大牛地氣田水平井施工PDC鉆頭的優(yōu)選

王同偉

摘 ?要：大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部，主要含氣層位為石炭系太原組、二疊系山西組和下石盒子組，大牛地氣田鉆遇地層有第四系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系和奧陶系。該氣田氣藏類型多為低孔低滲砂巖氣藏，雖然PDC鉆頭得到廣泛應(yīng)用，如果能充分發(fā)揮其切削破巖的特點(diǎn)和功能，將大大提高機(jī)械鉆速。而由于鄂爾多斯大牛地氣田存在地層老、研磨性高、可鉆性差、含大段礫巖的復(fù)雜特性，在工區(qū)推廣使用PDC鉆頭中機(jī)械鉆速受到嚴(yán)重制約。如何優(yōu)化鉆頭選型、選取合理參數(shù)成為成為優(yōu)快鉆井和加快開(kāi)發(fā)進(jìn)程成功的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：大牛地氣田;地質(zhì)層位;PDC鉆頭;上直井段;導(dǎo)眼段;主井眼斜井;水平段

1 地質(zhì)特性

大牛地氣田地理位置位于內(nèi)蒙古自治區(qū)伊克昭盟伊金霍洛旗、烏審旗和陜西省榆林市交界處，構(gòu)造位置位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部。鉆遇地層有第四系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系和奧陶系，在該套地層中發(fā)育奧陶系上馬家溝組、石炭系太原組、二疊系山西組和下石盒子組4套氣層。在本區(qū)大牛地氣田目的層主要指的是石炭系太原組、二疊系山西組和下石盒子組氣層。

2 井身結(jié)構(gòu)及套管程序

目前該工區(qū)鉆井類型主要為水平井，設(shè)計(jì)井深一般在4000m左右，根據(jù)設(shè)計(jì)施工要求為三級(jí)井身結(jié)構(gòu)，一開(kāi)采用Φ311.2mm鉆頭鉆至表層400m左右，下Φ244.5mm套管封固第四系黃土層和志丹群砂礫和泥巖互層易漏、易垮塌層，要求水泥漿返至地面，保證固井質(zhì)量。二開(kāi)先鉆斜導(dǎo)眼采用Φ222.3mm鉆頭，一般井斜≤40°。導(dǎo)眼完鉆后，打兩個(gè)水泥塞，其中：下水泥塞段為相交點(diǎn)上下各100m（設(shè)計(jì)主井眼與導(dǎo)眼A靶點(diǎn)重合）;上水泥塞段為導(dǎo)眼造斜點(diǎn)上50m、下100m;現(xiàn)場(chǎng)也可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)水泥塞長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，保證封固質(zhì)量，滿足側(cè)鉆要求?；靥詈螅捎忙?22.3mm鉆頭鉆至主井眼A點(diǎn)，下Φ177.8mm技術(shù)套管固井，為三開(kāi)水平段安全施工提供有利條件，降低水平段施工風(fēng)險(xiǎn)，固井按生產(chǎn)套管固井實(shí)施，采用分級(jí)注水泥雙凝水泥漿體系全井封固。三開(kāi)水平段采用Φ152.4mm鉆頭鉆至B靶點(diǎn)完鉆。

3 大牛地氣田分井段PDC鉆頭選型與應(yīng)用

3.1上直井段PDC鉆頭選型與應(yīng)用

大牛地氣田上部地層主要鉆遇第四系、志丹群、安定組、直羅組、延安組、延長(zhǎng)組、二馬營(yíng)組、和尚溝組、劉家溝組、石千峰組，一般采用清水大循環(huán)鉆進(jìn)，地層可鉆性較強(qiáng)，機(jī)械鉆速較高，施工多口井表明上直井段1-2只PDC鉆頭可鉆完進(jìn)尺，鉆至導(dǎo)眼定向點(diǎn)井深。

大牛地氣田上直井段施工采用“四合一”鉆具組合，即使用“PDC鉆頭+螺桿”復(fù)合轉(zhuǎn)鉆進(jìn)模式，利用PDC鉆頭適合高轉(zhuǎn)數(shù)、同時(shí)針對(duì)大牛地氣田地層古老、鉆壓敏感特性，采取大鉆壓的鉆進(jìn)參數(shù)設(shè)計(jì)，可以取得較高的機(jī)械鉆速及進(jìn)尺。

