车古27井深井小井眼钻井技术

吕兴辉

摘要： 车古27井是中石化重点预探井，由于三开钻遇高压层，技术套管提前下入，使四开小井眼段长度增加，施工难度进一步增大。四开要解决深井小井眼钻进困难、直井防斜难度大、上古生界煤层以及多套压力层系并存等难题。针对以上难点，施工中优选PDC钻头、优化钻具组合及钻进参数、改良低固相聚合物钻井液体系、制定有效的井控技术措施，最终安全高效的完成了深井小井眼施工，取得了丰硕的勘探成果，为深井小井眼钻井技术的发展提供了有益的借鉴。

关键词：车古27井；小井眼；煤层；低固相聚合物钻井液；多套压力层系

1概况

车古27井是中石化在胜利油田车镇区块布置的一口重点预探井，目的是了解车镇凹陷车古27井区古生界含油气情况。该井设计三开技术套管下至下古生界潜山顶（设计井深5280m），由于三开在井深3500.43m（沙三下）钻遇高压层，经反复循环压井，钻井液由设计密度（1.40-1.55）g/cm3逐步提高到1.75g/cm3，大大超出了上古生界地层承压能力，决定提前下入技术套管至上古生界煤岩基线，井身结构的改变将原本三开要解决的地质难题留到四开，施工难度进一步增大。四开地质分层情况如下：上石盒子组4494m，山西组5088m，太原组5224m，本溪组5305m，八斗组5443.5m，上马家沟组5505m，岩性以泥岩、细砂岩、煤层、砂质泥岩、灰质细砂岩、石膏质白云岩、白云质灰岩为主。

2 施工难点分析

2.1 小井眼钻进困难

（1）地层岩性因素

随着井深不断增加，上古生界地层沉积压实程度高，岩石研磨性强，可钻性差；下古生界白云岩、灰岩等岩石的强度高，抗壓和抗剪切能力强。

（2）钻井工具因素

钻进时，钻具同时受轴向应力、扭矩和弯曲力矩作用，产生剧烈的交变应力循环[1]，容易疲劳破坏，发生钻具事故。动力钻具虽然能够满足小钻压、高转速的施工要求，但压耗大，且150°的井底温度对橡胶元件伤害很大，所以动力钻具的使用受到制约。

2.2 小井眼直井防斜困难

古生界地层倾角高达15°，地层可钻性的纵向变化使得钻头径向受力不均，容易造成井斜；小井眼钻具刚性小、易弯曲的特点使得钻具防斜能力差。

2.3 煤层段施工难点

上古生界泥砂岩互层夹多套煤层，厚度1-3m不等。煤层脆性大，受冲击碰撞容易破裂坍塌；煤层节理的微裂缝发育，毛细效应明显，使煤层表面易吸水水化加剧煤层的剥落坍塌[2]。另外，保护煤层气不受污染也是该井的施工重点。

2.4多套压力层系并存

古生界既有高压层，又有裂缝易漏层，存在多套压力层系。施工中既要压稳高压层，又要防止井漏的发生，钻井液密度窗口小，一旦操作不当容易抽汲诱喷、激动压漏地层。施工中还可能钻遇古生界的发育裂缝或者溶洞，形成上喷下漏。

3 主要技术措施

3.1 工程技术措施

（1）优选PDC钻头

根据岩性特点，优选PK5235SJ型5刀翼PDC钻头，采用双级切削结构布齿，镶有16mm进口聚晶金钢石复合片，增大了PDC钻头的抗研磨能力，延长井底作业时间，减少起下钻次数，提高施工效率。

（2）优化井底钻具组合

三开井底井斜和水平位移余量充足，上古生界煤层段以安全钻进为主，简化钻具结构；下古生界控制井斜和水平位移，使用降斜钻具组合。钻穿煤层后，使用钟摆钻具组合降斜，加入Φ148mm欠尺寸扶正器构成“18m单扶”，收到了一定的降斜效果。

