高13扶余区块安全钻井提速技术研究

时间：2024-07-28

宋宣慰

（大庆钻探工程公司钻井三公司钻井二分公司，黑龙江大庆 163411）

1 研究背景

2020 年公司在高台子油田高13 区块扶余油层开发区块共有151 口井的钻井任务，该区块设计井总数356 口，设计井深为1890～2105m，油层最大钻井液密度1.55g/cm3，地层倾角3°～4°；并且有200 口井发育浅气，其中井控一类风险井5口；同时发育多条断层，136口待钻井预计钻遇断层，断距在5～100m之间。

经调研统计，在以往的钻井施工中，该区块内共发生49口井复杂，其中井喷2口，定向纠斜26口，井漏13口，油气浸12 口，管外冒10 口。因此，在钻井过程中，如果不采取防范措施或采取措施不当，极易发生井斜、井漏、油气水浸甚至井喷等事故复杂情况，在影响钻井速度的同时给钻井生产带来严重的危害。

为此，我们开展该项技术研究，通过开展高13区块扶余油层开发区块钻井技术研究，应用针对性的钻井技术和配套技术措施，解决进尺慢、井斜、井塌、卡钻等技术难点，实现快速安全钻井，减少工程复杂事故情况发生，降低钻井成本的目标。

2 主要钻井难点

根据区块地层岩性、构造特征和前期钻井施工情况，分析区块存在以下钻井难点：

（1）直井在标准层855～966m前后和1100～1500m井段易井斜，井斜控制难度大，需吊打纠斜和定向纠斜，导致钻进周期增加；

（2）部分施工井在井深1300m以后进尺慢，导致钻进速度较慢；

（3）青山口组泥岩吸水水化膨胀易剥落，造浆性能强，易塌、钻具泥包及卡钻；

（4）扶杨油层缩径、起下钻有遇阻显示，存在卡钻风险；

（5）套损区及葡萄花油层地层压力较高，易油气水侵、井漏、井喷及固后管外冒。

3 针对性的钻井技术和配套技术措施

3.1 优化钻进技术研究

（1）优选钻头。优质钻头，是钻井施工中实现快速钻进的基础之一。所以，使用的钻头必须能够适应区块的地质条件，有较长的使用寿命和理想的使用效果，能够完成大段井眼的钻进，钻头的选型，应能适应高转速，适应不同的钻井方式，同样有效的钻进，钻头的切削齿密度应根据地层的可钻性，马达的工作参数，可提供的扭矩、转速，以及钻压等因素进行选择，以使机械钻速最大，工作时间最长为优选原则。

现场试验对比（表1），大港、廊坊HZP-4 六水眼PDC 钻头和钻技一公司R4264PDC 钻头，因钻进速度无明显差别，R4264PDC钻头性价比高，且满足施工需要，最终优选钻技一公司F215.9mmR4264PDC钻头施工。

表1 钻头对比表

（2）优选钻头水眼。根据不同钻具组合，合理匹配钻头水眼，在保证相同钻井泵排量的前提下，提高钻头射流冲击力，同时优选钻井参数，适当调整钻压与转速，上部地层以提高转速为主，下部地层以加大钻压为主，达到更好的水力破岩、清洗井底、清除岩屑的目的，提高机械钻速。

经现场试验对比分析，常规钻具组合PDC 钻头水眼优选14mm×2+15mm×2，螺杆复合钻具组合PDC 钻头水眼优选16mm×4。其优点是在下部地层施工时，保持大排量钻进的情况下，可降低循环系统泵压，减少循环系统的负荷，提高循环系统的安全性，同时提高钻井液的携岩能力，增强井筒的清洗能力，保障良好的返砂效果，保证井眼畅通，进而提高钻进速度。

3.2 防斜钻井技术研究

（1）优化直井钻具结构。该区块直井施工中，由于直井在标准层前后50m 和1100～1500m 井段易井斜，井斜控制难度大，为了控制井斜角大小在标准范围以内，需要进行低钻压吊打钻进及定向纠斜，导致钻进时间明显增长，严重影响钻井速度。我们通过对不同钻具组合的理论研究和现场试验，不断地改进及完善该区块的钻具结构，以适应地层及地下情况的需要，达到预防井斜和提高机械钻速的效果。因此，我们进行了直井钻具结构及钻井参数的优化设计和现场试验，具体情况如下。

①直井双钟摆钻具结构。双钟摆钻具结构：∅215.9mmPDC钻头+∅178mm钻铤×2+∅210mm方接头+∅178mm 钻铤×1+∅210mm 方接头+∅178mm钻铤×1+∅165mm 无磁钻铤×1+∅165mm 钻铤×7+∅127mm 钻杆（距离钻头每隔300～400m 加上一个∅208mm螺扶，共计5个）。

