超深海相定向井元坝205-2钻井技术

唐 勇　王旭东　刘 勇　童 艇

(1. 中石化西南石油工程有限公司四川钻井分公司， 四川 德阳 618000；2. 中石化西南石油工程有限公司钻井工程研究院， 四川 德阳 618000)



超深海相定向井元坝205-2钻井技术

唐 勇1王旭东2刘 勇2童 艇2

(1. 中石化西南石油工程有限公司四川钻井分公司， 四川 德阳 618000；2. 中石化西南石油工程有限公司钻井工程研究院， 四川 德阳 618000)

摘要：元坝205-2井是以上二叠统长兴组顶部礁盖储层为主要目的层的海相超深定向井。实际完钻井深6 767 m，工程地质特征具有地层研磨性强、多压力体系、高温、高压和含H2S等特点。通过优化钻井方案，采用泡沫钻井、气体钻井、进口PDC+高效螺杆、孕镶钻头+高速螺杆等先进工具和工艺，创下该工区泡沫钻进最高日进尺224 m的记录，平均机械钻速比前期试采井提高了47.2%，平均台月效率提高了13.2%。

关键词：元坝205-2; 超深海相; 定向井；钻井技术

四川元坝地区主力气藏长兴组垂深超过6 500 m[1]。地层由上至下分别为白垩系剑门关组、侏罗系蓬莱镇组、遂宁组、沙溪庙组、千佛崖组和自流井组、上三叠统须家河组、中三叠统雷口坡组和下三叠统嘉陵江组、飞仙关组以及上二叠统长兴组。多压力体系表现在下沙溪庙组以上为常压，自流井组至雷四段存在异常高压[2]，嘉陵江、飞仙关组为高压，长兴组为常压。可钻性级值自下沙溪庙组后明显增大，在自流井组至须家河组地层达到8.0～9.2[3]，钻井难度明显增加。元坝205-2井是滚动试采井中以上二叠统长兴组顶部礁盖储层为主要目的层的1口海相超深定向井，设计完钻垂深为6 602 m，斜深为6 719 m。针对多压力系统和复杂的地层情况，采用五开井身结构，第一必封点封隔蓬莱镇组以上易漏层和浅部水层，第二必封点封隔上沙溪庙组底部，第三必封点封隔雷四段顶部气层及雷三段上部水层，第四必封点封隔飞一段中上部地层。通过总结前期施工经验，调研国内外技术现状，优化确定钻井技术方案：上部大井眼尺寸段采用泡沫钻井和气体钻井等欠平衡提速技术；深部高研磨性地层采用优选钻头和动力钻具配套提速技术；同时针对超深、高温和高压特征，优选测量仪器和定向工具，优化轨迹控制技术。采用优化钻井技术方案，该井平均机械钻速比前期试采井提高了47.2%，平均台月效率提高了13.2%，为元坝地区海相超深定向井施工提供了重要的技术参考。

1泡沫钻井技术优化

一开井眼容积大，泵排量有限，环空返排速度低，单位面积钻压小，用常规钻井液机械钻速较慢，且地层易出水，应用空气钻井和雾化钻井时携岩困难，采用泡沫钻井技术能达到提速效果。

钻井液体系配方：清水+0.8%～1.5%发泡剂+0.5%稳泡剂+0.5%CMC。

钻具组合:Φ660.4 mm钻头+浮阀+Φ279 mm钻铤1根+减震器+Φ241.3 mm钻铤5根+Φ203.2 mm 钻铤2根+Φ139.7 mm钻杆。

技术措施：(1)根据钻进时返排的岩屑、泡沫、泵压及扭矩、钻速情况实时调整空气排量和泡沫液排量；(2)根据地层出水量大小适时补充泡沫剂，以保证泡沫浓度能及时将地层水和岩屑带离井筒，利于井下安全；(3)如遇特殊情况钻具必须静止或钻井液必须停止循环且时间较长时，应先停泵，用气体充分循环洗井后，将钻具提到套管内，防止出现井下复杂情况；(4)均匀送钻，并注意立管压力及井下情况，发现立压升高、扭矩变化、蹩跳严重、上提遇卡等井下异常现象时，应立即停钻，活动钻具，随时观察，及时处理。

