提高錦州區(qū)塊鉆穿館陶組底礫巖效率的關(guān)鍵措施研究

王 琛 卓振州 王克洋 張?zhí)炝?蔣四臣

（1、中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津300450 2、中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300450）

在海洋石油發(fā)展初期，每年鉆井?dāng)?shù)量從幾口到幾十口井，延至到現(xiàn)在的上百口，鉆井各井段時(shí)效的提高也顯得越來(lái)越重要。通過(guò)以前鉆井資料分析可知，底礫巖鉆穿率不高，大部分井都需要中途起鉆下趟牙輪鉆頭鉆穿底礫巖。

渤海油田錦州區(qū)域館陶組地層存在不同厚度的底礫巖，以雜色,淺灰色為主,礫石以石英礫為主，硬度高、可鉆性差；根據(jù)近些年的開(kāi)發(fā)井、調(diào)整井等實(shí)際機(jī)械鉆速統(tǒng)計(jì)，牙輪鉆頭及PDC鉆頭在底礫巖段的平均機(jī)械鉆速大約14-17m/hr。目前渤海油田鉆完井作業(yè)正處于優(yōu)快發(fā)展階段，面臨油價(jià)寒冬的局面，若何提高作業(yè)效率降低作業(yè)成本成為非常重要的問(wèn)題，而進(jìn)一步提高館陶組底礫巖的機(jī)械鉆速是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)快速鉆進(jìn)，提高作業(yè)效率和降低作業(yè)成本的關(guān)鍵手段之一。

1 導(dǎo)致館陶組底礫巖機(jī)械鉆速低的原因分析

錦州25-1 作業(yè)區(qū)塊已完成井較多，通過(guò)對(duì)之前的鉆井各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)分析及總結(jié)建立了機(jī)械鉆速較低作業(yè)效率慢影響因素?cái)?shù)據(jù)樹(shù)，如圖1 所示。

圖1 錦州25-1 作業(yè)區(qū)塊機(jī)械鉆速較低作業(yè)效率影響因素?cái)?shù)據(jù)樹(shù)

具體來(lái)說(shuō)主要有地層性質(zhì)、鉆頭性能、鉆井參數(shù)控制、預(yù)測(cè)底礫巖頂深的準(zhǔn)確性、定向井軌跡控制、司鉆的現(xiàn)場(chǎng)操控六個(gè)方面：

1.1 地層性質(zhì)

渤海油田錦州區(qū)域館陶組地層上部為含礫砂巖，底部存在不同厚度的底礫巖，以雜色,淺灰色為主,礫石以石英礫為主，硬度高、可鉆性差，影響機(jī)械鉆速。

1.2 鉆頭性能

底礫巖井段硬度高、可鉆性差，對(duì)鉆頭的磨損較為嚴(yán)重。鉆頭性能較差，機(jī)械鉆速慢，若果磨損過(guò)于嚴(yán)重還需要起鉆重新更換鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)，影響作業(yè)效率。

1.3 鉆井參數(shù)控制

鉆頭的磨損程度除了與鉆頭自身的質(zhì)量有關(guān)系外還與鉆井參數(shù)有著密不可分的關(guān)系。排量、轉(zhuǎn)速、鉆壓三方面參數(shù)給的越高，在鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)鉆頭的磨損就更為嚴(yán)重。

1.4 預(yù)測(cè)底礫巖頂深的準(zhǔn)確性

為了確保一只鉆頭能過(guò)鉆穿底礫巖，需要進(jìn)入底礫巖前適當(dāng)降低鉆井參數(shù)保護(hù)鉆頭，因此能否準(zhǔn)確預(yù)測(cè)底礫巖頂深，縮短小參數(shù)鉆井井段對(duì)提高作業(yè)時(shí)效有一定影響。

1.5 定向井軌跡控制

定向井軌跡井斜的大小影響底礫巖斜深的長(zhǎng)度，同時(shí)選擇扶正器的尺寸對(duì)底礫巖段鉆進(jìn)自然增降斜規(guī)律也有影響，從而影響作業(yè)效率。

1.6 司鉆的現(xiàn)場(chǎng)操控

現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過(guò)程中要保持鉆井參數(shù)平穩(wěn)，需要司鉆熟練的操控，保證鉆壓的穩(wěn)定，避免出現(xiàn)頓鉆、溜鉆的現(xiàn)象。

通過(guò)以上因素的調(diào)查驗(yàn)證，綜合評(píng)價(jià)得出最直接影響?zhàn)^陶組底礫巖段作業(yè)效率的主要因素為：（1）底礫巖地層硬度高，可鉆性差；（2）鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)鉆頭的磨損嚴(yán)重，對(duì)鉆頭性能要求高；（3）適當(dāng)?shù)你@井參數(shù)，保護(hù)鉆頭；（4）定向井軌跡的設(shè)計(jì)及鉆進(jìn)中扶正器的選擇。

2 提高館陶組底礫巖機(jī)械鉆速的關(guān)鍵措施

2.1 提高機(jī)械鉆速可行性分析

（1）軌跡控制。對(duì)定向井軌跡的控制，由于底礫巖段地層較硬旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)機(jī)械較慢，定向鉆進(jìn)機(jī)械鉆速會(huì)更慢，為保證作業(yè)效率，盡量避免底礫巖段存在滑動(dòng)鉆進(jìn)。

（2）鉆頭優(yōu)選。底礫巖段對(duì)鉆頭的優(yōu)選和改進(jìn)尤為重要，增強(qiáng)鉆頭研磨性及強(qiáng)度，增加機(jī)械鉆速的同時(shí)確保一只鉆頭鉆穿。

