海拉爾—塔木察格區(qū)塊提高鉆井效率研究

汪 林

（大慶鉆探工程公司鉆井三公司，黑龍江大慶163453）

1 概述

隨著大慶油田的不斷發(fā)展，海拉爾—塔木察格區(qū)塊的勘探開發(fā)取得了良好的效果。在鉆井過程中，井斜超標(biāo)、井壁坍塌和鉆具卡斷的復(fù)雜情況仍時有發(fā)生。這些技術(shù)難題一定程度上降低了該區(qū)塊的勘探開發(fā)速度和經(jīng)濟(jì)效益。因此需要針對存在的問題進(jìn)行提高鉆井效率的相關(guān)研究。

2 地質(zhì)情況及施工難點(diǎn)

海拉爾—塔木察格區(qū)塊位于蒙古國和內(nèi)蒙古自治區(qū)。斷層和過渡帶較多導(dǎo)致臨井可參考性較差，從而使該區(qū)塊的地質(zhì)構(gòu)造、地層壓力的分布狀況不易弄清。主要地質(zhì)特點(diǎn)是淺部地層成巖性差，膠結(jié)疏松，井塌井漏問題較為突出；南屯組、銅缽廟組地層傾角較大、造斜能力強(qiáng)，不易控制井身質(zhì)量。南屯組和大磨拐河組泥巖厚度較大，大磨拐河組底部、南屯組泥巖層較厚鉆井施工中注意防井塌、防卡、防斜；該區(qū)塊屬于亞寒帶氣候，冬季寒冷漫長，自然條件差，不利于鉆井施工。

3 提高鉆井速度方面

機(jī)械鉆速較低的主要原因：①在大一段至南一段的目的層位，為滿足錄井對返出巖屑的要求，使PDC鉆頭的使用受到限制，而使用牙輪鉆頭則機(jī)械鉆速明顯下降；②在傾角比較大的地層，采用了輕壓吊打的方法來防斜，也降低了機(jī)械鉆速；③南一段下部地層有礫石大量分布，地層可鉆性差，使用牙輪鉆頭進(jìn)一步降低了鉆速[1-2]。

針對上述問題，主要從以下幾個方面進(jìn)行調(diào)整：

（1）井身機(jī)構(gòu)優(yōu)化。針對?！貐^(qū)的表層及上部井段地層較為復(fù)雜的問題，對井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，對井深小于3200m的井使用?374.7mm鉆頭×?273mm套管，對井深大于3200m的井使用了?311.9mm鉆頭×?244.5mm套管的結(jié)構(gòu)，經(jīng)多口井證實(shí)，該種井身結(jié)構(gòu)在加快施工進(jìn)度的同時還可以節(jié)約成本。

（2）鉆頭優(yōu)選。PDC鉆頭方面：為了尋找適合海—塔地層的PDC鉆頭，對R、M、B、F、KM、G系列的鉆頭進(jìn)行了大量對比實(shí)驗(yàn)。通過對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，R系列的?228.6mm PDC鉆頭適用于二開，KM系列的?220mmPDC鉆頭適用于南屯組以上地層，G506、MD3641G的?215mm鉆頭適用于南屯組地層。

牙輪鉆頭方面：由于南屯組以下地層的可鉆性在6級以上，并且存在大量的礫石層，所以需要加強(qiáng)牙輪鉆頭的耐磨性，通過加強(qiáng)鉆頭的保徑功能和強(qiáng)化掌背，使鉆頭的機(jī)械鉆速和使用壽命得到了提高。

4 井壁穩(wěn)定方面

?！貙泳谑Х€(wěn)的主要原因有：①該區(qū)塊上部為強(qiáng)水敏性地層，蒙脫石含量偏高，鉆井過程中易發(fā)生水化膨脹導(dǎo)致縮徑，造成起下鉆困難，并且由于水化膨脹導(dǎo)致井壁坍塌剝落；②地層成巖性差、膠結(jié)疏松，導(dǎo)致井壁易剝落；③中下部大磨拐河下段、南屯組地層微裂縫發(fā)育，粘土含量高，當(dāng)鉆井液濾液進(jìn)入井壁后易發(fā)生井壁失穩(wěn)[3]。

