中国东部海区科学钻探工程CSDP-02井钻探效率统计分析

翟育峰， 张英传， 田志超

(山东省第三地质矿产勘查院，山东 烟台 264004)

1 项目概况

CSDP-02井是国家海洋地质专项“中国东部海区科学钻探工程”项目中科学钻探2井，该井的主要目的是获取岩心样品和相关资料，为东海天然气水合物环境效应提供基础地质资料[1]。该项目是由中国地质调查局青岛海洋地质研究所组织、由我院负责实施的大陆架科学钻探项目，该井于2015年3月29日顺利开钻，至2016年4月4日钻深2033.58 m，完成前期的2000 m的井深设计要求。该井设计加深至2800 m，现场施工人员克服重重困难[2]，于2016年9月13日钻进至井深2843.18 m，顺利完成施工任务，项目历时500余天，创造了海洋科学钻探全取心[3]井深世界纪录。

2 施工过程

一开：2015年3月29日-4月24日，历时26 d。采用Ø175 mm三层管底喷取心钻具进行取心钻进作业[4]，钻进至井深154.74 m后测井，测井完成后采用Ø255 mm全面钻头扩孔，下入Ø219 mm套管152.15 m，固井并安装防喷器。

二开：2015年5月1日-8月4日，历时95 d。采用Ø175 mm钻具进行取心钻进作业，钻进至井深654.91 m测井，然后通井下Ø168 mm套管646.00 m，后注入水泥浆固井，连接防喷器[5]。

三开：2015年8月14日-10月8日，历时54 d。采用Ø150/122 mm绳索取心工艺，钻进至井深1207.15 m，测井，下Ø140 mm套管。

四开：2015年10月9日-11月5日，历时27 d。采用Ø122 mm绳索取心工艺，钻进至1480.88 m，测井，下Ø114 mm套管。

五开：2015年11月7日-2016年9月13日，历时320 d。采用Ø98 mm绳索取心工艺，至2016年4月4日钻进至2033.58 m。后继续加深钻进。2016年9月13日圆满完成了取心任务，完井井深2843.18 m(自井口算起，井口离海底33.30 m)，实际井深2809.88 m。

3 钻进时间及钻探效率统计分析

钻进时间及钻探效率统计见表1。

CSDP-02井正常钻进时间9101 h，占总时间的72.65%，其中纯钻时间2795 h，占总时间22.31%，辅助时间6306 h，占总时间50.34%，辅助时间与纯钻时间比例为2.26。事故处理时间1221 h，占总施工时间的9.75%,停待时间2206 h，占总施工时间的17.61%。

事故处理时间分为井内事故处理时间与机械事故处理时间2部分，其中机械事故时间为378 h，占全部事故处理时间的30.96%，井内事故处理时间843 h，占全部事故处理时间的69.04%。

停待时间中过年放假停待528 h，占总停待时间23.94%，剩余的停待时间为躲避台风等时间，共计1678 h，占总停待时间的76.06%，台月效率为除去过年停待时间后的效率。

图1、图2为CSDP-02井时间统计情况。通过表1及图1、图2可以看出：

图1 CSDP-02井钻进时间统计

图2 CSDP-02井不同钻进时间占比统计

(1)辅助钻进时间所占比例最大，达到了50.34%。一方面是由于CSDP-02井施工前655 m为提钻取心，地层相对不稳定，严格控制提下钻速度，所以提下钻耗费时间较多。井深超过2000 m之后的绳索取心钻进，每次打捞内管的时间变长，投放内管时为了保障内管到位，多采用跟管器投放，也增加了辅助时间；另一方面就是测录井时间，固井、安装防喷器时间，候凝时间都统计在辅助时间中，因此辅助时间占比较大。

(2)停待时间占比达到了17.6%。一方面是受天气影响，施工海域夏季多台风，为了施工安全，台风到来前人员必须全部撤离平台，现场停待；另一方面就是过年期间停待1个多月，使该项统计数据增加[6]。

(3)机械钻速与台月效率与陆地钻井相比偏低，除去海相沉积层、含油气地层的影响，也反映了海洋与陆地施工的效率差异。

4 回次进尺统计分析

4.1 回次进尺长度统计分析

CSDP-02井设计井深2000 m，后期又加深到2800 m，五级井身结构。CSDP-02井施工1552回次，平均回次进尺1.83 m，详见图3、表2。

图3CSDP-02井回次进尺长度统计

Fig.3Footage per run of Well CSDP-02

表2 CSDP-02井不同井段的回次进尺长度统计

由图3及表2可以看出：

(1)通过平均回次进尺长度变化反应了施工效率随地层复杂情况而变化，完整地层中钻进的回次进尺长度普遍高于复杂地层。

(2)CSDP-02井平均回次进尺为1.83 m，在井径150 mm钻进的平均回次进尺长度最高为2.14 m，绳索取心回次进尺长度略高于提钻取心回次进尺长度。

4.2 不同长度的回次进尺区间分析

对CSDP-02井回次进尺长度进行了分井径的统计，并将各回次进尺长度分为x≤0.5 m、0.5 m2.5 m四个区间统计回次数量，按进尺长度所在区间将回次分为四类：不良回次(进尺长度≤0.5 m)、一般回次(0.5 m<进尺长度≤1.5 m)、良好回次(1.5 m<进尺长度≤2.5 m)以及优秀回次( 进尺长度>2.5 m)。详见表3，图4。

表3 CSDP-02井回次进尺长度分析

分析：

(1)通过表3和前面的钻进效率统计可以看出，回次进尺的长短直接影响台月效率，平均回次进尺长的井段，台月效率也相对较高。因此在深孔施工中应尽量最大限度的提高回次进尺长度，进而提高钻进效率。

(2)回次进尺长度的影响因素：地层因素，即地层越破碎进尺长度越短；钻探工艺因素，不同的工艺方法对回次进尺长度有不同影响，如冲击回转钻进工艺在破碎地层钻进中，与普通绳索取心工艺相比，更不易岩心遇堵，从而增大进尺长度；设备因素，传统的立轴式钻机，每给进一定长度后都需要倒杆，在此操作过程中，钻柱悬吊，易发生岩心堵塞，动力头式、顶驱式钻机等新型钻机避免了频繁倒杆，降低了岩心堵塞的概率，而且新型钻机给进更加均匀可控，也是提高回次进尺长度的因素；人为因素，不当违规的操作会引起多种问题，如倒杆时操作不当易造成岩心堵塞[7-8]。

图4CSDP-02井不同井段回次进尺长度占比分析

Fig.4Percentage analysis of each footage per run of Well CSDP-02

(3)从各井段的回次进尺情况看，0～154.74、154.74～654.91 m井段一般回次(0.5 m

5 结论

通过全体施工及科研人员的努力，中国东部海区科学钻探工程CSDP-02井历时522 d，顺利钻进至2843.18 m，达到了地质目的终孔。通过该井得出以下几点结论及建议：

(1)海上深孔钻探钻孔安全直接影响施工效率，通过海水冲洗液体系的研究及应用，可有效的预防孔内事故的发生，进而提高钻探效率[9-11]；

(2)回次进尺长短直接影响钻探效率，通过改变取心钻具(如加长内管、采用底喷钻头等)、改进钻进工艺、采用合理的钻探设备，严格施工人员规范操作等措施，能大大提高钻探效率；

(3)海上深井钻探受天气因素影响较大，为了提高台月效率，要做好充分的后勤保障工作；

(4)更好地了解风浪级别对钻探平台安全的影响，争取准确搞好海上风浪预防工作，尽可能避免不必要撤离、停待，可以大大提高生产效率。