鴨K區(qū)塊鉆井提速與鉆頭使用分析

郭寶林 孫慶春 于建克 安川

1．西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安710065;

2．西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆烏魯木齊830026;

3．中石化華北石油工程有限公司五普鉆井分公司，河南新鄉(xiāng)437000

鴨K區(qū)塊鉆井提速與鉆頭使用分析

郭寶林1，2孫慶春1，3于建克2安川2

1．西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安710065;

2．西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆烏魯木齊830026;

3．中石化華北石油工程有限公司五普鉆井分公司，河南新鄉(xiāng)437000

針對(duì)白堊系油藏地層傾角大、夾層多、研磨性強(qiáng)及可鉆性差等鉆探難點(diǎn)，在該區(qū)塊實(shí)施了一系列現(xiàn)場提速措施，包括防斜打快技術(shù)、水利振蕩器試驗(yàn)、個(gè)性化PDC試驗(yàn)、鉆具組合及鉆井液性能優(yōu)化等，旨在解決直井段鉆進(jìn)易斜、定向段工具面不穩(wěn)、托壓嚴(yán)重、井下復(fù)雜事故易發(fā)等嚴(yán)重制約鉆速提高的技術(shù)難點(diǎn)，通過現(xiàn)場試驗(yàn)效果的分析，證明提速成效顯著，為鴨K區(qū)塊的優(yōu)快鉆井積累了成功經(jīng)驗(yàn)。

鉆井提速;個(gè)性化PDC;水力振蕩器;防斜打直

0 前言

鴨K區(qū)塊地處鴨兒峽油田西溝末端且靠近鴨西油區(qū)，油藏埋藏深，主力開采層位白堊系K1g0，兼有鴨兒峽、鴨西、青西油田共同的鉆探難點(diǎn)。地質(zhì)方面:第四系砂礫巖膠結(jié)差，易滲漏;牛胳套－胳塘溝組和柳溝莊組泥巖極易水化膨脹，鉆頭易泥包;第三系白楊河組與白堊系中溝組間不整合面易導(dǎo)致鉆井液漏失、井壁垮塌。工程方面:造斜段滑動(dòng)鉆進(jìn)“托壓”嚴(yán)重，鉆具易粘卡，工具面穩(wěn)定性差，造斜率低;穩(wěn)斜鉆進(jìn)效果不理想，起下鉆更換鉆具組合頻繁［1］，嚴(yán)重制約著該區(qū)塊的鉆井提速。

近幾年，西部鉆探公司以鴨K區(qū)塊鉆井提速和降低事故為重點(diǎn)，開展了一系列優(yōu)快鉆井的現(xiàn)場試驗(yàn)，例如:高速牙輪+螺桿復(fù)合鉆試驗(yàn)、脈沖技術(shù)試驗(yàn)、孕鑲式鉆頭試驗(yàn)、表層鐘擺鉆具試驗(yàn)、垂鉆系統(tǒng)試驗(yàn)、水力振蕩器和個(gè)性化PDC鉆頭試驗(yàn)，通過現(xiàn)場試驗(yàn)效果分析，平均機(jī)速較以往得到明顯提高，實(shí)現(xiàn)了該區(qū)塊的優(yōu)快鉆井。

1 地質(zhì)構(gòu)造概況

鴨K區(qū)塊平均地表海拔2 600 m，位于鴨兒峽油田白堊系油藏鴨西背斜構(gòu)造，地表為丘陵及戈壁，地理位置為鴨兒峽西溝。主力開采層白堊系油層埋藏深、非均質(zhì)性強(qiáng)、油層縱向、橫向差異大、夾層多、研磨性強(qiáng)［1］。

2 地質(zhì)分層巖性描述與巖石力學(xué)分析

鴨K區(qū)塊地質(zhì)分層及巖性見表1，巖石力學(xué)分析見表2～3。

針對(duì)該區(qū)巖石力學(xué)的分析，得出以下認(rèn)識(shí):