（3）优化钻进参数

推荐钻压30KN，钻具受力的中性点落在钻铤上，既能保证钻头切削晶片能够吃入地层，又可以防止钻杆疲劳破坏。推荐转速60RPM，虽然高转速可以获得更高的机械钻速，但钻柱对煤层的撞击也越严重，煤层更易破碎坍塌。推荐排量为17L/s，泵压18MPa，小井眼环空返速为1m/s，完全达到携砂要求。

3.2钻井液技术措施

复杂的地质特点对钻井液性能要求很高，通过对低固相聚合物钻井液体系进行配方改良，使其满足深井小井眼施工要求。主要配方为：0.3-0.4%PAM+1.5-2%KFT+3-3.5%SD-101+0.8-1%AP-1 +2-2.5%沥青+2%超细碳酸钙+0.5-1%DSP-2+润滑剂（适量）。性能参数为：密度：1.15-1.22 g/cm3，粘度：70s，API：<3ml，PH：9，HTHP：<10ml，YP：6-8 Pa，PV：15-20 mP·s。

该钻井液具有很好的功能特点：1、粘切合适，具有很好的悬浮携砂能力；润滑性好，保证钻具起下通畅。2、具有很好的抑制防塌能力，可以抑制泥岩水化膨胀、分散，能有效的防止煤层水化剥落坍塌；3、体系中的超细碳酸钙能提高泥饼质量，增加对地层微裂缝的暂堵能力，提高地层承压性能，防止井漏的发生，达到保护油气层的目的。

3.3井控技术措施

钻进过程中执行设计钻井液密度下限1.15g/cm3，但在5371m短起下作业时发生溢流，钻井液密度提至1.22 g/cm3实现压稳。为防止压漏下部地层，后期钻进时降低钻井液密度，利用环空压耗压稳地层；钻井液中加入随钻堵漏剂和承压堵漏剂，增加地层承压能力；起钻时用搬土浆、DSP-2、随钻堵漏剂配置重稠浆封井，通过提高环空当量比重，增加钻井液结构力，有效的阻滞了气体的侵入，同时进一步加强了地层的承压能力，防止井漏的发生；严格控制起下钻速度，防止起钻抽吸诱喷、下钻激动压力压漏地层。

4 现场应用效果评价

车古27井四开从4942m钻进到5505m完钻，在长达563m的深井小井眼施工中，用时16d3.5h，及时做到风险预判，规避了故障复杂的发生。

（1）高效PDC钻头的使用，两只钻头、两趟钻完成，钻头磨损程度较轻，展示了良好的机械性能。

（2）钟摆钻具通过加入扶正器改变钻具几何结构降斜，节约成本、效果好。

（3）改良后的低固相聚合物钻井液体系高温性能稳定，后期维护简单，现场应用效果良好。

（4）应用的井控技术措施非常成功，避免了井喷、井漏事故的发生。

（5）勘探成果丰硕：录取了古生界的地层压力，为该地层油气开发提供了宝贵的地质资料；目的层测试结果为：6mm油嘴求产，产气77080m3/d，具有很高的开发价值，得到甲方认可。

5 认识和建议

（1）深井钻井排量主要受泵压制约，使用复合钻具[3]能从钻具压耗上有效解放排量。

（2）深井易斜井段尚没有很好的防斜方法，通过改变钻具几何结构控制井斜和位移满足设计要求，需要上部井段留有合适的余量。

（3）在深井小井眼施工中，全新钻具、电动钻机、顶部驱动装置、电动钻井泵等配套设施是安全高效钻井的重要保障。

参考文献：

[1]陈庭根等.钻井工程理论与技术[M].山东东营：中国石油大学出版社，2006

[2]席凤林.无固相钻井液在煤层气中的应用[J].钻井液与完井液，2009（9）

[3]程常修等.剑门1井超深超长小井眼钻井技术[J].天然气工业，2009（7）endprint