（3）參數(shù)控制。最佳的鉆井參數(shù)能夠保證發(fā)揮鉆頭最大功效，排量、轉(zhuǎn)速、鉆壓的合理配合能夠保證鉆穿的同時(shí)機(jī)械鉆速最大化。

2.2 針對(duì)性策略及實(shí)施

（1）制定對(duì)策。

表1 針對(duì)性策略及實(shí)施統(tǒng)計(jì)表

（2）按對(duì)策實(shí)施。

對(duì)策實(shí)施①：現(xiàn)場(chǎng)鉆井監(jiān)督與地質(zhì)監(jiān)督共同對(duì)比鄰井錄井圖、分析地層變化趨勢(shì)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)底礫巖頂深度，提前30～50m適當(dāng)降低鉆井參數(shù)保護(hù)鉆頭，減少PDC鉆頭的磨損，確保一只鉆頭鉆穿底礫巖。

同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆頭的使用情況及出井后的磨損情況優(yōu)選鉆頭，選擇7 刀翼19mm雙排齒鉆頭。改進(jìn)設(shè)計(jì)方案將原鉆頭上的外排齒防碰節(jié)全部改為抗沖擊性能跟好的19mm 外排齒，且盡量向鉆頭心部增加外排齒，整體增加鉆頭抗沖性能。采用平坦的冠型，為了進(jìn)一步增加鉆頭的工作穩(wěn)定性，鉆頭心部刀翼的數(shù)量有原來(lái)的3 個(gè)改為4 個(gè)；刀翼寬度也由于原來(lái)的47mm 增加到65mm。加強(qiáng)鉆頭的保徑強(qiáng)度，保徑上設(shè)計(jì)有保徑齒、倒劃眼、弧面平躺齒。使用抗沖擊性能更好的大倒角復(fù)合片，前排齒和后排齒都使用大倒角復(fù)合片。優(yōu)化鉆頭水利結(jié)構(gòu)。

對(duì)策實(shí)施②：錦州區(qū)塊館陶組上部砂巖含礫，對(duì)鉆頭有一定磨損，底礫巖段對(duì)鉆頭磨損更為嚴(yán)重，為減少鉆頭磨損保證一只鉆頭鉆穿底礫巖，需要降低鉆井參數(shù)保護(hù)鉆頭。在減少鉆頭磨損的同時(shí)，還需要選擇合適的參數(shù)增加機(jī)械鉆速，發(fā)揮鉆頭的最大功效。常規(guī)底礫巖參數(shù)：鉆壓3t，排量3000L/min，轉(zhuǎn)速30r/min，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)軌跡情況，井斜小于30°井段較短時(shí)選擇：鉆壓4t，排量3300～3400L/min，轉(zhuǎn)速40r/min，井斜30～45°之間時(shí)可選擇：鉆壓3t，排量3200～3200L/min，轉(zhuǎn)速30～40r/min，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)實(shí)際情況（鉆頭和馬達(dá)磨損情況）實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。如底礫巖段剩余較短，鉆頭、馬達(dá)工作狀態(tài)良好時(shí)可適當(dāng)提高鉆井參數(shù)，增加機(jī)械鉆速。

對(duì)策實(shí)施③：作業(yè)前，與定向井工程師溝通確定軌跡，避免底礫巖段滑動(dòng)。鉆進(jìn)至底礫巖層前提前將井軌跡控制到位，根據(jù)鄰井井型、使用的扶正器及增降斜規(guī)律選擇合適的扶正器，保證底礫巖段穩(wěn)斜鉆進(jìn)，盡量縮小底礫巖段鉆進(jìn)長(zhǎng)度。

2.3 實(shí)踐效果

對(duì)策實(shí)施后，對(duì)作業(yè)區(qū)內(nèi)JZ25-1S-C/E 平臺(tái)前后已鉆井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)各井在底礫巖段的機(jī)械鉆速并進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)（圖2a、2b）。通過(guò)前后對(duì)比，對(duì)策實(shí)施后平均機(jī)械鉆速得到了提升，確定館陶組底礫巖段鉆進(jìn)過(guò)程中一只鉆頭鉆穿底礫巖，同時(shí)提高平均機(jī)械鉆速15%，均超過(guò)設(shè)計(jì)目標(biāo)值。

圖2a JZ25-1S-C 平臺(tái)鉆井對(duì)策實(shí)施前后鉆井時(shí)效對(duì)比

圖2b JZ25-1S-E 平臺(tái)鉆井對(duì)策實(shí)施前后鉆井時(shí)效對(duì)比

3 結(jié)論

渤海油田錦州25-1 作業(yè)區(qū)域館陶組地層存在不同厚度的底礫巖，硬度高、可鉆性差且鉆進(jìn)期間對(duì)鉆頭各結(jié)構(gòu)磨損程度大，機(jī)械鉆速慢，鉆頭壽命短，在鉆井過(guò)程中對(duì)鉆進(jìn)的整體效率有很大一部分的影響，導(dǎo)致機(jī)械鉆速低下，影響了鉆井效益。為有效解決底礫巖作業(yè)效率低的問(wèn)題，重點(diǎn)開(kāi)展了提高底礫巖段機(jī)械鉆速效率的關(guān)鍵措施技術(shù)攻關(guān)，并建立了基于鉆井關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的軌跡控制、鉆頭優(yōu)選、鉆井參數(shù)控制等針對(duì)性策略，并結(jié)合實(shí)鉆井進(jìn)行了對(duì)策實(shí)施驗(yàn)證，通過(guò)對(duì)策實(shí)施前后對(duì)比發(fā)現(xiàn)對(duì)策實(shí)施后平均機(jī)械鉆速得到了有效提升，效果良好。