SH-1井12-1/4″M1674SG鉆頭在變質(zhì)巖地層使用效果分析

滕新興 王麗華

中國石油勘探與生產(chǎn)工程監(jiān)督中心 （北京 100083）

SH-1井12-1/4″M1674SG鉆頭在變質(zhì)巖地層使用效果分析

滕新興 王麗華

中國石油勘探與生產(chǎn)工程監(jiān)督中心 （北京 100083）

介紹了某公司生產(chǎn)的PDC鉆頭首次在SH-1井變質(zhì)巖中的使用情況，闡述了與動(dòng)力鉆具配合使用中出現(xiàn)的矛盾，為下一步在變質(zhì)巖中如何使用PDC鉆頭，發(fā)揮其性能及提高機(jī)械鉆速提供第一手資料。

SH-1井位于新疆維吾爾自治區(qū)墨玉縣境內(nèi)，是勝利油田和田勘探區(qū)塊一口重點(diǎn)預(yù)探井。該井于2000年7月26日開鉆。長時(shí)間以來，由于該區(qū)塊淺變質(zhì)巖地層傾角大、自然造斜力強(qiáng)、巖性復(fù)雜等特點(diǎn)，致使該井一度進(jìn)展緩慢，曾試驗(yàn)過多種方法，但無論如何使用常規(guī)鉆井方法都未能達(dá)到預(yù)期效果。為了加快該井油氣勘探步伐，決定采用動(dòng)力鉆具（單彎）配合高效鉆頭施工方法以期達(dá)到防斜、打快之目的，決定選用某公司12-1/4″PDC鉆頭。

1 地質(zhì)分層及巖性描述和鉆進(jìn)情況

1.1 地質(zhì)分層

表1為SH-1井地質(zhì)分層。

1.2 地層巖性描述及進(jìn)度情況

克孜里奇曼組井段0～115.00m，厚度：115.00m，巖性組合：以灰色、深灰色灰?guī)r為主，上部夾深灰色灰質(zhì)泥巖,中部夾一層深灰色熒光灰?guī)r及灰白色石膏巖,底部為灰色灰質(zhì)白云巖及生物灰?guī)r。0～ 100.00m（Φ660mm鉆頭）鉆時(shí)最大205min,最小29 min,一般51～70min；100.00～115m鉆時(shí)最大79min，最小13min,一般21～52min。使用鉆頭類型：26″PC2、17-1/2″XHP2S。

塔哈奇組井段115.00～138.00m，厚度：23.00m，巖性組合：以灰色灰?guī)r為主，頂部為紫色泥巖、灰色灰質(zhì)泥巖。120.00～124.00m巖屑中見輕烴。本組鉆時(shí)最大44min，最小17min，一般24～37min。選用鉆頭類型：17-1/2″XHP2S。

阿孜干組井段138.00～245.00m，厚度：107.00m，巖性組合：以紫色、灰色、深灰色灰?guī)r為主，中部夾兩層深灰色熒光灰?guī)r及深灰色灰質(zhì)泥巖。本組鉆時(shí)最大83min，最小11min，一般23～47min。鉆頭類型：17-1/2″SHT22R、17-1/2″XHP3S。

卡拉烏依組井段 245.00～285.00m， 厚度：40.00m，巖性組合：以紫色、深灰色石英砂巖，灰色灰?guī)r為主，夾紫色泥巖。與下伏地層為不整合接觸。本組鉆時(shí)最大57min，最小9min，一般14～36min。使用鉆頭類型：17-1/2″XHP3S。

志留-泥盆系頂界井深285.00m，未穿。為一套淺變質(zhì)巖地層，M1674SG將主要用于此段地層鉆探工作。主要巖性為片巖、絹云石英千枚巖、綠泥石英千枚巖、絹云綠泥千枚巖及變質(zhì)中-細(xì)粒砂巖。從巖心資料看，該套淺變質(zhì)巖片理較發(fā)育，片理角45°左右，并見石英脈，產(chǎn)狀與片理面相近，沿片理面很容易剝落。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，該套淺變質(zhì)巖發(fā)生了強(qiáng)烈的擠壓變形，順層石英脈已成“M”形或“N”形，片理化嚴(yán)重，沒有發(fā)現(xiàn)原始沉積產(chǎn)狀，片理角最大可達(dá)83°。本組地層曾使用17-1/2″QP19LAB（PDC）鉆頭配合9-5/8″直螺桿鉆進(jìn),使用井段1 060.51～1 128 m，進(jìn)尺 67m，純鉆 97h30min，平均 ROP 0.69m/h。12-1/4″S248巴拉斯鉆頭＋渦輪鉆具使用井段1 354.5～1 400.15m，進(jìn)尺45.65m，純鉆73.69h，平均機(jī)械鉆速0.6m/h。

