(渤海鉆探第一鉆井公司,天津 300280)
南堡油田地理位置位于河北省唐山市南堡開發(fā)區(qū),為黃驊坳陷南堡凹陷構造。高研磨性地層主要指館陶組和東營組地層。表1為鄒德永、王瑞和【石油大學(華東)】等人實驗得出的巖性研磨性級別:
南堡油田館陶組主要由泥巖、細砂巖、含礫不等粒砂巖、砂礫巖、泥巖和玄武組成。巖質性軟,吸水性強,易造漿,巖屑呈團塊狀,可鉆性較差,研磨性強。從實鉆資料可知,細砂巖的主要成份以石英為主,長石次之,巖屑呈現(xiàn)細粒結構,形狀為次圓狀,由泥質膠結,疏松;含礫不等粒砂巖主要成份以礫石、石英為主,長石次之,不等粒結構,顆粒呈現(xiàn)次圓狀,分選差,泥質膠結,疏松,其中礫石成份以石英礫為主,長石礫次之。砂礫巖主要成分為石英,其次為長石,顆粒次棱角狀,分選差,泥質膠結,疏松,礫石成份以石英礫為主,長石礫次之。玄武巖質較純,堅硬,致密,成分以斜長石為主,隱晶質結構,表面較粗糙。在南堡3號構造中館陶組會鉆遇煤層,如南堡3-80井煤層為2m。煤層壓實嚴重,可鉆性很差,研磨性強,但是層薄,鉆頭能夠快速穿過,對鉆頭的研磨起不到?jīng)Q定性作用。
東營組地層分為三段,東一段為厚層、中厚層灰白、淺灰色細砂巖、砂礫巖及灰色、灰綠色泥巖不等厚互層。東二段上部為灰色、深灰色泥巖、粉砂質泥巖夾淺灰色細砂巖、粉砂巖,中下部砂巖較發(fā)育。東三段深灰色泥巖夾灰色細砂巖、粉砂巖。東一和東二段研磨性強,東三次之。
研磨性級別在4級以內(nèi)的軟和較軟巖層,可選用聚晶金剛石鉆頭;軟的、中硬和完整均質較硬巖層,可選用天然金剛石表鑲鉆頭;軟硬不均、節(jié)理發(fā)育和裂隙巖層,宜選用孕鑲鉆頭。
隨著地層的壓實作用與埋藏深度,巖石的可鉆性差,研磨性越強,硬度越高,金剛石粒度應越小,最好用孕鑲鉆頭。巖石硬度越低,研磨性越弱,則鉆頭的金剛石顆粒應越大,如選用天然金剛石鉆頭,聚晶金剛石鉆頭。按金剛石鑲焊濃度來說,巖石硬度越高或研磨越弱,則鉆頭金剛石濃度應越低;反之,巖石硬度越低或研磨性越強,則鉆頭金剛石濃度應越高。這樣才能保證鉆頭收到巖層的研磨時,能夠有效保護切削齒和刀翼布齒處。
在南堡油田,進入館陶二三段后地層壓實作用增大,可鉆性變差,研磨性增強,選擇鉆頭的切削齒尺寸為16mm,進入東營后可以選擇13mm切削齒。例如在南堡3號斷塊,從2956m-3214m選擇的鉆頭是T1653AGU鉆頭,這段地層巖性有細砂巖、泥巖、含礫不等粒砂巖和玄武巖,地層壓實變化大,可鉆性較差,研磨性較強,機械鉆速為6.45m/h,鉆頭起出磨損嚴重,切削齒全部鈍化,護徑齒磨滑,約退化0.6mm,外側無齒區(qū)域有橫向槽痕。
在明化鎮(zhèn)下段和館陶組的非礫巖地層,研磨性較強,切削齒應選用中等偏小的鼻部圓弧直徑、小切削角、中低密度布齒設計,力平衡布齒和橫向減振塊相結合,提高鉆頭工作穩(wěn)定性及抗沖擊能力。東營組東一、東二段研磨性加強,切削齒應選用中等偏小的鼻部圓弧直徑、中小切削角、中低密度布齒設計,力平衡布齒和橫向減振塊相結合。東三段切削齒選擇中等鼻部圓弧直徑、中等切削角、中等密度布齒設計。
牙輪鉆頭使用,主要用于館陶底礫巖的鉆進,再者還用于扭方位、造斜、降斜等定向作業(yè),用于井底不干凈(PDC多落齒、礫巖落塊等)后的鉆進作業(yè)。除了礫巖對鉆頭的應力損壞外,礫巖及其他巖石的研磨性依然是破壞鉆頭的主因。
地層對牙輪鉆頭的研磨性,主要表現(xiàn)在對切削齒、牙輪本體、軸承磨損以及掌背的磨損。因此,在選擇三牙輪鉆頭時,牙輪鉆頭的布齒密度應增大,可以分均地層對切削齒的磨損,增加切削地層效果,延長使用壽命,確保是使用時間內(nèi)不至于磨損牙輪本體。密封形式以金屬滑動密封為主,因為巖層研磨性高的地層,一般較深,地層溫度會增加,金屬滑動密封要好于橡膠密封。
井壁對鉆頭的研磨性體現(xiàn)在磨損鉆頭的掌背,掌背內(nèi)部是密封油腔,上部有密封蓋,因此在鉆頭選擇上,要進行掌背強化和加厚,防止磨損掌背或油封蓋后使得滑動密封失效,嚴重可導致牙輪落井。例如南堡3-80井選擇了HJT517GL和HJT517GK鉆頭,堡古2井選了HJ517G。
牙輪鉆頭在高研磨性地層中,使用注意事項的重要性同等于選擇,一旦在使用中沒有把握好,容易導致牙輪落井。因為地層研磨性很強,所以,根據(jù)鉆時來判斷鉆頭的實時狀態(tài),這點措施不可取??刂沏@頭的使用時間是關鍵。南堡3-80井在該區(qū)塊的施工中,認真把握使用時間,根據(jù)是否使用東麗鉆具來決定鉆頭的使用時間:下動力鉆具時,井下工作時間控制在30小時內(nèi),不下動力鉆具時,井下使用時間控制在60小時內(nèi)。
在南堡油田高研磨性地層鉆進作業(yè),對鉆頭的選擇是一項非常關鍵的決策。尤其是在未探明地層研磨性情況的區(qū)域,更應該充分考慮到地層的研磨性,將地層研磨性列為鉆頭參考的重要一項,并在鉆進中做好實施跟蹤和監(jiān)測,才能更好的應對高研磨性地層,順利施工。
[1]鄒德永等.PDC鉆頭鉆進巖石可鉆性試驗研究[J].石油大學學報(自然科學版),1993,17(1):31-35.
[2]邢紀國.巖石研磨性實驗研究[J].江漢石油學院,2003,05:25-26.