浅谈鸭儿峡水平井提高机械钻速

张庆柱，柳 鹏，王 敬，王文强，王振东

（西部钻探工程有限公司国际钻井公司，新疆乌鲁木齐830026）

浅谈鸭儿峡水平井提高机械钻速

张庆柱*，柳 鹏，王 敬，王文强，王振东

（西部钻探工程有限公司国际钻井公司，新疆乌鲁木齐830026）

近年来工作重心主要在鸭儿峡区块，然而定向井、水平井逐渐成为工作重心，如何在水平井中提高机速，同时降低井下风险，缩短钻进周期成为关键。但水平井中使用怎样的PDC钻头、钻具组合及钻井方式能够解决复合增斜率低、滑动工具面不稳定、滑动效果低的问题。结合鸭儿峡区块已施工的水平井情况，分析该区块水平井中的难点，从PDC钻头选型和钻具组合2方面入手，论述复合增斜率低、滑动时工具面难以控制、滑动效果差以及进尺少和钻头磨损严重的问题。充分发挥PDC钻头+螺杆复合钻进的优势，希望在一定程度上能够为提高鸭儿峡区块水平井机械钻速有所建议。

PDC钻头；机械钻速；滑动工具面；滑动增斜率

1 鸭儿峡基本概况

1.1 地质构造

酒泉盆地鸭儿峡油田白垩系油藏鸭西背斜构造，该区块平均地表海拔2600m，地质分层深度及厚度变化不大。表1为本区块的地质分层和底层特性及对应的注意事项。

1.2 鸭儿峡区块水平井施工技术难点

（1）鸭儿峡区块2000m后地层中含有砾石层，对PDC钻头磨损大，导致PDC磨损、崩裂，且PDC复合增斜率不能满足井眼轨迹控制的需要。

（2）井眼轨迹控制难度大。水平段钻遇泥岩砂岩夹层，钻头磨损严重，钻具组合性能不稳，水平段超过300m后摩阻和扭矩大，井下风险高，井眼轨迹控制难度大。

（3）水平段裸眼段长，且受摩阻的影响严重。后期滑动困难易托压，工具面不稳定。

（4）水平段钻具刚性低，柔性强，导致扭矩非常大，在水平段后期表现更为明显，摆放工具面、滑动钻进困难，钻柱易发生疲劳破坏。施工过程中钻具与钻井参数调整范围小，需要根据泵压升值和扭矩情况确定合理的钻压，同时采用连续加压、快速间断加压等方法，以提高施工效率。

2 技术对策

2.1 钻头优选

鸭K1-2H水平段共使用Ø216mmPDC钻头6只，钻头使用情况来看，都已报废，证明此地层岩性胶结紧密，对PDC损坏严重，从而导致机速低且起下钻多，在一定程度上影响机速，延误周期。

鸭K1-3H从2950m进入水平段，仅用3只PDC钻头就已经完成了所有进尺。Ø216mmM1655SS钻头钻进井段2953.00～3165.00m，该段岩性主要以棕红色你只粉砂岩为主，进尺212.00m，纯钻84h5min，机速2.52m/h，起出后钻头崩齿8颗，报废。Ø216mm M1665SSD定向专用钻头累计入井4次，钻进井段3165.00～3782.00m，岩性以棕红色泥岩、棕红色粉砂质泥岩为主，累计进尺617.00m，累计纯钻305h25min，机速2.02m/h，起出后钻头主切削齿磨平，钻头报废。

通过2口井钻头使用分析，机速低、滑动工具面不稳定主要是因为钻头冠部长、部齿角度垂直、刀翼少、钻头接触井底面积小、牙齿吃入地层深、反扭矩大；钻头复合增斜率低、滑动效果差，是因为PDC钻头破岩方式为切削破岩，机械钻速高，螺杆扶正器起不到支点的作用。使用常规PDC钻头定向施工，由于工具面不稳定、托压严重，定向施工难度大，一定程度上影响了施工效率。使用牙轮钻头，可得到一定程度缓解，但起下钻频繁，建议以后在该区块定向施工中，使用定向专用PDC钻头。

（1）将钻头冠部缩短，布齿有20°～30°的倾角,防止牙齿吃入地层太多,减弱钻头的攻击性，减小反扭矩，增加工具面稳定性。

（2）增加防吃入节,防止侧向切入地层过多,减小攻击性，减小反扭矩,稳定工具面。

（3）采用六刀翼,底部平缓，增加井底接触面积,减小反扭矩,工具面控制容易。

（4）提高复合片质量。

表1 鸭儿峡区块地质分层

2.2 优化斜井段钻具组合

斜井段是水平井施工中周期最长，施工难度最大的工程。斜井段施工技术提高，在缩短水平段建井周期、提高全井机械钻速、降低井下风险、降低钻井成本等方面起到很大作用。针对鸭儿峡地层情况，采用强增斜钻具结构，Ø216mm钻头+Ø172mm螺杆1.25°+ Ø165mm定向接头+Ø165mm无磁钻铤+Ø165mm钻铤保证足够的增斜率。技术难点主要存在以下2个方面：（1）地层因素：由于鸭儿峡区块2000m后地层含有砾石，对钻头复合片磨损严重，导致PDC钻头使用率较低，且起下钻存在较大摩阻，起下钻相对困难。建议在定向造斜段优化下部钻具组合，将钻铤换为Ø127mm加重钻杆，有效地改善了井下托压现象，同时降低了粘卡的风险。（2）螺杆扶正器的位置直接影响复合自然增斜率，选择合适的螺杆可以减少不必要的滑动。特别是水平段，要采用稳斜钻具结构进行施工，不同的螺杆稳斜效果也大不一样。

