袁后國

(大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江 大慶 163413)

城探1井工程設計優(yōu)化與鉆井實踐

袁后國

(大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江 大慶 163413)

城探1井是大慶塔東區(qū)塊的首口超7000 m超深井；通過鄰井資料分析，優(yōu)化井身結構、鉆具組合、鉆井液體系，優(yōu)選建立了適合古城區(qū)塊的鉆頭序列；使用國產(chǎn)液動旋沖工具攻克了塔東?241.3 mm井眼的“黑被子”地層提速難題；大幅提高了機械鉆速，縮短了鉆井周期，為塔東古城區(qū)塊樹立了新標桿。

超深井；鉆井；井身結構；鉆具組合；鉆井液；液動旋沖工具；城探1井

城探1井是一口部署在大慶塔東探區(qū)古城低凸起臺緣帶的風險探井，設計井深7150 m，為該探區(qū)沙漠腹地首口超7000 m的超深井。其鉆探目的是為了探索古城地區(qū)寒武系丘灘體儲層含油氣性，實現(xiàn)古城地區(qū)新層系的突破。

1 城探1井基本情況與難點分析

城探1井位于大慶塔東探區(qū)古城區(qū)塊，西南距參考8井約6.9 km，西距參考7井約11.0 km，東南距參考4井14.6 km。本井設計井深7150 m，實鉆井深7280 m。構造位置：古城低凸起。目的層位：寒武系，兼探中下奧陶統(tǒng)一間房組、鷹山組、蓬萊壩組。

本井碳酸鹽巖井段長，裂縫發(fā)育，井底溫度、壓力高，使鉆井施工風險升高，主要有以下難點：

(1)地表地層疏松，鉆表層時易發(fā)生圓井竄漏；

(2)上中部井段裸眼段長，地層成巖差、井壁不穩(wěn)定、泥巖易吸水膨脹；

(3)卻爾卻克組地層可鉆性差，研磨性強，機械鉆速低；

(4)寒武系存在鹽水層且井底溫度高，鉆井液易起泡；

(5)長封固段的套管一次性下入對鉆機負荷要求高；

(6)由于探井深度大，預測井底溫度、壓力高，給安全鉆井以及測井、固井、測試等作業(yè)帶來很大難度。

2 鉆井工程設計優(yōu)化

2.1 井身結構優(yōu)化設計

古城低凸起是在上寒武統(tǒng)-下奧陶統(tǒng)臺地邊緣相帶基礎上發(fā)育的一個鼻狀隆起。已鉆探井7口(參考1、2、3、4、6、7、8)，其中參考1、2、3井受車爾臣大斷裂影響，鉆遇沖斷構造帶地層，地層變形嚴重，巖性變化大；而參考4、6、7、8井與城探1井構造相似，借鑒意義大。

通過對鄰井鉆井資料包括已鉆井的地質(zhì)特點、鉆井速度、井身結構、地層壓力/溫度、復雜情況以及適用技術進行認真分析，借鑒參考8井的塔標Ⅱ結構，四開采用5in+4 in混合鉆具，降低四開鉆桿循環(huán)壓耗。設計各層套管下深如下：

一開?365.1 mm套管下至800 m封固上部疏松地層，加固井口;

二開?273.1 mm套管下至卻爾卻克組頂部,封固上部水層和易垮塌地層，為三開井控做準備;

三開采用?241.3 mm井眼專打卻爾卻克組來提速，?200.0 mm套管下至吐木休克組，分隔壓力梯度低的下部地層，四開采用相對低密度專打;

四開?168.3 mm鉆頭鉆至設計井深，下?139.7 mm尾管固井。若油氣顯示良好，必要時，?200.0 mm套管回接至井口。

2.2 鉆具組合優(yōu)化設計

非易斜井段采用單螺扶或雙螺扶鐘擺鉆具組合，既能控制井斜，又起到了修整井壁的作用，減少了巖屑上返的阻力，保持環(huán)空暢通，可有效降低起下鉆阻卡顯示和環(huán)空憋漏等復雜情況。

下部易斜井段，嚴格測斜，測斜不成功不得繼續(xù)鉆進。若井斜角、水平位移超過設計值時，要減壓鉆進或采用鐘擺鉆具糾斜鉆進，每鉆進20～30 m測斜一次。若鐘擺鉆具組合糾斜效果不好，可以用彎螺桿糾斜，但要注意“狗腿度”不要超過設計范圍。利用LANDMARK軟件進行各開次鉆具組合校核。

二開設計的鉆具組合為：?333.4 mm鉆頭×0.30 m+?244.5 mm螺桿×9.10 m+?228.6 mm無磁鉆鋌×9.00 m+?228.6 mm鉆鋌×9.00 m+?333.0 mm穩(wěn)定器×1.50 m+?228.6 mm鉆鋌×9.00 m+?333.0 mm穩(wěn)定器×1.50 m+?228.6 mm鉆鋌×27.00 m+?203.0 mm鉆鋌×126.00 m+?203.0 mm隨鉆震擊器×7.24 m+?203.0 mm鉆鋌×27.00 m+?139.7 mm加重鉆桿×135.00 m+?139.7 mm鉆桿，校核圖見圖1。

