HCB-2井快速钻井及复杂事故预防研究与应用

周世强 冯明亮 韩玉平

摘 要：HCB-2评价井位于С.Нуржанов油田西北褶皱东北区块，属哈萨克斯坦阿特劳州，距阿特劳400km，为西部在阿特劳新增市场，且设计井眼为直--增--稳--降--稳五段制结构，为稳固市场，顺利完成该井钻探任务，研究HCB-2井快速钻井技术、如何有效保证定向井取芯收获率、研究特殊井复杂事故的预防尤为重要，通过以上技术的研究和现场实践，在公司领导大力支持下，圆满完成了该井钻探任务。

关键词：钻井技术;取芯技术;预防

1 概述

HCB-2井为一口定向井，设计垂深3500m，斜深3700.39m，设计方位354.43°，最大井斜37.27°，水平位移716.34m，井眼轨迹设计为直--增--稳--降--稳结构，在第二稳斜段取芯5筒。

2 地层岩性特征

该区块所钻地层为早第三记、白垩系、侏罗纪和三叠纪，主要岩性为泥岩、砂岩，夹煤层、石膏层及盐层。

3 存在技术难点

3.1 快速钻井技术难点

通过对该井设计地层岩性进行分析并与邻井资料对比，该井施工中有以下钻井难点：①下白垩纪及以上地层主要以泥页岩地层为主，水敏性强，易水化膨胀，导致井下复杂，且地层中含有砂岩，普通PDC钻头容易磨损，使用寿命受限;②上侏罗纪和中侏罗纪地层中有煤层，易发生井塌，钻进过程中极易造成上提钻具遇阻、遇卡及起下钻困难;③下侏罗纪地层主要以砂岩地层为主，砂岩胶结性好，机械钻速低。

3.2 定向钻井技术难点

该井1550m开始造斜，2109.04m增井斜至37.27°，后稳斜钻进至2712.35m，自井深2712.35m开始降斜钻进，至井深3271.39m降井斜至0°，稳斜钻进至完钻井深3700.39m，为典型的直--增--稳--降--稳结构设计，轨迹设计的特殊性给该井施工带来了很多困难。井身剖面设计如表1。①该井自1550m开始控制轨迹至3700.39m，轨迹控制段长2150.39m，使用常规定向井工具托压严重，稳斜段钻进中稳斜稳方位困难，钻井至后期，定向施工会异常困难;②设计第一稳斜段井斜为37°，而30°-45°井眼最容易形成“岩屑床”，极易造成井下复杂及事故;③1550m-2109.04m井段为造斜段，且地层显示多为泥页岩及砂岩地层，地层疏松，起下钻频繁易产生“键槽”，导致起钻遇阻;④特殊的井眼轨迹决定了该井施工后期钻进扭矩及钻具摩阻居高不下，后期钻进及起下钻是该井成败的关键阶段。

3.3 第二稳斜段取芯技术难题

①HCB-2井显示层多为粗砂岩，岩石胶结致密，使用聚晶钻头机械钻速低;②硬地层割芯困难，加上井眼轨迹特殊，停留时间过长易于粘卡;③在定向井取芯尚属首例，如何有效保证取芯收获率也是摆在我们面前的技术难题。

4 针对性技术的实施及技术亮点

针对HCB-2井快速钻井、定向钻井、定向取芯等技术难题，制定了相应的钻井技术方案及复杂事故预防措施：

4.1 快速钻井技术亮点

上部地层优选19mm复合片攻击性强、抗研磨的PDC钻头，型号为SP1935D，并使用成熟的复合钻井技术，使用井段114.00m-1501.00m，进尺1387.00m，平均机械钻速8.46m/h。下部侏罗纪地层胶结致密，使用16mm复合片SP1635D钻头，钻井井段3261.15m-3550.00m，机械钻速2.82m/h。侏罗纪下部地层果断使用涡轮钻井技术，提速效果明显，使用井段3568m-3700.39m，进尺132.39m，机械钻速7.79m/h。

4.2 定向井新工艺技术应用

针对该井轨迹控制段长，普通定向井工具施工困难等问题，使用POWER-V旋转导向技术，不但提高了机械钻速，保证了井眼轨迹，而且避免了普通定向井工具摆工具面困难、托压严重、稳斜稳方位困难、弯螺杆使用井下风险等技术难题。

POWER-V旋转导向使用进尺2119.24m，平均机械钻速6.09m/h。钻具结构：216mmPDC钻头+174mmPower Drive+174mm信号接收器+171mm无磁钻铤（内置MWD）+212mm扶正器+171mm无磁钻铤*2+171mm过滤器+127mm加重钻杆*24+165mm随钻震击器+127mm加重钻杆*6+127mm钻杆。

4.3 取芯技术亮点

HCB-2井取芯使用休斯厂家进口10刀翼16mm复合片ARC427钻头取芯，取代了老式聚晶钻头及老式复合片取芯钻头，机械钻速高，平均机械钻速为2.49m/h，HCB-2井取芯4筒，收获率均达到100%。

HCB-2井取芯过程中，因井眼轨迹特殊，加上使用215.9mm满眼钻头取芯，取芯工具下至井底扭矩明显增大，钻进扭矩大，割芯时钻具拉力无法有效传递至钻头。该井割芯过程中，释放钻具扭矩后，比原悬重（加摩阻）多上提300kN、400kN、500kN，最终上提钻具600kN都不能割断岩芯，下放钻具至原悬重，发现转动顶驱困难，增大扭矩转活钻具。通过尝试停顶驱但不释放钻具扭矩上提钻具完成割芯，上提钻具多提300kN后巖芯割断，探低无掉芯。后为保证井下安全，一直沿用旋转割芯，保证了该井取芯收获率。

5 操作规程的执行

针对该井井眼轨迹的特殊性，在施工后期制定了详细的技术措施，具体如下：①该井自定向钻进开始，严格执行短起下钻措施，坚持“两短一长”，及时清除井壁岩屑床;②煤层井段钻进中，严格按煤层钻进操作措施“进一退二”，顺利钻穿井眼后短起下钻，保证了煤层段井壁稳定;③由于泥浆服务为甲方外包，泥浆润滑性差，钻至3000m以后，接立柱过程中即有粘卡迹象，随即规定在接立柱过程中使用转盘转动方式活动钻具一次;④该井下钻至井底提前1-2个立柱开泵循环，但涡轮下至井底及后期通井下至井底都有不同程度的憋泵迹象，通过下钻、开泵等技术规程的严格落实，避免了井下事故的发生;⑤钻进至3500m以后，接立柱困难，接立柱前反复循环划眼5遍，停泵接立柱过程中，在操作间歇使用转盘活动钻具3次，从而保证井下钻具安全。

6 效益分析

HCB-2井是西部公司在阿特劳地区一口高难度定向井，很受甲方关注，通过各项技术措施的执行，快速、高效完成了该井的钻探任务，井眼轨迹控制、取芯收获率等各项技术指标深得甲方满意，该井顺利完井，在钻井市场持续低迷的环境下，为公司赢得阿特劳地区工作量做出了贡献，具有一定的社会效益。

参考文献：

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