晋古17井D152.4m井眼提速方案经济性评价

罗文丽，胡 涛，李嗣洋，孙 鑫，刘荣庆，张潇予，崔 露

（1.渤海钻探工程技术研究院，天津300457；2.中国石油物资公司，北京100029；3.渤海钻探招标中心，天津 300457）

钻井工程是油气田勘探开发最重要的环节之一，约占整个投资成本50%～60%。因此，钻井速度直接影响勘探及产能建设的进程和投资成本。随着我国钻井技术的不断发展，针对大斜度井、大位移井、长水平段井、深井及超深井机械钻速低、钻井周期长、投资成本大等特性，研制了各种提速工具，主要包括高效PDC钻头、水力加压器、旋冲工具、水力振荡器、扭转冲击器及涡轮钻具等，其费用高、寿命短。但我国目前在浅井钻井提速主要运用为“PDC+螺杆”的钻井方式，价格低、运用简便。

华北油田通过前期部署在束鹿凹陷晋古19井的钻探，取得了工业性油气流突破，试油测试馆陶组井段899.40～908.20m折日产气12.84×104m3，古生界井段1017.20～1068.00m折日产油6.37t。为了进一步加大勘探评价力度，落实圈闭面积、油层厚度及预测评估地质储量等，继续部署一口预探井——晋古17井。

1 工程地质概况

晋古17井位于河北省宁晋县贾口镇白木村东1076m，是部署在束鹿凹陷南端雷家庄断层上升盘晋古19变质岩潜山内幕圈闭的一口直预探井，主要目的层为Ng、Ar，设计井深2500m。其钻探目的为了解冀中探区变质岩潜山内幕储盖组合情况，了解雷家庄变质岩内幕的含油气情况，兼探上第三系含油气情况及落实储层、含油气面积、储量。钻遇地层自上而下为新生界第四系平原组，上第三系明化镇组、馆陶组；太古界（1400～2500m）。主要特殊岩性为馆陶组底部杂色砾岩；太古界深灰色、灰白色及灰色石英岩、灰黑色板岩、变质岩互层。邻井钻探过程中，均在元古界井段发生裂缝性漏失。根据邻井实钻、试油情况况及满足地质需求，通过优化井身结构，确定为三开井身结构设计，即钻头程序：D444.5mm×331m+D241.3mm×1405m+D152.4mm×2500m；套管程序：D339.7mm×330m+D177.8mm×1403m+先期祼眼完井。

2 D152.2mm井眼机械钻速低的原因

2.1 上部井段钻井情况

该井三开采用D152.4mm钻头钻进至井深1524m，钻进19d，共进尺171.81m，纯钻时间174h，平均机械钻速0.98m/h，起下钻12趟，使用11只钻头（包括1只取芯钻头），期间进行了2次取芯作业，各钻头使用情况如图1所示。钻井液体系为低固相聚合物，密度1.05g/cm3；粘度32～39s；API失水10～6mL；静切力2/4Pa；含砂0.2%；pH值8～9。主要钻具组合类型及参数为：

A：D152.4mm钻头接头+浮阀+D121mm无磁钻铤×1根+∅121mm钻铤×(11、15、17和20)根+∅88.9mm钻杆。

钻井参数：钻压60～100kN；转速60r/min；排量16L/s；泵压8～12MPa。

B：D152.4mmPDC+D120mm直螺杆+浮阀+托盘+D121mm无磁钻铤×1根+∅121mm钻铤×15根+∅88.9mm钻杆。

钻井参数：钻压60kN；转速（60+DN）r/min；排量18L/s；泵压14MPa。

2.2 制约机速主要因素

（1）三开井段钻遇下元古界地层，其岩性以石英岩、灰黑色板岩、变质岩互层为主，岩石强度高，研磨性极强、可钻性差。查阅有关资料显示：岩石的研磨性由小到大顺序为硫酸盐类岩石（石膏、重晶石）、碳酸盐岩石（石灰岩、白云岩）、硅质岩石（燧石）、铁—镁长石岩、石英岩。

