城探1井工程设计优化与钻井实践

袁后国

(大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江 大庆 163413)

城探1井工程设计优化与钻井实践

袁后国

(大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江 大庆 163413)

城探1井是大庆塔东区块的首口超7000 m超深井；通过邻井资料分析，优化井身结构、钻具组合、钻井液体系，优选建立了适合古城区块的钻头序列；使用国产液动旋冲工具攻克了塔东Ø241.3 mm井眼的“黑被子”地层提速难题；大幅提高了机械钻速，缩短了钻井周期，为塔东古城区块树立了新标杆。

超深井；钻井；井身结构；钻具组合；钻井液；液动旋冲工具；城探1井

城探1井是一口部署在大庆塔东探区古城低凸起台缘带的风险探井，设计井深7150 m，为该探区沙漠腹地首口超7000 m的超深井。其钻探目的是为了探索古城地区寒武系丘滩体储层含油气性，实现古城地区新层系的突破。

1 城探1井基本情况与难点分析

城探1井位于大庆塔东探区古城区块，西南距参考8井约6.9 km，西距参考7井约11.0 km，东南距参考4井14.6 km。本井设计井深7150 m，实钻井深7280 m。构造位置：古城低凸起。目的层位：寒武系，兼探中下奥陶统一间房组、鹰山组、蓬莱坝组。

本井碳酸盐岩井段长，裂缝发育，井底温度、压力高，使钻井施工风险升高，主要有以下难点：

(1)地表地层疏松，钻表层时易发生圆井窜漏；

(2)上中部井段裸眼段长，地层成岩差、井壁不稳定、泥岩易吸水膨胀；

(3)却尔却克组地层可钻性差，研磨性强，机械钻速低；

(4)寒武系存在盐水层且井底温度高，钻井液易起泡；

(5)长封固段的套管一次性下入对钻机负荷要求高；

(6)由于探井深度大，预测井底温度、压力高，给安全钻井以及测井、固井、测试等作业带来很大难度。

2 钻井工程设计优化

2.1 井身结构优化设计

古城低凸起是在上寒武统-下奥陶统台地边缘相带基础上发育的一个鼻状隆起。已钻探井7口(参考1、2、3、4、6、7、8)，其中参考1、2、3井受车尔臣大断裂影响，钻遇冲断构造带地层，地层变形严重，岩性变化大；而参考4、6、7、8井与城探1井构造相似，借鉴意义大。

通过对邻井钻井资料包括已钻井的地质特点、钻井速度、井身结构、地层压力/温度、复杂情况以及适用技术进行认真分析，借鉴参考8井的塔标Ⅱ结构，四开采用5in+4 in混合钻具，降低四开钻杆循环压耗。设计各层套管下深如下：

一开Ø365.1 mm套管下至800 m封固上部疏松地层，加固井口;

二开Ø273.1 mm套管下至却尔却克组顶部,封固上部水层和易垮塌地层，为三开井控做准备;

三开采用Ø241.3 mm井眼专打却尔却克组来提速，Ø200.0 mm套管下至吐木休克组，分隔压力梯度低的下部地层，四开采用相对低密度专打;

四开Ø168.3 mm钻头钻至设计井深，下Ø139.7 mm尾管固井。若油气显示良好，必要时，Ø200.0 mm套管回接至井口。

2.2 钻具组合优化设计

非易斜井段采用单螺扶或双螺扶钟摆钻具组合，既能控制井斜，又起到了修整井壁的作用，减少了岩屑上返的阻力，保持环空畅通，可有效降低起下钻阻卡显示和环空憋漏等复杂情况。

下部易斜井段，严格测斜，测斜不成功不得继续钻进。若井斜角、水平位移超过设计值时，要减压钻进或采用钟摆钻具纠斜钻进，每钻进20～30 m测斜一次。若钟摆钻具组合纠斜效果不好，可以用弯螺杆纠斜，但要注意“狗腿度”不要超过设计范围。利用LANDMARK软件进行各开次钻具组合校核。

二开设计的钻具组合为：Ø333.4 mm钻头×0.30 m+Ø244.5 mm螺杆×9.10 m+Ø228.6 mm无磁钻铤×9.00 m+Ø228.6 mm钻铤×9.00 m+Ø333.0 mm稳定器×1.50 m+Ø228.6 mm钻铤×9.00 m+Ø333.0 mm稳定器×1.50 m+Ø228.6 mm钻铤×27.00 m+Ø203.0 mm钻铤×126.00 m+Ø203.0 mm随钻震击器×7.24 m+Ø203.0 mm钻铤×27.00 m+Ø139.7 mm加重钻杆×135.00 m+Ø139.7 mm钻杆，校核图见图1。