針對上述問題，主要從鉆井液以及鉆井施工工序2方面進(jìn)行調(diào)整。

（1）鉆井液方面。增加鉆井液礦化度，當(dāng)鉆井液礦化度和地層流體礦化度接近后，可大幅度減小由于鉆井液濾液的滲透作用和毛細(xì)管力造成的井壁失穩(wěn)；在微裂縫發(fā)育地層鉆進(jìn)時使用多種封堵劑進(jìn)行復(fù)合封堵，進(jìn)一步降低濾液的濾失量和滲透速度，從而穩(wěn)定井壁延長坍塌周期。

（2）鉆井施工方面：

①控制排量：上部膠結(jié)較差的地層適當(dāng)降低排量，減少井壁沖刷；②減小壓力激動：控制起下鉆速度，分段循環(huán)，開泵不要過猛，避免激動壓力過大憋漏地層；③控制鉆速：上部地層鉆進(jìn)過程中，鉆速不易過快，避免產(chǎn)生泥環(huán)或泥包憋漏地層；④充分使用4級固控設(shè)備，將有害固相及時清除，從而提高鉆井液性能。

5 鉆具失效預(yù)防方面[4]

鉆具失效的原因分析：①該區(qū)塊地層較為復(fù)雜，巖石可鉆性級值高、斷層較多、地層傾角較大等地質(zhì)情況是造成鉆具失效的客觀原因。②鉆具在井下要承受較大的彎曲、振動和軸向載荷等載荷作用，并且應(yīng)力集中在鉆柱螺紋連接處，是導(dǎo)致鉆具失效的根本原因。

針對上述問題，采用如下技術(shù)措施進(jìn)行預(yù)防：①建立鉆柱檔案，根據(jù)使用壽命定期更換；②在礫石層鉆進(jìn)過程中合理調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，適當(dāng)降低鉆壓；③定期對鉆具進(jìn)行探傷，及時更換有疲勞裂紋的鉆具，從而減少斷裂幾率；④建立鉆柱彎曲點(diǎn)計(jì)算模型，根據(jù)數(shù)據(jù)替換彎曲應(yīng)力最大的鉆柱，改變鉆柱受力情況，從而延長鉆柱的使用壽命。

6 應(yīng)用效果

上述研究成果在南21-17、貝20等12口井進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，同比鉆進(jìn)周期縮短了5.6d，平均機(jī)械鉆速提高了10.25%，井身質(zhì)量均合格，取得了較好的應(yīng)用效果。

7 結(jié)論與認(rèn)識

（1）針對海—塔區(qū)塊進(jìn)行的井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化和針對不同地層進(jìn)行的鉆頭優(yōu)選可有效提高機(jī)械鉆速縮短鉆井周期。

（2）對鉆井液體系和鉆井施工工序進(jìn)行優(yōu)化可以有效降低井壁坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）通過建立鉆柱檔案和調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)等工藝措施可以有效降低因鉆具失效帶來的施工問題。

[1]《鉆井手冊》編寫組.鉆井手冊（甲方）上冊[M].北京：石油工業(yè)出版社，1990：395-412.

[2]王關(guān)清,陳元頓,周煜輝.深探井和超深探井鉆井的難點(diǎn)分析和對策探討[J].石油鉆采工藝，1998(1).

[3]王大勛,劉洪,韓松，等.深部巖石力學(xué)與深井鉆井技術(shù)研究[J].鉆采工藝,2006(3).

[4]劉汝山,朱德武.中國石化深井鉆井主要技術(shù)難點(diǎn)及對策[J].石油鉆探技術(shù),2005(5).