河50新丛式井组高效能钻头的优化分析

徐福海

摘 要：钻头是钻井施工形成井眼的重要工具。优选高效能钻头是提高钻速，加快钻井速度的重要途径。河50新丛式井组，上部地层打直防斜防碰，优选HAT127三牙轮钻头；下部地层，根据井段长短和防碰设计，大胆选用PDC或H517钻头，基本实现了2只钻头打完1口井，很好地解决了河50新丛式井组钻井技术难点，共完成交井34口，完成进尺88792m，平均井深2611.54米，最高机械钻速达到 38.87 m/h，平均机械钻速为19.40 m/h，井身质量全部合格，为丛式井组钻井施工优选钻头提供了技术支撑。

1 概述

钻头是钻井作业形成井眼的重要工具，选用高效能钻头则是提高钻速，加快钻井速度的重要途径。随着科学技术的不断进步，钻头的种类越来越多，出现了许多优质高效能钻头；随着钻井行业的不断发展，科学钻井对钻头的要求也越来越高。大量钻井实践证明，优化钻头选型，是实现科学钻井的需要[1-5]。河50新丛式井组的钻井成果就是很好的例证。

河50新丛式井组完成33口斜井，1口直井，完钻层位：沙二段10口；沙三段24口。全是二开井，造斜点深1052～2254m，完钻垂深2070.41～3032.95m，斜深2175～3202m。

2 技术难点

河50区块，于1989年投入开发，部署完成42口7个平台丛式井，号称“河50丛式井组”。目前，由于套管破损、管外窜槽，导致油水井沙三段不能正常开采，均上返沙二段生产。为完善井网，恢复注水，补充地层能量，在该区块老井台之间部署油水井34口，分7个平台丛式井，场景是5台32型钻机同时施工作业，具有以下技术难点。

2.1 新老井网密集防碰难度高

河50区块地处东营市西城区，位于自西北至东南走向纵向384m、横向110m的院墙圈围区域内，老井网株距3-5m，行距不足70m；新丛式井部署于老井台之间，新老井网密集，无疑，增加了防碰难度。

2.2 直井段防碰难度大

河50新老丛式井組井位密，井距小。新丛式井除同台第一口井外，皆为整拖施工井，整拖距离一般在2.7-2.8m，为直井段防碰增加了难度。

2.3 井身轨迹控制困难

河50新丛式井多是长裸眼聪明定向井，靶区半径都设计在15m之内，而且有20口井设计为双靶，井身轨迹控制比较困难；新老井眼交错，布满了地下整个三维空间；何况80年代定向井技术水平低，仅靠电子单点或多点仪器及人工目测读数进行定向，那么所提供依据的准确度偏差大，造成了施工井绕障是难点，防碰是重点。

3 优选高效能钻头

为实现优快钻井，有效解决存在的钻井技术难点，河50新丛式井组，主要在优选高效能钻头方面，见到了实实在在的效果。

3.1 直井段优选HAT127钻头

HAT127是一种软地层高效能钻头。为了上部直井段防斜，防碰，提高机械钻速和行程钻速，丛式井施工，上部地层直井段一般不直接选用PDC钻头，尤其是自第二口井开始及后续施工井，为防止直井段井眼间相碰，各井直井眼轴线应保持平行，绝不能相交，给造斜井段打好基础。固然，直井段吊打能够防斜，然而，钻井时效却很低。因此，采取了同一井台中，直井段使用相同的钻具组合、相同的钻头和喷嘴组合、相同的钻井参数，既可防碰，又可适当加大钻压提高钻速，以提高直井段钻井时效，一般选用HAT127三牙轮钻头。

河50新丛式井组共选用HAT127三牙轮钻头46只，完成进尺47023.64 m，平均机械钻速 36.77 m/h，单只钻头总进尺达1022.25m。

3.2 定向井施工优选PDC钻头

PDC钻头无活动零部件，使用寿命长，能较大幅度的提高钻井速度，特别是在定向井施工中，定向造斜、增斜、稳斜，配合使用高效螺杆动力钻具，能一次性完成斜井段的钻进，减少了起下钻时间，从根本上杜绝了掉牙轮事故的发生。尤其是在中硬地层，牙轮钻头靠冲击压碎方式破岩，机械钻速低，而采用剪切破岩的PDC钻头，配合使用转盘和螺杆复合高转速，能很好的提高机械钻速，并且PDC钻头的钻压低，可减少钻铤的入井数量，简化钻具结构，防止井下复杂情况和事故的发生，大大提高了单只钻头总进尺。所以，优选PDC高效能钻头是提高钻井综合经济效益的有效途径。

河50新丛式井组共使用PDC钻头23只，完成进尺22431.36 m，平均机械钻速11.15 m/h，单只钻头总进尺达975.28m。

3.3 下部防碰井段优选HJ517钻头

HJ517钻头是适用于软到中硬地层的高效能牙轮钻头。牙轮钻头的使用原则是使钻压与钻速的乘积始终等于一个常数，所以，搞好牙轮钻头钻压与钻速的匹配是提高机械钻速的关键，尤其在丛式井下部定向斜井段，为了防碰，更是为了一旦相碰，绝不能将老井套管碰坏，理应优先选用HJ517钻头，再配合合适的钻井参数和水利参数，平稳的操作，不但降低不了机械钻速，而且还有利于及时准确的判断井下。

河50新丛式井组共使用HJ517钻头14只，完成进尺 8108.34 m，平均机械钻速 15.33 m/h，单只钻头总进尺达579.17m，其中有2只牙轮钻头使用过程中与老井相碰，喜的是判断及时准确，都未碰坏老井套管。

4 实施效果

河50新丛式井上部地层打直防斜防碰，优选HAT127钻头；下部地层，根据井段长短和防碰设计，优选PDC或H517钻头，基本实现了2只钻头打完1口井。共完成交井34口，完成进尺88792m，平均井深2611.54米，最高机械钻速达到 38.87 m/h，平均机械钻速为19.40 m/h，井身质量全部合格。

钻井施工离不开钻头，实现科学钻井，离不开优选高效能钻头。随着科学技术的不断发展和钻井速度的不断加快，大规模的优选高效能钻头，将使科学钻井的技术变得更加丰富多彩，更加完善，不断加快和提高钻井速度。

5 结论

1）丛式井组同一井台中，在上部地层直井段选用HAT127三牙轮钻头，采用相同的钻具组合、相同的喷嘴组合、相同的钻井参数，既可防碰，又可适当加大钻压提高钻速，。

2）大胆应用PDC高效能钻头是提高钻井综合经济效益的有效途径。

3）防碰井段，优选HJ517钻头，优化钻井参数和水利参数，平稳的操作，有利于提高机械钻速，还有利于及时准确的判断井下。

参考文献：

[1]唐志军、邵长明，集成钻井新技术优化钻井工程设计应用分析 钻井工程 2007.5.11-13

[2]罗玉金，丛式井优快钻井技术 钻井工程 2007.6.24-27

[3]李亚飞、杜风阁，龙深1井钻井技术 钻井工程 2009.1.8-11

[4]崔占清，垦东12丛式井优快钻井技术 黄河钻井总公司编印 2009.3.59-64

[5]王万庆、田逢军，长庆马岭油田水平井钻井防碰绕障技术[J] 石油钻采工艺 2009.31.2.55-57