对于同一钻具结构（Ø216mmM1655SS钻头+Ø172mm 1.25°单弯螺杆+Ø178mm浮阀+Ø165mm定向接头+ Ø127mm无磁承压钻杆+Ø127mm加重钻杆×35根+ Ø127mm钻杆），在初始150m井段，该钻具结构表现为增斜，增斜率(2°～3°)/100m，在150～300m井段，该钻具组合表现为稳斜，在最后的井段，该钻具组合表现为强降斜，降斜率（3°～5°）/100m，且滑动增斜困难，不能满足轨迹需求。对于复合片质量低、钻遇砾石含量高的地层，对复合片和冠部磨损严重，因此钻头形成锥状。钻头磨成锥状后，在螺杆扶正器的支点作用下，增斜率变化异常，钻时慢且不能满足轨迹要求。

2.3 造斜点的选择

斜井段根据设计靶前距来选取合适的造斜点，选取适合本井最优剖面设计的造斜点，充分优化轨迹，最大限度地发挥钻头在不同井段的作用。PDC钻头在使用中要做到勤滑动、少滑动、分段滑动，延长PDC钻头的使用井段，提高PDC的滑动效率。同样的靶前距选择不同的造斜点，各增斜井段要求的增斜率也大不一样。

2.4 事故复杂预防措施

（1）根据井眼尺寸，调控合理确保排量适中，携岩及时，泵压控制在泥浆泵额定压力范围之内。

（2）区块地层特点，优选钻井参数，可以通过在同一地层岩性变化不大的情况下，小范围内调整钻井参数，进行对比分析，优选可以快速安全钻进的钻井参数。

（3）井身剖面，尽可能降低过大的全角变化率。优化井下管柱结构设计，使管柱受力分布合理尽量避免螺旋屈曲。采用具有良好润滑性的钻井液体系降低摩阻系数，在钻井液中加入高效润滑剂是降低摩阻和扭矩的主要措施。精确控制井眼轨迹，保证井眼光滑，减少管柱弯曲阻力。

（4）由于水平井的井身剖面由“直—增—稳”或“直—增-稳—增—稳”结构组成，井眼轨迹较为复杂，上部裸眼井段比较长，在深井段携砂困难，在泵的功率受到限制的情况下，根据地层需要，在不同的井段采用不同的钻井液体系及相应的维护手段和处理措施，使钻井液具有较好的悬浮、携带、护壁、防塌、润滑、防卡能力，并且遇到复杂情况及时处理，确保钻井施工顺利。

3 结论和建议

（1）减少水平段地质调整，减少滑动井段，防止垂深猛升猛降，保持井眼轨迹平滑，减少摩阻和反扭矩。

（2）针对PDC钻头在复合钻井方式下增斜率低，继续对螺杆钻具进行优化改进目的是提高钻头配合螺杆复合钻井方式下的增斜率，减少滑动井段提高钻头使用范围，提高斜井段的钻井速度。PDC在滑动钻进过程中出现托压时，应及时上提活动钻具以免钻压突然释放损伤钻头，如托压频繁，可划眼后重新钻进。实际使用PDC滑动时应及时分析上下活动钻具的摩阻以及反扭角大小，确定合理的钻井参数提高滑动效率。继续对PDC钻头进行优化以提高钻头滑动钻进速度和单只进尺为目的。

（3）在水平段钻进过程中，确定最佳的钻井液排量，使仪器、螺杆始终处于最佳的工作状态。接单根前对已钻井眼进行划眼，划眼过程中适当控制下放速度，以求破坏岩屑床和键槽。严格执行短程起下钻措施,以减少岩屑床的形成，同时在每次起钻前充分循环洗井,携带出钻进时滞留在井眼内的岩屑。

（4）当井眼轨迹沿自然方位走，井斜上涨较快，而且定向纠斜效果不是很好，直井段水平位移和井斜都容易超标，这时得加强测斜，及时纠斜，同时定向纠斜时可以采用附带方位，避免朝自然方位走，通过地层倾角来自然降斜，从而使井斜和水平位移在设计要求范围内。

[1]王远，陈勋.分支定向井钻井技术在沈阳采油厂边台区块的应用[J].钻采工艺，2008.

[2]周延军.金平1浅层大位移井定向井钻井工程设计及应用. [J].钻采工艺，2008.

TE242

B

1004-5716(2015)12-0032-03

2014-12-26

张庆柱（1986-），男（汉族），新疆哈密人，助理工程师，现从事钻井工程技术服务工作。