1)牛胳套－胳塘溝組地層:地層巖石抗壓強(qiáng)度不高，研磨性低，礫巖非常發(fā)育地層對(duì)PDC鉆頭沖擊嚴(yán)重，可鉆性差。

2)弓形山組和白楊河組地層:地層巖石抗壓強(qiáng)度低，研磨性低，可鉆性較好。

3)白堊系中溝組、下溝組地層:地層巖石抗壓強(qiáng)度和研磨性均較高，可鉆性差，對(duì)PDC鉆頭抗沖擊和抗研磨能力要求高［1－2］。

表1 鴨K區(qū)地質(zhì)分層及巖性描述

表2 巖石抗壓強(qiáng)度

表3 巖石內(nèi)摩擦角分級(jí)

3 影響鉆井提速的難點(diǎn)

1)造斜點(diǎn)通常選在白堊系中溝組，地層研磨性強(qiáng)、可鉆性差(可鉆性7～9級(jí))、機(jī)械鉆速低，滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)，“托壓”嚴(yán)重、需頻繁活動(dòng)防鉆具粘卡。

2)夾層多，研磨性強(qiáng)，PDC鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì)和選型難度大;定向鉆進(jìn)時(shí)，工具面穩(wěn)定性差、造斜率難以滿足實(shí)鉆要求，作業(yè)效率低。

3)地層傾角大致直井段易斜，造斜點(diǎn)前負(fù)位移嚴(yán)重超標(biāo)，增加了斜井段軌跡控制難度。

4)承壓載體以鉆鋌為主，增加了入井鉆具的剛性和摩阻，不利于造斜施工。

5)鉆井液性能要求高，常因與地層配伍性差，易導(dǎo)致井下復(fù)雜事故發(fā)生。

4 鉆井提速試驗(yàn)

4.1 鐘擺鉆具組合

表層采用“2－1”鐘擺鉆具［3－4］，鉆壓施加情況見圖1，平均機(jī)速見圖2，提速效果明顯。

圖1 鉆壓施加對(duì)比

圖2 平均機(jī)速對(duì)比

4.2 復(fù)合防斜打快技術(shù)

復(fù)合防斜打快技術(shù)［5－8］在已推廣應(yīng)用的4口井中取得了良好效果。共使用鉆頭6只，總進(jìn)尺4 512 m，平均機(jī)速4.45 m/h。其中第三系地層總進(jìn)尺3 718 m，平均機(jī)速5.57 m/h，比同地層311 mm井眼平均機(jī)速3.0 m/ h提高了85.67%。

4.3 Power-V垂鉆技術(shù)試驗(yàn)

鴨K 1－8井241 mm井眼829－2 680 m井段試驗(yàn)了Power-V垂鉆技術(shù)［9－10］，鉆壓90－120 kN，控制井斜在0.93°以下，平均機(jī)速8.56 m/h，鉆井周期14.32 d，與鴨K 1－4井同地層相比，機(jī)械鉆速提高22.05%，鉆井周期縮短1.68 d。

4.4 高速牙輪+螺桿復(fù)合鉆進(jìn)試驗(yàn)

在第三系上部礫石層試驗(yàn)高速牙輪+螺桿復(fù)合鉆進(jìn)，平均機(jī)速6.62 m/h，相比常規(guī)鉆進(jìn)機(jī)速5.41 m/h，提高22.36%，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

4.5 脈沖技術(shù)試驗(yàn)

針對(duì)牛胳套－胳塘溝組的夾層難題，試驗(yàn)了脈沖技術(shù)，平均機(jī)速提高了27.34%，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5;在白堊系含砂礫巖試驗(yàn)脈沖［11－12］鉆頭取得突破，相比高速牙輪復(fù)合鉆進(jìn)平均機(jī)速提高54.25%，單只鉆頭進(jìn)尺提高142.99%，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表6。

4.6 孕鑲式鉆頭的試驗(yàn)

在鴨K 1－3井白堊系地層試驗(yàn)高速螺桿+孕鑲［13］金剛石鉆頭復(fù)合鉆技術(shù)，相比常規(guī)鉆進(jìn)，機(jī)速提高38.32%，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表7。

表4 高速牙輪+螺桿復(fù)合試驗(yàn)

表5 脈沖技術(shù)試驗(yàn)(第三系)

表6 脈沖技術(shù)試驗(yàn)(白堊系)

表7鴨K 1－3井孕鑲式鉆頭試驗(yàn)

