓等方法，以提高施工效率。

2 技術(shù)對策

2.1 鉆頭優(yōu)選

鴨K1-2H水平段共使用?216mmPDC鉆頭6只，鉆頭使用情況來看，都已報廢，證明此地層巖性膠結(jié)緊密，對PDC損壞嚴重，從而導(dǎo)致機速低且起下鉆多，在一定程度上影響機速，延誤周期。

鴨K1-3H從2950m進入水平段，僅用3只PDC鉆頭就已經(jīng)完成了所有進尺。?216mmM1655SS鉆頭鉆進井段2953.00～3165.00m，該段巖性主要以棕紅色你只粉砂巖為主，進尺212.00m，純鉆84h5min，機速2.52m/h，起出后鉆頭崩齒8顆，報廢。?216mm M1665SSD定向?qū)Ｓ勉@頭累計入井4次，鉆進井段3165.00～3782.00m，巖性以棕紅色泥巖、棕紅色粉砂質(zhì)泥巖為主，累計進尺617.00m，累計純鉆305h25min，機速2.02m/h，起出后鉆頭主切削齒磨平，鉆頭報廢。

通過2口井鉆頭使用分析，機速低、滑動工具面不穩(wěn)定主要是因為鉆頭冠部長、部齒角度垂直、刀翼少、鉆頭接觸井底面積小、牙齒吃入地層深、反扭矩大；鉆頭復(fù)合增斜率低、滑動效果差，是因為PDC鉆頭破巖方式為切削破巖，機械鉆速高，螺桿扶正器起不到支點的作用。使用常規(guī)PDC鉆頭定向施工，由于工具面不穩(wěn)定、托壓嚴重，定向施工難度大，一定程度上影響了施工效率。使用牙輪鉆頭，可得到一定程度緩解，但起下鉆頻繁，建議以后在該區(qū)塊定向施工中，使用定向?qū)Ｓ肞DC鉆頭。

（1）將鉆頭冠部縮短，布齒有20°～30°的傾角,防止牙齒吃入地層太多,減弱鉆頭的攻擊性，減小反扭矩，增加工具面穩(wěn)定性。

（2）增加防吃入節(jié),防止側(cè)向切入地層過多,減小攻擊性，減小反扭矩,穩(wěn)定工具面。

（3）采用六刀翼,底部平緩，增加井底接觸面積,減小反扭矩,工具面控制容易。

（4）提高復(fù)合片質(zhì)量。

表1 鴨兒峽區(qū)塊地質(zhì)分層

2.2 優(yōu)化斜井段鉆具組合

斜井段是水平井施工中周期最長，施工難度最大的工程。斜井段施工技術(shù)提高，在縮短水平段建井周期、提高全井機械鉆速、降低井下風險、降低鉆井成本等方面起到很大作用。針對鴨兒峽地層情況，采用強增斜鉆具結(jié)構(gòu)，?216mm鉆頭+?172mm螺桿1.25°+ ?165mm定向接頭+?165mm無磁鉆鋌+?165mm鉆鋌保證足夠的增斜率。技術(shù)難點主要存在以下2個方面：（1）地層因素：由于鴨兒峽區(qū)塊2000m后地層含有礫石，對鉆頭復(fù)合片磨損嚴重，導(dǎo)致PDC鉆頭使用率較低，且起下鉆存在較大摩阻，起下鉆相對困難。建議在定向造斜段優(yōu)化下部鉆具組合，將鉆鋌換為?127mm加重鉆桿，有效地改善了井下托壓現(xiàn)象，同時降低了粘卡的風險。（2）螺桿扶正器的位置直接影響復(fù)合自然增斜率，選擇合適的螺桿可以減少不必要的滑動。特別是水平段，要采用穩(wěn)斜鉆具結(jié)構(gòu)進行施工，不同的螺桿穩(wěn)斜效果也大不一樣。

對于同一鉆具結(jié)構(gòu)（?216mmM1655SS鉆頭+?172mm 1.25°單彎螺桿+?178mm浮閥+?165mm定向接頭+ ?127mm無磁承壓鉆桿+?127mm加重鉆桿×35根+ ?127mm鉆桿），在初始150m井段，該鉆具結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為增斜，增斜率(2°～3°)/100m，在150～300m井段，該鉆具組合表現(xiàn)為穩(wěn)斜，在最后的井段，該鉆具組合表現(xiàn)為強降斜，降斜率（3°～5°）/100m，且滑動增斜困難，不能滿足軌跡需求。對于復(fù)合片質(zhì)量低、鉆遇礫石含量高的地層，對復(fù)合片和冠部磨損嚴重，因此鉆頭形成錐狀。鉆頭磨成錐狀后，在螺桿扶正器的支點作用下，增斜率變化異常，鉆時慢且不能滿足軌跡要求。