优点：一是∅178mm 钻铤和∅210mm 钻铤，具有良好的防斜效果；二是∅208mm 螺扶，起到修整井壁、保障井眼通畅、提高钻速的效果。

钻井参数：井深0～1100m，钻压10～30kN，转数200～300r/min，排量36～40L/s，单根钻时不少于15min；井深1100～1500m，钻压20～50kN，转数200～300r/min，排量36～40L/s；井深1500m 至完钻，钻压30～80kN，转数200～300r/min，排量36～40L/s。

通过使用合理的钻井参数和测斜标准（直井段每钻进180～220m测斜一次），起到了良好的防斜打直效果，同时提高了直井钻进速度，缩短了钻进周期。在应用后36 口直井施工中，28 口直井使用双钟摆钻具完钻，8 口直井使用螺杆钻具定向纠斜，定向纠斜率22.22%，在应用前11口直井施工中，4口直井使用双钟摆钻具完钻，7 口直井使用螺杆钻具定向纠斜，定向纠斜率63.64%，应用后定向纠斜率降低了41.42%，应用效果显著（表2）。

表2 应用前后直井定向纠斜对比表

②直井弯螺杆复合钻具结构。若在直井施工中使用双钟摆钻具组合钻进时，测量井斜角接近允许井深的最大值，需要及时更换螺杆复合钻具，进行定向纠斜，纠斜后直接进行弯螺杆复合钻进，避免双钟摆钻具吊打纠斜情况，提升钻井施工速度。通过理论研究和现场试验，我们优化出如下弯螺杆复合钻具结构及钻井参数。

弯螺杆复合钻具结构：∅215.9mmPDC 钻头+∅172mm单弯双扶螺杆（1°）+座键接头（MWD仪器）+∅165mm无磁钻铤×1+∅165mm钻铤×3+∅127mm加重钻杆×10+∅127mm 钻杆（距离钻头每隔300～400m加上一个∅208mm螺扶，共计5个）。

优点：一是井斜偏差较大时，可以快速纠斜，缩短钻进周期；二是纠斜后直接复合钻进，能够实时监测和控制井眼轨迹，具有很好的防斜效果；三是具有较大的井眼扩大率，可以保证井眼畅通。

钻井参数：定向纠斜井段，钻压10～30kN，转数45～60r/min，排量36～40L/s；纠斜后至完钻井段，钻压20～60kN，转数45～60r/min，排量36～40L/s。

在应用后的36 口直井施工中，有8 口直井使用螺杆钻具定向纠斜，一次纠斜成功率100%，纠斜后直接复合钻进完钻，满足区块钻井提速要求，达到缩短钻进周期的目的。

（2）定向井螺杆随钻技术研究。在定向井施工中一套钻具结构即可完成造斜段和稳、降斜段施工，可以连续有效地控制井眼轨迹。通过理论研究和现场试验，我们优化出如下钻具结构及钻井参数。

钻具结构：∅215.9mmPDC 钻头+∅172mm 单弯双扶螺杆+座键接头（MWD 仪器）+∅165mm 无磁钻铤×1+∅165mm 钻铤×3+∅127mm 加重钻杆×10+∅127mm 钻杆（距离钻头每隔300～400m 加上一个∅208mm螺扶，共计5个）。

优点：一是减少起下钻更换钻具时间，缩短了钻进周期；二是能够实时监控井眼轨迹情况，确保中靶；三是保障井眼曲率平稳，井壁规则，降低卡钻事故风险；四是使用∅208mm 螺扶，起到修整井壁，保障井眼通畅，达到良好的返砂效果。

钻井参数：钻压20～60kN，转数45～60r/min，排量36～40L/s。

在应用后的33 口定向井施工中（表3），全部应用螺杆随钻技术，其中14 口井随钻至完钻，19 口井随钻至井深1600～1700m，中靶率100%，平均钻进周期由应用前的9.24d 缩短到8.68d，缩短了6.06%；平均机械钻速由应用前的28.19m/h 提高到32.98m/h，提高了16.99%；推广应用效果显著，满足了区块安全快速钻井的需要，达到缩短钻进周期的目的。

表3 应用前后定向井技术指标对比表

3.3 安全钻井配套技术研究

（1）优化地面循环系统。

①优选振动筛的筛布。在钻井作业中，振动筛主要用于清除钻井液中的岩屑和其他有害固相颗粒。振动筛是井口返出钻井液的最基本的常规固相控制设备，它不仅要承担清除大量较大颗粒岩屑的任务，而且要为下一级固控设备的工作创造条件。

为了提高振动筛的钻井液固控能力，首先要保障振动筛使用的连续性；其次要提高振动筛的除砂效果。因此，我们对振动筛的筛布进行了优选，使用100目和80目筛布替换原有的60目和40目筛布，提高了振动筛的除砂效果，降低了钻井液中的固相含量。

②强化除砂器和离心机的使用。在钻井施工中，钻井队对钻井液罐上的除砂器和离心机的使用意识不强，部分除砂器和离心机不能正常使用，导致固控系统对钻井液的固控能力大幅度下降。为此，我们对该区块内的钻井队的除砂器和离心机进行了全面检修及更换，保障其正常运转使用，提高了使用效率，达到了进一步控制钻井液固相含量的目的。