井號(hào)地層鉆頭型號(hào)井段/m純鉆/h進(jìn)尺/m機(jī)速/(m·h－1)鉆進(jìn)方式鴨K 1－3K1g1DI 2813 127～3 2881091611.48孕鑲+螺桿

4.7 水力振蕩器應(yīng)用

在鴨K 1－7井和鴨K 1－4井造斜段試驗(yàn)水力振蕩器［14－15］，取得一定效果，但在鉆具組合選配、工具安放位置仍需考量，力爭獲得更好的提速效果，對(duì)比數(shù)據(jù)見表8，水力振蕩器構(gòu)造見圖3。

圖3 水力振蕩器構(gòu)造簡圖

4.8 鉆頭試驗(yàn)與選型

4.8.1 鉆頭個(gè)性化試驗(yàn)

本次共試驗(yàn)兩種尺寸、八種型號(hào)的PDC［16－20］鉆頭，其中第三系應(yīng)用效果較好的鉆頭有:T 1665 B、M 1955、SF 56 H 3、FX 55 SX 3;白堊系應(yīng)用效果較好的鉆頭有: TH 1654 S、M 1655 SS，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表9。

4.8.2 鉆頭選型推薦

優(yōu)選PDC鉆頭見表10，如遇礫巖非常發(fā)育、大礫巖時(shí)，需用牙輪鉆頭過度。

表8 兩井鉆進(jìn)參數(shù)對(duì)比

表9 個(gè)性化PDC鉆頭試驗(yàn)

表10 鉆頭選型推薦表

4.9 其他提速建議

4.9.1 加重鉆桿取代鉆鋌承壓

以往的定向井主要以鉆鋌為承壓載體，不僅增加鉆柱與井壁間的摩阻，加劇“托壓”;還增加了鉆具事故幾率。鉆鋌剛性強(qiáng)，在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中，交變應(yīng)力作用，鉆鋌易折斷，而采用加重鉆桿［21］代替鉆鋌不僅可減少鉆具與井壁間的摩阻，降低鉆具事故風(fēng)險(xiǎn)，還可減緩“托壓”，有利于定向造斜的順利施工。

4.9.2 優(yōu)化鉆井液性能

提高鉆井液的抑制性，保證井壁穩(wěn)定;提高鉆井液的潤滑性，有效解決托壓和粘卡;改善鉆井液的流變性，提高鉆屑攜帶能力［22－23］。

5 結(jié)論

應(yīng)用復(fù)合防斜打快技術(shù)和垂直鉆井系統(tǒng)提速效果顯著，且仍存在提速空間。針對(duì)不同地層和巖性，優(yōu)選PDC鉆頭，提速顯著，提速空間大，因此，應(yīng)加大PDC個(gè)性化鉆頭現(xiàn)場試驗(yàn)，甄選出針對(duì)本區(qū)塊的PDC鉆頭。水力振蕩器的現(xiàn)場應(yīng)用表明新工具、新工藝對(duì)鉆井提速有一定幫助作用，后期還應(yīng)做好以下兩點(diǎn):加強(qiáng)新工具、新工藝的研發(fā)力度;對(duì)新工具發(fā)揮最佳性能的各項(xiàng)參數(shù)加強(qiáng)現(xiàn)場試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析。優(yōu)化鉆井液性能可提高與地層配伍性，降摩阻，利于攜帶鉆屑，保持井壁穩(wěn)定。應(yīng)用加重鉆桿降摩阻、減緩?fù)袎?，有利于定向造?還可降低鉆具剛性，防止鉆具事故發(fā)生，實(shí)現(xiàn)安全鉆進(jìn)。

［1］段曉東，張超，王振東，等．玉門鴨K區(qū)塊優(yōu)快鉆井技術(shù)實(shí)踐與認(rèn)識(shí)［J］．石油與鉆掘工程，2014，26(12):16－18．Duan Xiaodong，Zhang Chao，Wang Zhendong，et al．The Optimized Drilling Technology of Practice and Theory in Ya K Block of Yumen［J］．Petroleum and Digging Engineering，2014，26(12):16－18．