图1二开钻具组合校核

三开设计的钻具组合为：Ø241.3 mm钻头×0.30 m+Ø172.0 mm螺杆×7.20 m+Ø165.0 mm浮阀×0.80 m+Ø165.0 mm无磁钻铤×9.00 m+Ø165.0 mm钻铤×9.00 m+Ø240.0 mm稳定器×1.50 m+Ø165.0 mm钻铤×9.00 m+Ø240.0 mm稳定器×1.50 m+Ø165.0 mm钻铤×207.00 m +Ø165.0 mm随钻震击器×6.52 m+Ø165.0 mm钻铤×27.00 m+Ø139.7 mm加重钻杆×135.00 m+Ø139.7 mm钻杆，校核图见图2。

2.3 钻头优化设计

图2三开钻具组合校核

图3 四开钻具组合校核

目前塔东区块已钻井数量有限，迄今共钻不到40口井，且多为2005年以前的井，应用钻头型号繁多，单钻头进尺少，部分井单井用钻头超过70只，划眼用钻头超过10%，钻头失效严重，所以开展钻头优化设计需求迫切。

借鉴大庆深层钻头优化经验，根据塔东新近完成的参考6、参考7和参考8井等3口井钻头的应用效果，优选进尺与机械钻速较好的钻头(见图4)进行城探1井钻头设计。主要思路：优先使用PDC钻头，在砾岩层和“黑被子”地层配合使用牙轮钻头；提高上部地层钻进排量，增大钻井液上返速度和水功率，减少二次破岩，预防钻头泥包，提高机械钻速。重点强化钻头保径和使用寿命，建立古城区块钻头应用序列，提高钻井速度。

图4邻井钻头优选

2.4 却尔却克组提速优化设计

奥陶系上统却尔却克组存在一套厚层黑色泥岩(俗称“黑被子”)，硅泥质胶结，岩性极硬，研磨性较强，呈层性较好，横向总地层厚度分布稳定，参考6、参考7和参考8井证实为大段的灰色粉砂岩夹黑灰色粉砂质泥岩，纵向上可分3大段，中下段钻速突然变慢(见图5)。

鉴于扭力冲击器在邻井却尔却克组“黑被子”地层已有应用，能很好地攻克“黑被子”地层；城探1井却尔却克组选用类似扭力冲击器具的国产液动旋冲工具提速。

图5 “黑被子”地层分析

吐木休克组-鹰山组地层有裂缝、地层压力低，容易漏失，宜用常规钻具钻进，以防漏堵漏为主，便于处理井下复杂。

通过邻井资料分析，对比本井却尔却克组岩性，设计推荐城探1井液动旋冲工具应用井段4200～5500 m。

2.5 四开钻井液设计优化

磺化防塌钻井液体系在邻井区块已经取得较好的应用效果，城探1井四开继续选用磺化防塌钻井液体系。

根据邻井参考7井C1-1层测试求产曲线，参考7井实测最高静温181.42 ℃，地温梯度2.75 ℃/100 m；据此推算出城探1井井底地温为196.6 ℃。

“我也是觉得她过分了——可她现在不是怀着孩子了吗？那是我们易家的骨肉啊。再说，那间房，也是太小了，连张一米八的床都搁不下，一米五的，还要靠墙摆……”易非侧过身去了，可妈没有睡，还在絮絮叨叨地说着。

因此，针对四开钻井液体系，在210 ℃条件下开展耐温、抑制能力等性能评价，结果见图6。

图6 钻井液性能评价

体系随高温热滚时间的延长，表观粘度、塑性粘度及动切力等性能参数变化幅度较小，说明高温热滚前后体系性能稳定，具有较强的抗温能力，抗温达210 ℃；一次和二次滚动回收率分别在90%和80%以上，抑制防塌能力突出。

全井钻井液体系如下：

一开：第四系—第三系，选用膨润土-聚合物钻井液体系，密度1.10～1.15 g/cm3；

二开：却尔却克组，选用聚合物-KCl聚磺钻井液体系，密度1.10～1.25 g/cm3；

三开：土木休克组，选用KCl聚磺钻井液体系，密度1.20～1.30 g/cm3；

四开：寒武系，选用磺化防塌钻井液体系，密度1.10～1.20 g/cm3。

施工过程中应注意：(1)在保证钻井安全的前提下，尽量采用密度下限，充分保护油气层；(2)目的层井段采用磺化防塌钻井液；(3)加重材料选用石灰石；(4)目的层堵漏采用可酸溶材料；(5)调整好钻井液性能，清除有害固相。