2空气钻井技术优化

蓬莱镇、遂宁、上沙溪庙组地层硬度高，机械钻速低。二开采用空气钻井技术，设计进入下沙溪庙组顶部，如在上沙溪庙组遇井壁失稳等复杂情况，则提前下套管完钻或转化为钻井液钻进。

钻具组合:Φ444.5 mm牙轮钻头+浮阀+Ф279.4 mm钻铤3根+减震器+Φ229 mm钻铤×6根+Φ203.2 mm无磁钻铤×1根+Φ203.2 mm钻铤×5根 +Φ139.7 mm钻杆。

技术措施：(1)空气钻进过程中应严格按照空气钻井操作规程进行，钻完一个单根后划眼2～3次，修整井壁，充分带砂，保证井径轨迹；(2)空气钻后期由于裸眼井段较长，返砂困难，划眼过程中控制钻压不超过 2 t，接完单根等气压稳定、循环正常后才能下放，避免造成井底憋压；(3)均匀送钻，注意立压和井下情况，发现立压、扭矩变化、憋跳严重等井下异常现象时，立即停止钻进，活动钻具，随时观察，找出原因并待正常后恢复钻进；(4)严格执行钻井方式转换原则，若不适合空气作业时及时转换。

空气钻井累计进尺2 363 m，平均机械钻速12.55 mh。

3深部地层提速技术优化

3.1钻头优选

首先开展元坝构造三轴抗压强度、波速测定、抗张强度、抗剪强度等岩石力学实验。在此基础上，优选测井资料计算模型，建立了岩石力学参数剖面；基于灰色关联聚类法理论[4]和随机统计理论，根据系统过去状态变化的信息，利用功能模拟原理，依据元坝前期16口开发评价井和试采井钻头使用资料历史数据，找到钻头应用效果主要特性和主要影响因素，建立钻井过程各因素间的影响关系，并通过历史拟合，实现功能的同构，进而对元坝205-2井进行钻头优选，结果见表1。

表1　钻头优选方案

在下沙溪庙组至须家河组可钻性较差地层采用进口PDC钻头，在自流井组、珍珠冲段和须二段研磨性较强地层采用孕镶金刚石钻头和加长保径抗冲牙轮钻头，海相地层可钻性较好，采用国产PDC钻头。

3.2动力钻头配套优选

为充分发挥钻头的功效，提高破岩效率，优选动力钻具配套。进口PDC钻头复合片的攻击性、抗冲击性和抗研磨性强，配用进口高效螺杆，扭矩和转速比常规国产螺杆提高35%以上。孕镶金刚石钻头的碎岩机理是以微切削破碎和磨粒磨损为主，与普通金刚石钻头相比，更适用于硬地层，但需要较高的转速。前期配合使用的涡轮钻具具有压耗高、刚性强、易卡钻的缺点。通过调研优选高速螺杆代替涡轮钻具，高速螺杆的转速能达到常规螺杆的2～3倍，能满足孕镶钻头的要求。在海相地层优选功率高的国产螺杆配合国产钻头，效果较好。

优选的钻头和配套的动力钻具应用效果对比见表2。从表2可知：“进口PDC钻头+高效螺杆”比“进口PDC钻头+扭力发生器”机械钻速提高了23.3%，且克服了扭力发生器在Φ314.1 mm井眼里应用效果不稳定的缺点。“孕镶钻头+高速螺杆”在高研磨性地层的机械钻速比“牙轮钻头+常规钻具”提高了55.6%，且单只钻头进尺提高10倍以上；加长保径抗冲牙轮钻头比常规牙轮钻头单只钻头进尺提高了1倍。海相地层应用螺杆复合钻具的机械钻速比常规钻具提高了75.3%。

4超深井定向技术优化

4.1测量仪器和螺杆优选

井底最高温度达150 ℃，静液柱压力达125.8 MPa以上，属于高温高压。根据前期超深井中仪器使用情况统计分析，主要从高温稳定性和信号超长距离传输稳定性2个方面优选了抗175 ℃、172 MPa的APS仪器。前期施工井主要采用进口抗高温螺杆，使用效果较好，但费用昂贵。目前国内高温螺杆通过不断改进，基本能满足元坝超深井的施工要求，因此选择抗170 ℃的国产高温螺杆。在定向段为了提高工具的造斜能力，缩短滑动定向段长度，提高定向效率，优选1.50°单弯螺杆；稳斜段为了达到复合微增斜效果，优选1.25°单弯螺杆。