［2］陳志學(xué)，孫夢慈，唐學(xué)權(quán)，等．酒東地區(qū)復(fù)雜深井鉆井提速技術(shù)研究與應(yīng)用［J］．西部探礦工程，2011，23(6):60－63．Chen Zhixue，Sun Mengci，Tang Xuequan，et al．The Speed-Increasing of Drilling Research and Application of Complex and Deep Well in Jiudong Region［J］．West-China Exploration Engineering，2011，23(6):60－63．

［3］時(shí)國林，王秀東，丁川，等．單穩(wěn)定器鉆具組合特性分析及應(yīng)用［J］，石油鉆探技術(shù)，2001，23(6):36－38．Shi Guolin，Wang Xiudong，Ding Chuan，et al．The Feature A-nalysis and Application of Single Drilling Centralizer Assembly［J］．Petroleum Drilling Techniques，2001，23(6):36－38．

［4］厲磊．單穩(wěn)定器鉆具組合在陜北定向井中的應(yīng)用［J］．石油鉆探技術(shù)，2000，28(3):13－15．Li Lei．TheApplicationofSingleCentralizerDrilling Assembly in Directional Well of Northern Shaanxi［J］．Petroleum Drilling Techniques，2000，28(3):13－15．

［5］周俊昌，于雄鷹，羅勇，等．復(fù)合鉆井防斜打快技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］．中國海上油氣，2007，19(3):188－191．Zhou Junchang，Yu Xiongying，Luo Yong，et al．The Research and Application of Anti-Deviation and Fast Drilling Technology by Combined Drilling［J］．China Offshore Oil and Gas，2007，19(3):188－191．

［6］陳養(yǎng)龍，魏鳳勇，王宏杰，等．螺桿加PDC復(fù)合鉆井技術(shù)［J］．?dāng)鄩K油氣田，2002，9(4):57－60．Chen Yanglong，Wei Fengyong，Wang Hongjie，et al．The Combined Drilling Technique with PDC Bit＆PDM Drill［J］．Fault-Block Oil＆Gas Field，2002，9(4):57－60．

［7］艾貴成，田宏嶺，李國興，等．青西油田巨厚推覆體防斜打快技術(shù)［J］．?dāng)鄩K油氣田，2008，15(6):97－98．Ai Guicheng，Tian Hongling，Li Guoxing，et al．The Anti-Deviation and Fast Drilling Technology in Giant Thick Nappe of Qinxi Oil Field［J］．Fault-Block Oil＆Gas Field，2008，15(6):97－98．

［8］張敏，楊海濱，李建輝，等．青西推覆體地層防斜打快技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］．西部探礦工程，2014，26(11):87－88．Zhang Min，Yang Haibin，Li Jianhui，et al．The Research and Application of the Anti-Deviation and Fast Drilling Technology in Nappe of Qinxi Oil Field［J］．West-China Exploration Engineering，2014，26(11):87－88．

［9］張俊良，肖科，呂俊川，等．旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)Power-V鉆井技術(shù)應(yīng)用簡介［J］．西部探礦工程，2008，20(4):79－82．Zhang Junliang，Xiao Ke，LüJunchuan，et al．The Drilling Technology Application of Rotary Steering Drilling System Power-V［J］．West-China Exploration Engineering，2008，20(4):79－82．

［10］王洪巖．Power-V垂直鉆井系統(tǒng)在大慶油田方403井的應(yīng)用分析［J］．西部探礦工程，2016，28(2):92－93．Wang Hongyan．The Application Anlysis of Power-V Vertical Drilling System inFang 403 Well of Daqing Oil Field［J］．West-China Exploration Engineering，2016，28(2):92－93．

［11］蔣海軍，廖榮慶．自激振蕩脈沖射流機(jī)理探討［J］．西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1998，20(3):55－58．Jiang Haijun，Liao Rongqing．The Mechanism of Self-Excited Pulse Jet Study［J］．Journal ofSouthwest Petroleum Institute，1998，20(3):55－58．

［12］張玉祥，劉謙，馬上剛，等．自激諧振脈沖射流技術(shù)在玉門地區(qū)鉆井提速中的應(yīng)用［J］．西部探礦工程，2013，25 (12):40－42．Zhang Yuxiang，Liu Qian，Ma Shanggang，et al．The Application of Self-Excitation Pulse Jet Technology in Speed-Increasing of Drilling in YuMen［J］．West-China Exploration Engineering，2013，25(12):40－42．