普遍第1只鉆頭能夠鉆至直羅組以上，地層可鉆性強(qiáng)的話剛體鉆頭使用效果要好于胎體鉆頭，機(jī)械鉆速高于胎體鉆頭，在鉆進(jìn)參數(shù)比較中，鉆壓和轉(zhuǎn)速越大機(jī)械鉆速就越高，以在鉆頭復(fù)合片尺寸大小選擇上以16mm為主，鉆頭外形上刀翼較深導(dǎo)角較小且?guī)Ц饼X的鉆頭進(jìn)尺較多。

3.2導(dǎo)眼段PDC鉆頭選型與應(yīng)用

導(dǎo)眼段施工過(guò)程中，由于該井段穩(wěn)斜段較長(zhǎng)，一般采用“螺桿+扶正器”雙扶穩(wěn)斜鉆具結(jié)構(gòu)，鉆遇地層有石盒子組、山西組、太原組、馬家溝組。施工要求注意優(yōu)化井身軌跡，在井斜45度之前盡量讓井斜略微提前，讓實(shí)鉆軌跡略高于設(shè)計(jì)軌跡，通過(guò)提高滑動(dòng)井段造斜率增加復(fù)合井段長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)少滑動(dòng)多復(fù)合，提高機(jī)械鉆速和PDC鉆頭的使用效率。實(shí)踐表明效果好的話2只鉆頭可鉆完導(dǎo)眼進(jìn)尺。

從以上數(shù)據(jù)可以分析出，在導(dǎo)眼段施工中宜采用螺桿復(fù)合鉆鉆進(jìn)，常規(guī)鉆具鉆進(jìn)機(jī)械鉆速要偏低，鉆頭選型上胎體鉆頭機(jī)械鉆速高于剛體鉆頭，但所鉆進(jìn)尺明顯少于剛體鉆頭，斜井段由于地層較硬，研磨性強(qiáng)，滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)對(duì)鉆頭磨損較為嚴(yán)重，一般都選擇復(fù)合片較小的16mm尺寸，鉆頭外形上選取導(dǎo)翼較寬、具有一定導(dǎo)角等特點(diǎn)提高鉆頭抗磨性和使用效果。

3.3主井眼斜井段PDC鉆頭選型與應(yīng)用

主井眼要求導(dǎo)眼回填后側(cè)鉆成功后重新進(jìn)行定向鉆進(jìn)，鉆頭機(jī)械鉆速要求高外，鉆井液性能要求到達(dá)先前導(dǎo)眼施工時(shí)狀態(tài)，此時(shí)鉆井液各項(xiàng)性能成型如果密度和粘切均未進(jìn)行大調(diào)整，將會(huì)嚴(yán)重制約機(jī)械鉆速和影響鉆頭使用效果。主井眼施工要求鉆具結(jié)構(gòu)柔性較大便于定向，且主要鉆遇石盒子組及山西組、太原組。石炭系太原組巖性主要為深灰色、黑色泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤層與灰白色細(xì)-粗砂巖互層，局部夾灰?guī)r透鏡體。二疊系山西組巖性主要為灰色中-粗粒砂巖、砂礫巖、礫巖與黑色、深灰色泥巖、黑色炭質(zhì)泥巖互層，下部含煤層、煤線?？摄@性較差，對(duì)鉆頭選型要求較高，一般需要至少2只鉆頭鉆完進(jìn)尺。

從主井眼鉆頭定向施工數(shù)據(jù)可以看出，定向段機(jī)械鉆速普遍偏低，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，改變?cè)鲂甭剩栽黾有D(zhuǎn)鉆進(jìn)的井段，提高施工速度。由于定向段滑動(dòng)鉆進(jìn)較多，對(duì)鉆頭的抗磨性要求較高，同樣選擇復(fù)合片較小的以16mm為主、13mm為輔的尺寸結(jié)構(gòu)，鉆頭外形上選取導(dǎo)翼較寬、具有一定導(dǎo)角等特點(diǎn)提高鉆頭抗磨性和使用效果，且剛體鉆頭使用效果要強(qiáng)于胎體鉆頭，雖機(jī)速略低但進(jìn)尺要多于胎體鉆頭。