表1 SH-1井地質(zhì)分層

2 12-1/4″M1674SG使用情況

2.1 工程描述

2001年1月26日21 ：00，M1674SG鉆頭首次入井,當(dāng)時(shí)井深1 820m；27日0：30,組合鉆具、下鉆；1：00,MWD中途測斜(井深 1 515m,α5.3°,φ 324°)；1:30，下鉆；2:00，MWD中途測斜 (井深 1 643m, α3.4°)；4:00，下鉆；6:00，遇阻劃眼(井段1 791～1 820m)；17:30，復(fù)合鉆進(jìn)至井深1 843.50 m(最大鉆時(shí)：25.37min,最小鉆時(shí)：8.46min)；21:30，滑動(dòng)鉆進(jìn)反摳至井深1 872.51m(最大鉆時(shí)：72.86min,最小鉆時(shí)：23.81min)；28日4:00，因泵壓持續(xù)上升、井斜未降反增、鉆時(shí)變慢等原因而起鉆。鉆頭起出后發(fā)現(xiàn)9個(gè)噴嘴中有6個(gè)噴嘴被螺桿橡膠定子碎塊所堵，其它狀況良好，鉆頭累計(jì)在井下工作48.5h。中間經(jīng)過更換1°單彎配合牙輪鉆頭糾斜、地質(zhì)取心、擴(kuò)眼等工序。于2001年2月4日12：30，鉆頭第二次入井，當(dāng)時(shí)井深1 985.75m；20:00，下鉆到底；22:30，井底造型1m（參數(shù)：WOB:10kN；N：45r/min；Q：37L/s；P:14 MPa）；5日18:00，鉆進(jìn)至井深2 022m，其間自浮式單點(diǎn)測斜兩次：測點(diǎn)1 990m，α：3.25°；測點(diǎn)2 018m, α：4.75°，發(fā)現(xiàn)增斜趨勢；2月7日0:15減鉆壓鉆進(jìn)至井深2 024.12m；1:45循環(huán)；6:30，因PR原因而起鉆。此次入井鉆頭累計(jì)在井下工作59.75h。

為了能夠在控制井斜的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高鉆速，2月10日23：35，PDC鉆頭配合0.75°單彎第三次入井，當(dāng)時(shí)井深2 156.12m；11日5:00下鉆；6:50井底造型；19:30，復(fù)合鉆進(jìn)至井深2 183m；2月12日8:00，滑動(dòng)鉆進(jìn)，工具面不穩(wěn)、加壓蹩泵，無法正常工作；9:30，循環(huán)；15:30，起鉆，井深2 192.82m。起出鉆頭正常磨損，新度80%，可繼續(xù)使用。此次入井鉆頭在井下工作39h。

2.2 鉆井液參數(shù)

表2為泥漿參數(shù)，表3為第1次入井?dāng)?shù)據(jù)，表4為第2次入井?dāng)?shù)據(jù)，表5為第3次入井?dāng)?shù)據(jù)，鉆頭使用后圖片如圖1所示。

2.3 使用效果

表6為使用效果情況。

3 綜 述

該鉆頭共下井3次，累計(jì)進(jìn)尺127.59m,純鉆時(shí)間94.24h,平均機(jī)械鉆速1.35m/h（其間首次入井劃眼29m，井段1 791～1 820m，耗時(shí)2h），尚未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。但從鉆頭起出情況看，除6#、7#刀翼輕度磨損外，其它部分均保持良好狀態(tài)，仍可重復(fù)使用。根據(jù)以上分析，造成每單趟進(jìn)尺少、平均機(jī)械鉆速低的根本原因可歸納為以下幾個(gè)方面：