圖1二開鉆具組合校核

三開設計的鉆具組合為：?241.3 mm鉆頭×0.30 m+?172.0 mm螺桿×7.20 m+?165.0 mm浮閥×0.80 m+?165.0 mm無磁鉆鋌×9.00 m+?165.0 mm鉆鋌×9.00 m+?240.0 mm穩(wěn)定器×1.50 m+?165.0 mm鉆鋌×9.00 m+?240.0 mm穩(wěn)定器×1.50 m+?165.0 mm鉆鋌×207.00 m +?165.0 mm隨鉆震擊器×6.52 m+?165.0 mm鉆鋌×27.00 m+?139.7 mm加重鉆桿×135.00 m+?139.7 mm鉆桿，校核圖見圖2。

2.3 鉆頭優(yōu)化設計

圖2三開鉆具組合校核

圖3 四開鉆具組合校核

目前塔東區(qū)塊已鉆井數(shù)量有限，迄今共鉆不到40口井，且多為2005年以前的井，應用鉆頭型號繁多，單鉆頭進尺少，部分井單井用鉆頭超過70只，劃眼用鉆頭超過10%，鉆頭失效嚴重，所以開展鉆頭優(yōu)化設計需求迫切。

借鑒大慶深層鉆頭優(yōu)化經(jīng)驗，根據(jù)塔東新近完成的參考6、參考7和參考8井等3口井鉆頭的應用效果，優(yōu)選進尺與機械鉆速較好的鉆頭(見圖4)進行城探1井鉆頭設計。主要思路：優(yōu)先使用PDC鉆頭，在礫巖層和“黑被子”地層配合使用牙輪鉆頭；提高上部地層鉆進排量，增大鉆井液上返速度和水功率，減少二次破巖，預防鉆頭泥包，提高機械鉆速。重點強化鉆頭保徑和使用壽命，建立古城區(qū)塊鉆頭應用序列，提高鉆井速度。

圖4鄰井鉆頭優(yōu)選

2.4 卻爾卻克組提速優(yōu)化設計

奧陶系上統(tǒng)卻爾卻克組存在一套厚層黑色泥巖(俗稱“黑被子”)，硅泥質(zhì)膠結，巖性極硬，研磨性較強，呈層性較好，橫向總地層厚度分布穩(wěn)定，參考6、參考7和參考8井證實為大段的灰色粉砂巖夾黑灰色粉砂質(zhì)泥巖，縱向上可分3大段，中下段鉆速突然變慢(見圖5)。

鑒于扭力沖擊器在鄰井卻爾卻克組“黑被子”地層已有應用，能很好地攻克“黑被子”地層；城探1井卻爾卻克組選用類似扭力沖擊器具的國產(chǎn)液動旋沖工具提速。

圖5 “黑被子”地層分析

吐木休克組-鷹山組地層有裂縫、地層壓力低，容易漏失，宜用常規(guī)鉆具鉆進，以防漏堵漏為主，便于處理井下復雜。

通過鄰井資料分析，對比本井卻爾卻克組巖性，設計推薦城探1井液動旋沖工具應用井段4200～5500 m。

2.5 四開鉆井液設計優(yōu)化

磺化防塌鉆井液體系在鄰井區(qū)塊已經(jīng)取得較好的應用效果，城探1井四開繼續(xù)選用磺化防塌鉆井液體系。

根據(jù)鄰井參考7井C1-1層測試求產(chǎn)曲線，參考7井實測最高靜溫181.42 ℃，地溫梯度2.75 ℃/100 m；據(jù)此推算出城探1井井底地溫為196.6 ℃。

“我也是覺得她過分了——可她現(xiàn)在不是懷著孩子了嗎？那是我們易家的骨肉啊。再說，那間房，也是太小了，連張一米八的床都擱不下，一米五的，還要靠墻擺……”易非側過身去了，可媽沒有睡，還在絮絮叨叨地說著。

因此，針對四開鉆井液體系，在210 ℃條件下開展耐溫、抑制能力等性能評價，結果見圖6。

圖6 鉆井液性能評價

體系隨高溫熱滾時間的延長，表觀粘度、塑性粘度及動切力等性能參數(shù)變化幅度較小，說明高溫熱滾前后體系性能穩(wěn)定，具有較強的抗溫能力，抗溫達210 ℃；一次和二次滾動回收率分別在90%和80%以上，抑制防塌能力突出。

全井鉆井液體系如下：

一開：第四系—第三系，選用膨潤土-聚合物鉆井液體系，密度1.10～1.15 g/cm3；

二開：卻爾卻克組，選用聚合物-KCl聚磺鉆井液體系，密度1.10～1.25 g/cm3；

三開：土木休克組，選用KCl聚磺鉆井液體系，密度1.20～1.30 g/cm3；

四開：寒武系，選用磺化防塌鉆井液體系，密度1.10～1.20 g/cm3。

施工過程中應注意：(1)在保證鉆井安全的前提下，盡量采用密度下限，充分保護油氣層；(2)目的層井段采用磺化防塌鉆井液；(3)加重材料選用石灰石；(4)目的層堵漏采用可酸溶材料；(5)調(diào)整好鉆井液性能，清除有害固相。

