海塔盆地直快钻井技术及发展方向

段晓岩 孙妍 王楚 路蕊

(1.大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院,黑龙江大庆 163413;2.大庆油田有限责任公司采油一厂,黑龙江大庆 163001;3.大庆钻探工程公司钻井一公司,黑龙江大庆 163453)

海塔盆地直快钻井技术及发展方向

段晓岩1孙妍1王楚2路蕊3

(1.大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院,黑龙江大庆 163413;2.大庆油田有限责任公司采油一厂,黑龙江大庆 163001;3.大庆钻探工程公司钻井一公司,黑龙江大庆 163453)

近年来随着大庆油田稳产形势的需要,海塔探区逐步成为大庆油田又一主战场。经过多年的勘探,虽已形成了一套适合海塔探区的钻井工艺技术,但还没有达到海塔增储上产降低成本的要求,钻井提速势在必行。通过采用复合钻进、机械式随钻测斜仪引入、钻头及钻井参数优选等方法以及涡轮钻井技术等新工艺的应用,海塔盆地开展的直快钻井技术取得了一定的效果,较好地解决了大倾角地层的提速问题。结果表明自行研制有效的防斜打快工具有着良好的市场前景。

海塔探区 复合钻进 机械式随钻测斜仪 参数优选 直快钻井

海塔盆地位于我国东北部，蒙古国东部，属于巨大的中亚-蒙古坳拉槽的一部分。近年来随着大庆油田稳产形势的需要，海拉尔、塔木察格探区逐步成为大庆油田持续稳产的又一主战场。经过多年的勘探，虽已形成了一套适合海塔探区的钻井工艺技术，但与海塔增储上产降低成本的要求还有一定的差距，钻井提速势在必行。

1 海塔盆地直快钻井技术最新成果

1.1 复合钻进技术

1.1.1 复合钻进提速机理

为解决使钻头获得较高的机械能量和水力能量的同时提高钻头进尺这一难题，在海塔地区[1]开展了螺杆钻具配高效PDC、牙轮钻头提高机械钻速的推广应用试验。增大钻压和提高转速都可以大幅度提高钻速。但在深部井段，钻压受到地层条件、钻头承压能力及钻井工艺技术措施的限制。钻压大，钻柱承受的扭矩过大，容易引起钻柱疲劳破坏，造成井下事故，必将延误钻井时间，除此外还引起井斜，故在深井钻井中采用大钻压钻进是不明智的。但只靠转盘速度提高钻头的转速是不够的，因为转盘挡数有限，并且转速高后，一旦遇到特殊情况，转盘很难控制，容易造成钻具事故。在硬地层与钻头相互作用及钻柱与井壁碰撞诱发的剧烈振动严重损坏钻具。相比之下，在保证井眼净化充分的前提下，利用螺杆钻具提高钻头的转速对提高钻速是相当有利的，特别是对于PDC钻头，由于其结构上的特殊性和破岩方式的不同，使之能承受较高的转速[2]。

表1 岩石可钻性试验结果

表2 海塔钻头优选结果

1.1.2 复合钻进方式的优点

通过海塔盆地现场的复合钻进方式的试验，结合实际数据，总结如下：

(1)能有效的减轻转盘负荷，提高钻机的稳定性，延长设备的使用寿命，增加钻机的有效钻井能力。

(2)单弯螺杆在井内，可以适时进行纠斜作业，实现了井斜的连续控制，可稳斜、降斜。(3)间接起到减震器的作用。(4)机械钻速相对提高。(5)防止钻具粘卡。

1.1.3 复合钻进现场应用情况

2009年，海塔盆地钻井施工全部推广了复合钻进工艺技术，在直井段采用旋转加滑移钻进，在纠斜段采用滑移钻进，随时调整井斜和方位，可以连续有效地控制井眼轨迹。实现了适时纠斜作业，及对井斜的连续控制，减少起下钻频次及时间，有效地缩短建井周期。在定向井施工中一套钻具结构即可完成造斜段和稳、降斜段施工。还试验了高速牙轮钻头，尝试和应用了牙轮钻头复合钻进方式，采取降低转盘转数的方式，使之与牙轮钻头的转数配伍。牙轮钻头的平均机械钻速由去年的2.8m/h提高到2009年的4.3m/h，提高了53.57%。有效地解决了纯转盘钻进的诸多难点。

表3 优化钻井参数后与优化前平均机械参数对比表

1.2 机械式随钻测斜仪引入

在实际的应用过程中机械式随钻测斜仪的优点有以下几个方面：

(1)随钻测斜仪节约了单点测斜时间;(2)能够及时检测井斜情况;(3)减少了钻具组合的起下钻次数;(4)发生井斜时，可以直接进行吊打纠斜或螺杆降斜;(5)在不易斜的井段可以解放钻压。

采用机械式随钻测斜仪配合单弯螺杆组成的钟摆钻具进行随钻测斜与控斜，在大磨拐河组以下地层——最深达到2989m，平均每次降斜1.70d，与使用钟摆钻具相比，平均每口井缩短工期近3d。共进行螺杆降斜作业42次，降斜进尺2382.88m。同时解决了因使用常规钻具产生的钻具振动，造成的钻具疲劳破坏，避免了断钻具事故的发生，2009年短钻具事故仅2次。