表2 泥漿參數(shù)

表3 第1次入井?dāng)?shù)據(jù)

表4 第2次入井?dāng)?shù)據(jù)

表5 第3次入井?dāng)?shù)據(jù)

（1）鉆頭初次入井時(shí)，因各有關(guān)方面準(zhǔn)備充分，參數(shù)使用得當(dāng)，鉆頭與地層相對(duì)適應(yīng)，隨即創(chuàng)造出日進(jìn)尺40m的建井以來最高記錄，復(fù)合鉆進(jìn)階段平均機(jī)械鉆速達(dá)3.45m/h。但由于地層自然造斜力較強(qiáng)，相對(duì)單彎井底動(dòng)力鉆具降斜率不足，滑動(dòng)階段井斜未降反增，加之后續(xù)螺桿橡膠定子破損堵塞鉆頭噴嘴，致使井底不能有效清洗，鉆速下降，且泵壓持續(xù)上升，被迫起鉆，導(dǎo)致鉆頭功效未能最大限度發(fā)揮。

圖1 鉆頭使用后圖片

（2）換用柔性鐘擺鉆具后，考慮到地層傾角大、易斜等特點(diǎn)，為達(dá)到防斜目的，將鉆壓嚴(yán)格控制在40kN以內(nèi)。同時(shí)井隊(duì)設(shè)備老化，排量及轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速受到一定限制，不同程度地影響了機(jī)械鉆速的提高。即使如此亦未能遏制井斜逐漸遞增的趨勢，造成第二次使用失利。

表6 使用效果情況

（3）鉆頭第三次入井后，復(fù)合鉆進(jìn)階段尚比較樂觀，機(jī)械鉆速2.18m/h。但進(jìn)行滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)，此規(guī)格單彎與鉆頭不匹配的矛盾又突出表現(xiàn)出來。5LZ197× 7.0彎螺桿由于其適用排量范圍限制，難以驅(qū)動(dòng)12-1/4″PDC鉆頭，導(dǎo)致鉆頭工作時(shí)工具面不穩(wěn)定，而且一度出現(xiàn)轉(zhuǎn)子制動(dòng)蹩泵現(xiàn)象，給定向井服務(wù)人員造成極為被動(dòng)的局面，遂決定中途起鉆換用牙輪鉆頭進(jìn)行下步糾斜作業(yè)。

總而言之，從鉆頭實(shí)鉆、地層巖性特點(diǎn)及起出狀況方面看，該鉆頭選型是合理的，這一點(diǎn)，在鉆頭第一次入井鉆進(jìn)過程中已經(jīng)得到充分證明。選用16mm“爪形”齒布齒有效提高了鉆頭抗沖擊性能，使鉆頭面對(duì)石英脈含量高達(dá)20%的片巖、千枚巖、變質(zhì)砂巖地層具備良好的適應(yīng)能力。鼻部齒傾角設(shè)計(jì)較為適宜，既可承受復(fù)雜多變的沖擊載荷，又可有效吃入地層，增強(qiáng)了鉆頭攻擊性。不足之處仍然是肩部齒切削能力略顯薄弱，低轉(zhuǎn)速下影響到鼻部齒的功效發(fā)揮。建議減緩拋物線冠形，適當(dāng)增加肩部布齒密度，選用抗研磨性更強(qiáng)的復(fù)合片類型，以改善鉆頭整體切削能力。同時(shí)建議用戶單位在為PDC鉆頭配備螺桿鉆具時(shí)盡量選用較大規(guī)格類型，以發(fā)揮其馬力強(qiáng)勁的優(yōu)勢，同時(shí)能夠滿足鉆頭對(duì)排量的要求。

An introduction is given to the first application of PDC drilling head produced by some company to the metamorphic stratum of SH-1.Then an explanation is carried out about the contradiction appearing in the cooperation with the power drilling tools. The research provides the first hand materials for how to use PDC drilling head,make full use of its property and improve the mechanical drilling rate at the metamorphic stratum.

PDC;drilling head;metamorphic rock

PDC 鉆頭 變質(zhì)巖

滕新興（1964-），男，高級(jí)工程師，主要從事監(jiān)督管理和鉆井技術(shù)研究與服務(wù)工作。

黃永場

2011-05-30