［13］楊順輝，武好杰，牛成成，等．特種孕鑲塊加強(qiáng)PDC鉆頭的研制與試驗(yàn)［J］．石油鉆探技術(shù)，2014，42(6):111－114．Yang Shunhui，Wu Haojie，Niu Chengcheng，et al．The Development and Test of Special Impregnated Strengthened PDC Bit［J］．Petroleum Drilling Techniques，2014，42 (6):111－114．

［14］劉華潔，高文金，涂輝，等．一種能有效提高機(jī)械鉆速的水力振蕩器［J］．石油機(jī)械，2013，41(7):46－48．Liu Huajie，Gao Wenjin，Tu Hui，et al．A Hydraulic Oscillator Can Effectively Improve the Rate of Drilling［J］．Petroleum Machinery，2013，41(7):46－48．

［15］王建龍，王豐，張雯瓊，等．水力振蕩器在復(fù)雜結(jié)構(gòu)井中的應(yīng)用［J］．石油機(jī)械，2015，43(4):54－58．Wang Jianlong，Wang Feng，Zhang Wenqiong，et al．The Application of Hydraulic Oscillator in Complex Structure Well［J］．Petroleum Machinery，2015，43(4):54－58．

［16］劉謙，王震宇，張敏，等．鴨K區(qū)塊PDC鉆頭選型技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］．西部探礦工程，2014，26(12):29－31．Liu Qian，Wang Zhenyu，Zhang Min，et al．The Research and Application of PDC Bit Type Selection Technology in Ya K Block［J］．West-China Exploration Engineering，2014，26(12):29－31．

［17］李德江．PDC鉆頭在鄂北氣田的研究與應(yīng)用［J］．探礦工程，2004，25(3):36－38．Li Dejiang．The Research and Application of PDC Bit in Gas FieldofNorthernOrdosBasin［J］．Exploration Engineering，2004，25(3):36－38．

［18］程曉東．PDC鉆頭在塔河油田的應(yīng)用與分析［J］．西部探礦工程，2005，21(3):113－115．Cheng Xiaodong．The Application and Analysis of PDC Bit in Tahe Oil Field［J］．West-China Exploration Engineering，2005，21(3):113－115．

［19］高紹智，張建華，李天明，等．適用于礫石夾層鉆井的PDC鉆頭［J］．石油鉆采工藝，2006，28(4):20－21．Gao Shaozhi，Zhang Jianhua，Li Tianyaming，et al．The PDC Bit Suitable for Drilling Gravel Interlayer［J］．Oil Drilling＆Production Technology，2006，28(4):20－21．

［20］幸雪松，樓一珊．一種PDC鉆頭選型新方法研究［J］．鉆采工藝，2004，27(2):21－22．Xing Xuesong，Lou Yishan．A New Method of PDC Bit Selection Study［J］．Drilling＆Production Technology，2004，27(2):21－22．

［21］李克向．鉆井手冊(cè)［M］．北京:石油工業(yè)出版社，1990．DrillingManual［M］．Beijing:PetroleumIndustry Press，1990．

［22］艾貴成，王衛(wèi)國，李德全，等．玉門油田深井抗高溫防塌鉆井液技術(shù)［J］．吐哈油氣．2009，13(1):95－97．Ai Guicheng，Wang Weiguo，Li Dequan，et al．The Drilling Fluid Technology for Anti-High Temperature and Anti-Sloughing in Deep Well of Yumen Oilfield［J］．TUHA Oil＆Gas，2009，13(1):95－97．

［23］盧平，史萬飛，晏林麗，等．青西白堊系鉆井液防硬卡技術(shù)［J］．中國新技術(shù)新產(chǎn)品．2015，06(11):76．LuPing，Shi Wanfei，Yan Linli，et al．The Drilling Fluid Technology for Anti-Sticking in Cretaceous of Qingxi Oilfield［J］．China New Technologies and Products，2015，6 (11):76．

10.3969/j．issn．1006－5539.2016.06.013

2016－06－24

郭寶林(1985－)，男，陜西西安人，工程師，碩士研究生，主要從事特殊工藝井的研究與技術(shù)服務(wù)工作。