3.4水平段PDC鉆頭選型與應(yīng)用

水平段施工中由于該井段穩(wěn)斜段較長(zhǎng)，井身軌跡調(diào)整幅度較小一般采用“螺桿+扶正器”雙扶穩(wěn)斜鉆具結(jié)構(gòu)，盡量保持軌跡平滑以利于后期完井作業(yè)。目的層一般為石盒子組、山西組、太原組為主，石盒子組地層相對(duì)可鉆性強(qiáng)，對(duì)鉆頭磨損較小，山西組單只鉆頭進(jìn)尺能力較差，太原組地層地層堅(jiān)硬、研磨性強(qiáng)，可鉆性差，對(duì)鉆頭磨損較強(qiáng)，水平段一般1000米左右，至少需要2只鉆頭鉆完進(jìn)尺。

水平段由于在目的層施工，主要以砂巖為主，孔隙性較好膠結(jié)性弱，可鉆性較好，但砂體對(duì)鉆頭磨損較強(qiáng)，從表中可分析出應(yīng)選擇復(fù)合片較小的以16mm或13mm尺寸結(jié)構(gòu)，但剛體鉆頭抗磨性不如胎體鉆頭，復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)盡量提高轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，以利于破巖速度，鉆頭外形選取上應(yīng)采用雙排齒或帶副齒布齒特性，刀翼較寬具有一定導(dǎo)角、水眼分布較均勻的鉆頭結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮其抗磨損特性，從而能達(dá)到進(jìn)尺較多的效果。

4 結(jié)論及建議

1、 大牛地氣田發(fā)育二疊系山西組、下石盒子組和石炭系太原組三套儲(chǔ)集體，儲(chǔ)集體巖性有碎屑巖、灰?guī)r，主要儲(chǔ)集體為碎屑巖。碎屑巖儲(chǔ)集體為特低孔隙度、特低等滲透率、致密性儲(chǔ)層。

2、 大牛地氣田上直井段施工采用“四合一”鉆具組合，針對(duì)地層古老、鉆壓敏感特性，宜采取大鉆壓、高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)參數(shù)，優(yōu)選以16mm復(fù)合片為主，刀翼較深、導(dǎo)角較小且?guī)Ц饼X的剛體鉆頭，可獲得較高進(jìn)尺及機(jī)械鉆速。

3、 導(dǎo)眼段施工中宜采用螺桿復(fù)合鉆鉆進(jìn)，常規(guī)鉆具鉆進(jìn)機(jī)械鉆速要偏低，鉆頭選型上胎體鉆頭機(jī)械鉆速高于剛體鉆頭，針對(duì)斜井段地層較硬，研磨性強(qiáng)，滑動(dòng)鉆進(jìn)對(duì)鉆頭磨損較為嚴(yán)重，一般都選擇復(fù)合片較小的16mm尺寸，鉆頭外形上選取導(dǎo)翼較寬、具有一定導(dǎo)角提高鉆頭抗磨性和使用效果。

4、 定向段由于滑動(dòng)鉆進(jìn)較多，對(duì)鉆頭的抗磨性要求較高，同樣選擇復(fù)合片尺寸以16mm為主、13mm為輔的雙排齒結(jié)構(gòu)，鉆頭外形上選取導(dǎo)翼較寬、具有一定導(dǎo)角等特點(diǎn)提高鉆頭抗磨性和使用效果，且剛體鉆頭使用效果要強(qiáng)于胎體鉆頭，建議可以使用復(fù)合片13mm的鉆頭進(jìn)行試驗(yàn)。

5、 水平段主要以砂巖為主，孔隙性較好膠結(jié)性弱，可鉆性強(qiáng)，但砂體對(duì)鉆頭磨損較強(qiáng)，應(yīng)選擇復(fù)合片較小的以16mm或13mm尺寸結(jié)構(gòu)的胎體鉆頭，復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)盡量提高轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，以利于破巖速度，鉆頭外形選取上應(yīng)采用雙排齒或帶副齒布齒特性，刀翼較寬具有一定導(dǎo)角、水眼分布較均勻的鉆頭結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮其抗磨損特性，從而能達(dá)到進(jìn)尺較多的效果。

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