2.6 鉆機選型

該井設計井深7150 m，最大套管質(zhì)量為?200.0 mm套管(0～5513 m)重285.739 t；最大鉆具質(zhì)量為?241.3 mm井眼5in鉆桿段重211.809 t。

按照鉆機鉆深能力，應該選擇90或者70型加強型鉆機。而采用70D型鉆機則需要考慮提升能力問題：下?200.0 mm套管，考慮浮重提升余量為135 t，可能存在一定的風險。

調(diào)研臨近區(qū)塊使用ZJ70D型鉆機下大噸位套管的情況，10in套管一次性下入質(zhì)量達到630 t。若鉆井施工與下套管過程正常，選用ZJ70D型鉆機能滿足要求。

3 現(xiàn)場施工情況

3.1 井身結構

優(yōu)化后的井身結構設計較適應實際情況，與鉆井現(xiàn)場實際井身結構基本符合。

?365.1 mm套管下至807.58 m；?273.1 mm套管下至奧陶系卻爾卻克組頂部3209 m；?200.0 mm尾管下至鷹山組頂部(3000.68～6310.5 m)；?168.3 mm鉆頭加深鉆至井深7280 m。

3.2 實鉆鉆頭與周期

在城探1井實鉆過程中使用了螺桿、液動旋沖工具配合PDC鉆頭鉆進，在提高機械鉆速降低周期方面取得了顯著的效果(見圖7)。城探1井實鉆鉆頭27只，較參考8井全井實鉆鉆頭40只，節(jié)省13只鉆頭。

經(jīng)過優(yōu)化設計、應用提速措施，以及高效的組織施工，在加深鉆進130 m的情況下，全井鉆井周期仍未超設計；較鄰井參考8井更是節(jié)約40余天(如圖8所示)。

3.3 液動旋沖工具應用

參考8井與本井卻爾卻克組井段均為?241.3 mm井眼；參考8井使用進口阿特拉扭力沖擊器提速，本井采用國產(chǎn)液動旋沖工具提速。提速結果：城探1井提速井段(4357～5490 m)平均機械鉆速2.66 m/h，相較參考8井的1.87 m/h，鉆速提升42.30%，提速效果優(yōu)異(參見表1)。

3.4 鉆井作業(yè)過程中的鉆機負荷

經(jīng)過針對性設計的重難點提示，現(xiàn)場操作人員精細施工，鉆機負荷最大的三開鉆進及三完下套管作業(yè)過程未出現(xiàn)任何事故，順利完成施工。

4 結論

(1)城探1井提速效果明顯，原因包括其井身結構優(yōu)化設計，鉆井液性能以及施工技術，均符合塔東區(qū)塊的地質(zhì)和勘探要求，為日后塔東區(qū)塊鉆井設計施工提供了參考。

圖7城探1井實鉆鉆頭一覽

圖8 城探1井鉆井周期對比

井號鉆頭鉆進井段/m進尺/m純鉆時間/h機械鉆速/(m·h-1)參考8井U416M4675～4875200.0089.002.24MT1355CS4875～5055180.00114.501.57全井平均機械鉆速1.87城探1井Q6354357～4954597.00142.754.18Q6354954～5258304.00137.902.20Q6355258～534789.0043.602.04Q6355423.66～549066.3473.300.91全井平均機械鉆速2.66

注：城探1井相較古城8井卻爾卻克組動力鉆具提速42.30%。

(2)城探1井三開“黑被子”地層采用國產(chǎn)液動旋沖工具提速，攻克了塔東?241.3 mm井眼同類動力鉆具提速效果差的難題，既提高了鉆速又降低了成本。

(3)優(yōu)選鄰井高效鉆頭，以PDC提速為主的思路，建立了塔東古城區(qū)塊鉆頭序列，應用良好。

(4)70D型鉆機負荷可以滿足本井三開鉆進及下套管作業(yè)要求。

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EngineeringDrillingDesignOptimizationandDrillingPracticeofWellChengtan-1/

YUANHou-guo

(Drilling Engineering Technology Research Institute of Daqing Drilling & Exploration Engineering Corporation, Daqing Heilongjiang 163413, China)

Well Chengtan-1 is the first ultra-deep well over 7000m in Tadong block of Daqing oilfield. Through analyzing the data of the adjacent wells and optimizing the wellbore structure, BHA and drilling fluid system, a bit series suitable for Gucheng block was established. Using China-made hydraulic rotary tools, the difficult drilling speed improvement in “black quilt” formation of Tadong, where a ?241.3mm hole was located, was solved and the drilling cycle was shortened by higher ROP.

ultra-deep well; drilling; well structure; BHA; drilling fluid; hydraulic rotary tools; well Chengtan-1

TE242;P634.5

：B

：1672-7428(2017)08-0045-06

2016-11-10；

：2017-06-07

袁后國，男，漢族，1982年生，石油工程專業(yè)，從事鉆井工程設計工作，黑龍江省大慶市紅崗區(qū)八百坰鉆井工程技術研究院，1270414327@qq.com。