2.3 造斜點的選擇

斜井段根據(jù)設(shè)計靶前距來選取合適的造斜點，選取適合本井最優(yōu)剖面設(shè)計的造斜點，充分優(yōu)化軌跡，最大限度地發(fā)揮鉆頭在不同井段的作用。PDC鉆頭在使用中要做到勤滑動、少滑動、分段滑動，延長PDC鉆頭的使用井段，提高PDC的滑動效率。同樣的靶前距選擇不同的造斜點，各增斜井段要求的增斜率也大不一樣。

2.4 事故復(fù)雜預(yù)防措施

（1）根據(jù)井眼尺寸，調(diào)控合理確保排量適中，攜巖及時，泵壓控制在泥漿泵額定壓力范圍之內(nèi)。

（2）區(qū)塊地層特點，優(yōu)選鉆井參數(shù)，可以通過在同一地層巖性變化不大的情況下，小范圍內(nèi)調(diào)整鉆井參數(shù)，進行對比分析，優(yōu)選可以快速安全鉆進的鉆井參數(shù)。

（3）井身剖面，盡可能降低過大的全角變化率。優(yōu)化井下管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計，使管柱受力分布合理盡量避免螺旋屈曲。采用具有良好潤滑性的鉆井液體系降低摩阻系數(shù)，在鉆井液中加入高效潤滑劑是降低摩阻和扭矩的主要措施。精確控制井眼軌跡，保證井眼光滑，減少管柱彎曲阻力。

（4）由于水平井的井身剖面由“直—增—穩(wěn)”或“直—增-穩(wěn)—增—穩(wěn)”結(jié)構(gòu)組成，井眼軌跡較為復(fù)雜，上部裸眼井段比較長，在深井段攜砂困難，在泵的功率受到限制的情況下，根據(jù)地層需要，在不同的井段采用不同的鉆井液體系及相應(yīng)的維護手段和處理措施，使鉆井液具有較好的懸浮、攜帶、護壁、防塌、潤滑、防卡能力，并且遇到復(fù)雜情況及時處理，確保鉆井施工順利。

3 結(jié)論和建議

（1）減少水平段地質(zhì)調(diào)整，減少滑動井段，防止垂深猛升猛降，保持井眼軌跡平滑，減少摩阻和反扭矩。

（2）針對PDC鉆頭在復(fù)合鉆井方式下增斜率低，繼續(xù)對螺桿鉆具進行優(yōu)化改進目的是提高鉆頭配合螺桿復(fù)合鉆井方式下的增斜率，減少滑動井段提高鉆頭使用范圍，提高斜井段的鉆井速度。PDC在滑動鉆進過程中出現(xiàn)托壓時，應(yīng)及時上提活動鉆具以免鉆壓突然釋放損傷鉆頭，如托壓頻繁，可劃眼后重新鉆進。實際使用PDC滑動時應(yīng)及時分析上下活動鉆具的摩阻以及反扭角大小，確定合理的鉆井參數(shù)提高滑動效率。繼續(xù)對PDC鉆頭進行優(yōu)化以提高鉆頭滑動鉆進速度和單只進尺為目的。

（3）在水平段鉆進過程中，確定最佳的鉆井液排量，使儀器、螺桿始終處于最佳的工作狀態(tài)。接單根前對已鉆井眼進行劃眼，劃眼過程中適當控制下放速度，以求破壞巖屑床和鍵槽。嚴格執(zhí)行短程起下鉆措施,以減少巖屑床的形成，同時在每次起鉆前充分循環(huán)洗井,攜帶出鉆進時滯留在井眼內(nèi)的巖屑。

（4）當井眼軌跡沿自然方位走，井斜上漲較快，而且定向糾斜效果不是很好，直井段水平位移和井斜都容易超標，這時得加強測斜，及時糾斜，同時定向糾斜時可以采用附帶方位，避免朝自然方位走，通過地層傾角來自然降斜，從而使井斜和水平位移在設(shè)計要求范圍內(nèi)。

[1]王遠，陳勛.分支定向井鉆井技術(shù)在沈陽采油廠邊臺區(qū)塊的應(yīng)用[J].鉆采工藝，2008.

[2]周延軍.金平1淺層大位移井定向井鉆井工程設(shè)計及應(yīng)用. [J].鉆采工藝，2008.

TE242

B

1004-5716(2015)12-0032-03

2014-12-26

張慶柱（1986-），男（漢族），新疆哈密人，助理工程師，現(xiàn)從事鉆井工程技術(shù)服務(wù)工作。