2.6 钻机选型

该井设计井深7150 m，最大套管质量为Ø200.0 mm套管(0～5513 m)重285.739 t；最大钻具质量为Ø241.3 mm井眼5in钻杆段重211.809 t。

按照钻机钻深能力，应该选择90或者70型加强型钻机。而采用70D型钻机则需要考虑提升能力问题：下Ø200.0 mm套管，考虑浮重提升余量为135 t，可能存在一定的风险。

调研临近区块使用ZJ70D型钻机下大吨位套管的情况，10in套管一次性下入质量达到630 t。若钻井施工与下套管过程正常，选用ZJ70D型钻机能满足要求。

3 现场施工情况

3.1 井身结构

优化后的井身结构设计较适应实际情况，与钻井现场实际井身结构基本符合。

Ø365.1 mm套管下至807.58 m；Ø273.1 mm套管下至奥陶系却尔却克组顶部3209 m；Ø200.0 mm尾管下至鹰山组顶部(3000.68～6310.5 m)；Ø168.3 mm钻头加深钻至井深7280 m。

3.2 实钻钻头与周期

在城探1井实钻过程中使用了螺杆、液动旋冲工具配合PDC钻头钻进，在提高机械钻速降低周期方面取得了显著的效果(见图7)。城探1井实钻钻头27只，较参考8井全井实钻钻头40只，节省13只钻头。

经过优化设计、应用提速措施，以及高效的组织施工，在加深钻进130 m的情况下，全井钻井周期仍未超设计；较邻井参考8井更是节约40余天(如图8所示)。

3.3 液动旋冲工具应用

参考8井与本井却尔却克组井段均为Ø241.3 mm井眼；参考8井使用进口阿特拉扭力冲击器提速，本井采用国产液动旋冲工具提速。提速结果：城探1井提速井段(4357～5490 m)平均机械钻速2.66 m/h，相较参考8井的1.87 m/h，钻速提升42.30%，提速效果优异(参见表1)。

3.4 钻井作业过程中的钻机负荷

经过针对性设计的重难点提示，现场操作人员精细施工，钻机负荷最大的三开钻进及三完下套管作业过程未出现任何事故，顺利完成施工。

4 结论

(1)城探1井提速效果明显，原因包括其井身结构优化设计，钻井液性能以及施工技术，均符合塔东区块的地质和勘探要求，为日后塔东区块钻井设计施工提供了参考。

图7城探1井实钻钻头一览

图8 城探1井钻井周期对比

井号钻头钻进井段/m进尺/m纯钻时间/h机械钻速/(m·h-1)參考8井U416M4675～4875200.0089.002.24MT1355CS4875～5055180.00114.501.57全井平均机械钻速1.87城探1井Q6354357～4954597.00142.754.18Q6354954～5258304.00137.902.20Q6355258～534789.0043.602.04Q6355423.66～549066.3473.300.91全井平均机械钻速2.66

注：城探1井相较古城8井却尔却克组动力钻具提速42.30%。

(2)城探1井三开“黑被子”地层采用国产液动旋冲工具提速，攻克了塔东Ø241.3 mm井眼同类动力钻具提速效果差的难题，既提高了钻速又降低了成本。

(3)优选邻井高效钻头，以PDC提速为主的思路，建立了塔东古城区块钻头序列，应用良好。

(4)70D型钻机负荷可以满足本井三开钻进及下套管作业要求。

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EngineeringDrillingDesignOptimizationandDrillingPracticeofWellChengtan-1/

YUANHou-guo

(Drilling Engineering Technology Research Institute of Daqing Drilling & Exploration Engineering Corporation, Daqing Heilongjiang 163413, China)

Well Chengtan-1 is the first ultra-deep well over 7000m in Tadong block of Daqing oilfield. Through analyzing the data of the adjacent wells and optimizing the wellbore structure, BHA and drilling fluid system, a bit series suitable for Gucheng block was established. Using China-made hydraulic rotary tools, the difficult drilling speed improvement in “black quilt” formation of Tadong, where a Ø241.3mm hole was located, was solved and the drilling cycle was shortened by higher ROP.

ultra-deep well; drilling; well structure; BHA; drilling fluid; hydraulic rotary tools; well Chengtan-1

TE242;P634.5

：B

：1672-7428(2017)08-0045-06

2016-11-10；

：2017-06-07

袁后国，男，汉族，1982年生，石油工程专业，从事钻井工程设计工作，黑龙江省大庆市红岗区八百垧钻井工程技术研究院，1270414327@qq.com。