表2　机械钻速对比

4.2轨迹控制技术

根据直井段的实钻测斜数据、施工工艺特征，以方便施工为主，调整待钻轨迹设计。

在四开造斜段、稳斜段的施工中，主要采用了Φ241.3 mmPDC钻头+5LZ185 mm螺杆(1.50°)+MWD的钻具组合，进行定向增斜钻进。在定向施工过程中采用滑动与复合钻进方式交替钻进。钻进过程中根据测斜结果及时预算井段数据，遇异常情况加密测斜，根据测斜数据及时制定相应的施工措施。造斜段全角变化率略高于设计，预留10°井斜提前复合钻进增斜。统计分析邻井施工中存在方位左漂现象，因此在复合钻进前，方位预留比设计方位大1°～2°。

在五开稳斜段的施工中，采用了Φ165.1 mm PDC钻头+5LZ127 mm螺杆(1.25°)+MWD的钻具组合进行稳斜钻进。施工过程中采用优选钻压的方式钻进，对每根单根的钻进参数详细记录，每次测斜完成后对数据及时分析对比，优选钻进参数，避免井斜和轨迹出现较大的起伏，优选钻压为10～20 kN复合钻进，增斜率为(-1°～3°)100 m,实现了快速高效钻进。

5结语

(1)优化泡沫钻井和气体钻井的钻井参数和工艺，可以进一步提高机械钻速和该技术的应用范围。

(2)在下沙溪庙组至千佛崖组，采用“进口PDC钻头+进口高效螺杆”比前期使用“进口PDC钻头+扭力发生器”机械钻速高，且能解决扭力发生器在Φ314.1 mm井眼里应用效果不稳定的缺点，综合经济效益好。

(3)采用高速螺杆替代涡轮钻具配合孕镶钻头，在高研磨性地层应用效果较好，安全性高。

参考文献

[1] 罗朝东,王旭东,杨峰,等.元坝超深水平井钻井技术跟踪分析[J].重庆科技学院学报(自然科学版)，2014，16(4)：54-57.

[2] 罗朝东,王旭东,龙开雄,等.元坝超深水平井井身结构优化设计[J].石油地质与工程，2012，26(3)：98-100．

[3] 罗朝东，王旭东，龙开雄,等.元坝超深水平井直井段优快钻井技术[J].钻采工艺，2015，38(3)：105-107．

[4] 张辉，高德利.钻头选型方法综述[J].石油钻采工艺，2005，27(4)：1-5．

Drilling Technique of Ultra-Deep Directional Well in Yuanba No.205-2

TANGYong1WANGXudong2LIUYong2TONGTing2

(1.Sichuan Drilling Company,Southwest Petroleum Engineering Co.Ltd.of SINOPEC,Deyang Sichuan 618000,China;2.Drilling Engineering Research Institute,Southwest Petroleum Engineering Co.Ltd.of SINOPEC,Deyang Sichuan 618000,China)

Abstract:Yuanba No.205-2 well belongs to ultra-deep directional well reservoir with the top reef cap rock of Permian Changxing group as the main target layer. Its actual drilling depth is 6 767 m, which has many pressure system, formation strong abrasive, high temperature, high pressure and containing H2S, etc. By optimizing drilling, foam drilling, gas drilling, imports of advanced tools and techniques, such as PDC + efficient screw, impregnated bit+ high-speed screw, we set up a highest speed of 224 m record in the work area of foam drilling; the average mechanical drilling speed ratio increased by 47.2% to the early stage of test well, and the average speed per month improved by 13.2% than the early stage of test well.

Key words:Yuanba No.205-2 well; ultra-deep marine facies; directional well; drilling technology

收稿日期：2015-09-29

基金项目：中石化石油工程技术服务有限公司重点应用开发项目“元坝高研磨性地层提速提效工具研制及新技术工程应用”(SG1301)

作者简介：唐勇(1983 — )，男，工程师，研究方向为钻井工程。

中图分类号：TE242

文献标识码：A

文章编号：1673-1980(2016)03-0054-03