桩西深层井钻井提速技术

张国强

摘要：为提高桩西深层井钻井速度，加快勘探开发进程，开展了桩西深层钻井提速技术研究。借鉴国内外深层提速技术成果，分开次、分地层制定了不同的提速对策，确定了PDC使用序列，偏心扩眼器适合于东营组以浅地层防缩径，水力增压器适用于岩石可钻性小于7的井段，轴向振荡器适合于定向井防拖压。经过5口井的应用和总结，平均钻井周期缩短了12%。

关键词：深层钻井偏心扩眼器桩西提速

胜利油田的桩西深层勘探，目的层主要是桩海潜山南部奥陶系八陡组、冶里-亮甲山组，油藏中深4000m，地层压力42.01Mpa，油气比37m3/t，孔隙度2-18 %。中生界和下古生界奥陶系马家沟组一般有断层，岩石多为砂岩、泥岩、火山岩、变质岩等致密性岩石，可钻性差，单只钻头进尺少，机械钻速低。针对这些问题，开展了PDC钻头优选，偏心扩眼器、水力增压器等钻井技術研究，取得了良好的效果。

1 地质特点及钻井难点

1.1 地质特点

桩西深层油气藏以Z169-X2为例，自上而下钻遇14个地质层位，其中有不整合面、假整合面和较多断层。岩性复杂，主要有砂岩、泥岩、熔岩、碎屑岩、砂砾岩及其过渡性岩石，具有多套储集类型。

1.2 钻井难点

1）地层复杂，深层岩石硬度大，可钻级值在10以上，强度超过4500MPa，钻头磨损严重，机械钻速低。

2）部分区块断层、裂缝发育，存在胶结性差的破碎性地层，钻井过程中会出现井漏和井涌等复杂情况。

3）井深大，摩阻扭矩大，钻井液维护困难，井眼清洁不能有效保证。

2 钻井设计优化

2.1 井身结构优化

综合考虑完钻井深、地质层位、岩性、地层压力、三开裸眼段长度和各开次固井施工难度等多种因素。直井段和三开后井段以PDC钻头复合钻进为主，同时应用偏心扩眼器、水力增压器、变径稳定器等配套技术，提高钻井速度，缩短钻井周期，降低钻井成本。

2.2 高效钻头的优选

胜利油田桩西地区，在馆陶组以浅一般选用钢齿三牙轮钻头，东营组以浅地层采用四翼PDC（最大Φ19mm复合片，中密度，双排齿），平均机械钻速达到15.21m/h；沙河街地层上古生界以上采用五翼或六翼的PDC，平均机械钻速达到12.05m/h；下古生界采用进口的六翼PDC，平均机械钻速达到4.21m/h；比以往完成井节省2趟钻，钻进时间缩短了58h。

3 提速工具的配套使用

3.1 偏心扩眼器

偏心扩眼器是一种可接到钻柱中实现随钻微扩眼的工具。主要作用是降低定向井中的狗腿度，清除井下的微狗腿、小台阶，在膨胀性的页岩地层和具有蠕变性的盐膏层、软泥岩层、煤层等井段扩出直径略微大于钻头理论直径的井眼，可减少常规钻井过程中的划眼作业时间，并确保起下钻、电测、下套管、下膨胀封隔器等作业安全顺利。

3.2 水力增压器

水力增压器是一种应用于石油钻井、修井作业中的能量转换装置，它改变了钻井作业中靠下部钻铤的重量施加钻压的传统方式，可在不消耗额外能量、不需要其它特殊设备的情况下，利用循环钻井液的钻头水眼节流压降，作用在活塞上下端面造成推力的差值给钻头加压。解决了特殊钻井作业不能靠下部钻铤的重量施加稳定钻压的技术难题，有效地改变了下部钻具的受力状态，起到了吸震防跳、实现自动送钻、改善钻头和钻具的工作条件，加快钻井速度、减少井下事故、保证井身质量的目的。

3.3 轴向振荡器

轴向振荡器是一种可以把流体运动转化成轴向往复运动，使与工具连接的其他钻井工具在轴向上也往复运动。

3.4 变径稳定器

变径稳定器是一种通过机械构造利用流体的压力变化改变外径的的特殊井下工具，以8寸半井眼变径稳定器为例，它具有以下特点：①三种状态：自由状态、齐平状态（200mm）和伸出状态（215mm），通过开、停泵进行控制状态；②易于操作，钻台可以通过泵压判断工作状态；③处于齐平状态时外径为200mm，保证了井下安全；④外壳采用一体化设计，安全可靠。

4 提速技术集成应用

通过对井身结构优化、高效钻头优选、偏心扩眼器、水力增压器、轴向振荡器、变径稳定器等技术进行集成，深井钻井速度进一步得到提高，制订了以下提速提效原则，实现了深层直井提速技术集成配套：1）一开选用SKG124钢齿牙轮，机械钻速可达到20.00m/h；2）二开井深2500m以浅，采用四翼PDC钻头，结合偏心扩眼器、轴向振荡器、变径稳定器，钻井液采用聚合物润滑钻井液体系，机械钻速达到15.21m/h；3）三开采用五翼或六翼的PDC，结合水力增压器、偏心扩眼器、轴向振荡器、变径稳定器，钻井液采用聚合物润滑和复合盐钻井液体系，平均机械钻速达到8m/h以上；4）四开下古生界采用进口的六翼PDC，采用无固相钻井液体系，平均机械钻速达到3m/h以上。

5 现场应用效果分析

通过科研攻关和现场试验，形成了桩西深层钻井提速技术，取得了良好的效果。2014-2016年累计施工中深井5口，平均井深4746m，平均钻井周期：124.26d，平均建井周期：159d平均机械钻速：4.65m/h，与2011-2013年相比，平均钻井周期缩短14.91d，平均建井周期缩短38.85d。

6 结论

1）桩西深层钻井地层岩性复杂，可采用四翼、五翼、六翼的PDC分段钻进，效果良好，同时打破了东营组以浅地层无法使用PDC钻穿砾石层的现实，实现了一趟钻钻进。

2）偏心扩眼器、轴向振荡器、变径稳定器等井下工具的使用，大大的提高了深井的钻进速度。

3）钻井集成技术结合相应的钻井液配套技术，平均钻井周期缩短了12%，效果良好。

参考文献：

[1]刘希圣.钻井工艺原理【M】.北京：石油工业出版社，1988

[2]石玉章，等.地质学基础【M】.石油大学出版社，2004endprint