1.3 钻头及钻井参数优选

1.3.1 岩石可钻性试验和硬度试验

岩石的可钻性是决定钻井效率的基本因素。它反映了钻进时岩石破碎的难易程度，它是合理选择钻进方式、钻头类型和设计钻进参数的依据。所以，研究岩石(或地层)的可钻性对提高钻井效率具有重要的实际意义[3]。

通过对海拉尔-塔木察格盆地已钻井岩心的分析，选择了代表性强的部分井进行岩石的地面实验，从而得出岩石的可钻性及硬度情况(如表1所示）。

1.3.2 钻头及钻井参数优选结果

该方法的优点具有如下优点：(1)可以掌握单井所使用的钻头数量及型号;(2)可以直接得到每只钻头钻达的深度、层位、进尺和钻速;(3)可直观得到单只钻头的钻速对比曲线;(4)形成了钻头在深度上的使用剖面和全井的钻速曲线。

通过该种分析手段，可同时浏览整口井使用的钻头的所有信息。通过对比试验，海塔盆地钻头优选结果如表2。

同时2008年针对海塔地区地层特性，优化钻井参数，提高了机械钻速。如表3所示给出了上部井段参数优化前后机械钻速对比情况，优化后相对于优化前机械钻速提高了35.04%。

以增加排量，提高钻头水马力为主要技术手段，保证泵排量在38L/S～45L/S之间，缩小牙轮钻头的水眼，提高钻头水马力，因上部第四系地层大多是粘土和疏松泥岩，充分发挥钻头水马力的破岩作用，机械钻速显著提高(详见表4)。通过增大排量和使用较大尺寸的表层钻头，使表层井眼偏大，有利于表层套管的下入，加快了下套管的速度，并且63口无一次遇阻。取得了非常好的效果。

2 海塔盆地直快钻井技术发展方向

海塔盆地通过直快钻井技术的配套，钻井速度和质量得到了全面大幅度的提升，随着涡轮钻具的出现和国产垂直钻井系统的实验，海塔盆地的钻井速度有望再上新台阶。

2.1 涡轮钻井技术

减速器涡轮式在普通的涡轮钻具的下方连接一个减速比为i的充油齿轮减速器，使涡轮钻具转速降低至1/i，而涡轮的扭矩增加i倍，从而实现大扭矩、中转速的动力性能。同时与涡轮配套的PDC钻头近年来在国内发展迅速取得了很好的技术经济指标[4]。

涡轮钻井的优点：(1)机械钻速高，行程钻速快，可缩短建井周期，大幅度地降低钻井成本。(2)井身质量好，井径规则;(3)减少钻具疲劳消耗;(4)维修费用低，平均工作100-150h后，仅需更换价格为5000元左右的轴承即可。

2.2 机械式垂直钻井工具

当井眼发生倾斜，偏重机构在自身重力作用下，稳定在井眼低边，上盘阀的扇形口则稳定在井眼高边。钻柱带动壳体和下盘阀旋转，下盘阀有3个导流孔，分别对应活塞，当上盘阀扇形口与下盘阀导流孔重合时，通道被打开，高压钻井液进入活塞缸，推动活塞靠向高边井壁，井壁的反作用力使得钻头在井眼低边的切削量增加，井斜逐渐降低。钻柱继续转动，当下盘阀导流孔与上盘阀扇形口错开时，流体通道关闭，不再驱动活塞推靠井壁。如此循环往复，井斜被适时感应和修正，获得较高钻井速度[5]。目前该工具已完成设计加工与组装，正处于调试阶段。

3 结语

近年来，海塔盆地开展直快钻井技术取得了一定的效果，较好地解决了大倾角地层的提速问题。实钻结果表明各种防斜措施都具有一定的适应性，综合各种因素，自行研制有效的防斜打快工具有着良好的市场前景。

复合钻井技术在海塔地区大面积推广应用试验证明复合钻进技术能够大幅度提高机械钻速，有效控制井斜。通过岩石可钻性研究，优选牙轮和PDC钻头，现场应用良好，钻井周期显著缩短。在易斜井段应用机械式随钻测斜仪配合单弯螺杆组成的钟摆钻具组合随钻测斜和控斜效果显著，平均每口井缩短工期近3d。涡轮钻井有可能在海塔盆地取得突破性进展。

[1]陈嘉玉.提高海拉尔地区钻井速度技术研究[D].2007.6.

[2]云海涛.大庆徐深气田提高钻速技术研究[D].2007.6.

[3]吴鹏.复合钻井工况下牙轮钻头井底轨迹仿真分析及钻头改进[J].江汉石油科技2007,17(3)：37-40.

[4]周英操,张书瑞,刘永贵.大庆外围探井钻井速度的影响因素分析[J].石油学报,2007,28(2)：113-116.

[5]高德利,张辉,潘起峰等.流花油田地层岩石力学参数评价及钻头选型技术[J].石油钻采工艺,2006,28(2)：1-3,6.