（2）牙轮钻头进尺和寿命均较短，单只钻头进尺19m和工作时间为17h，如图2所示。

（3）PDC钻头钻进时吃入困难，磨损速度也较快、崩齿、断齿、肩部磨损严重，如图3所示。

图3 PDC钻头钻时分析

3 提速方案经济对比

为了加快勘探进程，缩短钻井工期及降低投资成本。针对三开井段地层岩性研磨性强、钻速低的特性。开展了提速方案措施研究，兼顾考虑工期与成本关系，并进行经济性评。即提速思路：方案一是采用Schlumberger公司Smith(涡轮+孕镶钻头）；方案二是采用俄罗斯涡轮+Smith孕镶钻头；方案三是采用牙轮钻头常规钻进。根据这3种方案以钻进至设计井深2500m，剩余进尺858m为分析对象，进行成本估算（按当前市场价格）。

（1）方案一成本概算。根据服务条件：一是每米1.1×104元，包括涡轮钻具、孕镶钻头、工具动员费、人员费；二是根据前期钻井情况及地层岩性特征，服务方按类似地层，每天钻进25m；三是30钻机日费5×104元/d。分析剩余进尺钻进所需34.32d，总成本为5×104元/d×34.32d+1.1×104元/m×858m=1115.45×104元。

（2）方案二成本概算。根据服务条件：一是进尺200m以上按2750元/m计算，进尺费只包括涡轮钻具、人员费，不包括孕镶钻头费，同时要考虑设备运输费和待命（占用）费（运输费2.4×104元/次，计1次；占用费2×104元/d，按2d计），需2套涡轮，运输费按2次考虑；二是钻头按Smith公司提供，一只孕镶钻头42×104元，单只钻头进尺按150m考虑，需6只钻头；三是工况按方案一考虑，35d；四是30钻机日费5×104元/d。总成本：5×104元/d×35d+0.275×104元/d×858d+42×104元/只×6只元+2.4×104元/次×2次+2×104元/d×6d=679.75×104元。

（3）方案三成本概算。根据条件：一是目前常规工艺钻进，日进尺为10m；二是牙轮钻头按2.5×104元/只；三是30钻机按日费5×104元/d；四是单只钻头进尺16.2m。分析计算：钻进所需天数85.8d；钻头使用数量53只；总成本5×104元/d×85.8d+2.5×104元/只×53只=561.5×104元。

通过上述3种方案成本概算，方案三成本最低，工期最长，是方案一、二的2.45倍。

4 现场实施情况

4.1 施工情况

考虑勘探投资以节约成本为主要因素，最终采用方案三常规钻井方式施工，期间开展了个性化钻头设计优选工作，并取得一定的成效。本井钻井技术指标：完钻井深为2739.74m，完钻层位太古界，钻井周期104.5d和完井周期105.4d（均不包括2次中途测试9.38d），钻机月速778.34m/台月，全井平均机速2.16m，纯钻时间1269h、占总时间50.14%，三开井径扩大率为2.05%。全井共使用54只钻头，其中三开井段使用51只钻头（包括取芯钻头5只）。三开井段共进行10筒次取芯作业，进尺16.86m，平均单筒进尺1.69m，芯长8.56m，收获率50.77%，岩芯收获低，主要原因为地层年代老、石英砂岩硬、研磨性强，起出岩芯均断裂、岩芯未成柱状、取芯钻时慢，断裂岩芯互相磨损。

4.2 个性化钻头优选设计效果

（1）PDC钻头优选：通过与国内钻头厂家合作，优选2只PDC钻头，分别为5刀翼、16mm和13mm。分别在第13和22趟钻进行了试验，与中间牙轮钻头钻进进行对比分析。PDC单只钻头与牙轮单只钻头相比平均进尺提高了39%，平均机速提高了24%，提速效果明显，但考虑价格因素，经济性不强。

（2）国外进口牙轮钻头应用试验：优选试验2只史密斯牙轮钻头，型号XR30T0D。与国产牙轮钻头相比，单只钻头平均进尺提高了48.6%，平均机速只提高了4%。史密斯牙轮钻头在行程钻速方面提高明显。

5 结论与认识

（1）束鹿凹陷南端元古界地层埋藏浅，石英岩可钻性差、研磨性强，运用“涡轮钻具+高效PDC钻头”提速经济性差，只能以时间换空间的方式采用常规钻井完成勘探作业。

（2）涡轮提速工具均由国外公司掌握，费用高、选择性少，需加快推进国产化，继而推广应用。

（3）国产高效PDC钻头与进口牙轮钻头提速效果显著，但针对浅井石英岩地层岩石强度硬、可钻性差、研磨性强的特点，提速经济性不强。