③调整缸套直径。在钻井施工中，钻井队实际使用的钻井泵缸套直径分为170mm 和180mm 两种。由于不同缸套直径的额定排量不同，随着缸套直径的增大，额定排量相应增大。因此，针对该区块的中深井施工，我们优选直径180mm 缸套，以提高钻井泵额定排量，增强钻井液的携岩能力，保障井眼畅通。

（2）优化钻井液体系。针对下部地层钻进时，井眼畅通性较差，返砂效果不好，井筒内含砂量过高，造成环空托压、进尺慢、憋压等问题，我们对原有的阳离子钻井液体系进行了优化，形成了复合阳离子钻井液体系，进而提高了井壁的稳定性、钻井液悬浮能力和携岩效果，保障了井眼畅通，达到提高钻井速度的目的。其优点如下：一是使用复合抑制剂WDYZ-1替换聚丙烯酸钾，其优点是提高了钻井液的动切力，增强了钻井液抑制防塌能力和携岩效果。二是使用硅氟降粘剂SF-260替换降粘剂JN-A，其优点是使得钻井液流变性更加稳定，静切力和动切力能够较长时间保持在较高值，提高了钻井液携岩和悬浮岩屑的能力。

优化后的复合阳离子钻井液体系，现场试验推广应用69 口井（表4），复杂发生率由优化前的36%下降到5.8%，平均钻进周期由优化前的9.47d缩短到8.87d，缩短了6.33%，应用效果良好，解决了环空托压、进尺慢、憋压、电测遇阻等问题，缩短了平均钻进周期，满足了安全快速钻井的需要。

表4 钻井液体系优化前后钻井指标对比表

（3）优化钻进技术措施。

①钻进过程中，执行“一打、二划、三冲”操作。即是钻进一个单根，划眼两次（划眼时间1～2min），上下冲通三次，遵循“晚停泵、早开泵”原则，修整井壁，延长循环时间，及时将岩屑带出井筒，防止因钻速快、岩屑多，钻井液悬浮能力差，接单根时钻井液静止时间长造成沉砂卡钻。达到井底清洁净化，有效地消除岩屑床，保证钻进安全。

②根据井下实际情况长短起相结合。通过钻头对新钻井眼的挤压、刮擦作用，修复新打的井眼、破坏岩屑床，及时将岩屑带出井筒，巩固所钻井眼，达到保证井眼畅通、提高钻进速度的目的。

③确保钻井液性能稳定。钻进过程中维护好钻井液，保持钻井液性能稳定，避免钻井性能大幅度变化，预防钻具泥包，保障良好的携岩能力，确保井眼畅通。

④直井防斜技术措施。

a、二开时使用10～20kN钻压钻进40～50m，直至2个∅210mm方接头完全进入新井眼后再调整钻压正常钻进。

b、标准层前后50m 和1100～1500m 井段易井斜，因此钻进过程中，在这两个井段需要低钻压钻进，钻压控制在30kN 以内最佳，并缩短测斜间距，及时掌握井下井斜变化情况，为下步钻进施工提供指导。

c、井深1100m之前控制好井斜，均匀送钻，加强测斜，井深1100m之前不下螺杆钻具进行纠斜。

d、直井井斜角增长过快时要及时调整钻压、转速等钻井参数。井身质量控制以井斜角和井底位移不超为目标。

4 钻井完成情况及应用效果

2020 年1～10 月份，公司在高13 扶余区块完成钻井94口，井身质量合格率100%。应用前25口施工井，总进尺52145m，平均井深2085.8m，平均机械钻速30.1m/s，平均钻前周期0.22d，平均钻进周期9.47d，平均完井周期3.56d，平均建井周期13.25d，其中有2口井环空憋压、6 口井进尺慢、7 口井定向纠斜、1 口井电测遇阻，事故复杂损失时间160.57h，事故复杂损失时率2.05%；应用后69口施工井（表5），总进尺144694m，平均井深2097.01m，平均机械钻速33.66m/s，平均钻前周期0.19d，平均钻进周期8.87d，平均完井周期3.57d，平均建井周期12.63d，其中有1口井环空憋压、1口井进尺慢、6口井定向纠斜、3口井电测遇阻、5口工程事故，事故复杂损失时间247.5h，事故复杂损失时率1.2%。

表5 应用前后事故复杂情况对比表

推广应用后平均机械钻速由30.1m/h 提高到33.66m/h（表6），提高了12.13%；平均钻进周期由9.47d 缩短到8.87d，缩短了6.34%，平均建井周期由13.25d 缩短到12.63d，缩短了4.68%，事故复杂损失时率由2.05%降低到1.2%，降低了41.46%，推广应用效果显著，实现了高13扶余区块安全快速钻井的目标，达到缩短钻进周期、降低事故复杂、保障井身质量和降低钻井成本的目的。