渤南地区难动用井优快钻井技术研究

渤南地区难动用井优快钻井技术研究

作者：孙永浩

来源：《中国电气工程学报》2019年第12期

摘要：渤南区块深部地层地质情况复杂，存在异常高低地层压力体系，压力窗口狭窄，易发生井涌、井漏、涌漏并存等井下复杂;深部地层可钻性差导致定向难，轨迹控制难等施工难点。由于开发难度大成本高，该地区成为难动用合作开发井的重要突破区域。2017年渤南地区施工两口难动用试点井，在技术方案制定、钻头个性化改进、重点工具选取等诸多方面进行了周密组织、会商、布置和甄选，项目技术方案依据：先期研讨-形成方案-发现问题-解决问题-不断优化-全面推广的六步方针进行。最终两口难动用试点井均打破该地区4000m以上深井最快施工记录。

关键词：渤南地区 难动用储能合作开发井 钻井提速 地层压力控制 1.项目简介

渤南地区难动用储量合作开发项目先期试点开发两口井，井深均在4000m以上，完钻层为位于沙四段，开发层段构造位置位于济阳坳陷沾化凹陷渤南洼陷中部断阶带，靶点毗邻断层，目的层压力当量密度在1.70～1.85g/cm³之间，多见异常压力体系，馆陶底发育砂砾岩体，东营组中部发育致密白云岩夹层，伴生硫化氢，上述问题给钻井提速带来了诸多困难。 2.施工难点分析

通过对渤南地区2007年以来完成的25口井的分析，总结出该地区钻井施工的核心难点： 1、深部地层地质情况复杂，普遍存在断层，并多有异常地层压力体系，且压力窗口狭窄，易发生井涌、井漏、涌漏并存等井下复杂情况;

2、下部地层倾角大，轨迹易受地层影响而发生偏移，深部地层可钻性，轨迹调整困难。 3、目的层钻井液密度高，高密度钻井液的维护和处理难度高，磨阻扭矩控制和井控安全有较高难度。

4、地温高导致的钻井液性能不稳定，定向仪器易故障，动力钻具使用寿命短。 3.施工方案优化 3.1井身结构优化

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结合难动用合作开发井较高的优快钻井要求，对井身结构优化方向以提高钻井速度、降低钻井成本、减少井下复杂以及便于复杂的处理为原则。

具体优化措施为：①减小各开次井眼尺寸，提高钻井速度的同时降低地层流体影响和异常压力释放速度，同时减小井眼尺寸能够有效平衡加深技术套管对钻机的载荷负担;②加深技术套管深度，封闭上部易塌易漏地层，有效降低复杂风险，更便于井下复杂的处理，并能更大限度的保证井控安全和钻具安全，对钻井施工有重大意义。 3.2钻头程序优化和高效PDC钻头的选取与优化

1、一开摒弃一直以来使用的牙轮钻头钻进方式，采用PDC钻头（Ф346.1mm M1955）结合高压喷射钻进，发挥PDC钻头的高钻速优势。

2、二开先期方案计划采用具备高抗冲击和抗研磨性能的进口聚晶金刚石复合片的PDC钻头（Φ241.3mm M1945）钻进，达到一只钻头钻穿馆陶底砾石层并完成三开进尺的目的。 实际施工时发现此型PDC钻头虽然实现了钻穿砾石层，但是受损严重无法继续钻进。为此方案调整了二开钻头程序：①第一只钻头使用牙轮钻头结合高压喷射提高机械钻速的同时能够利用水利冲蚀作用减少牙轮钻头损耗，成功实现了钻穿馆陶底砾石层的目的;②第二只钻头使用高效PDC钻头完成剩余二开不含砾井段，充分發挥了PDC钻头的高效破岩能力。 3、三开先期方案计划采用5翼PDC钻头（Φ152.4mm M1653）钻进。

实际施工时此型5翼PDC钻头自沙三下段开始钻速明显变慢，通过与钻头厂家合作研发了4翼PDC（Φ152.4mm M416KS），基于PDC钻头的几何学原理调整了钻头刀翼形态和布齿角度，强化了钻头对地层的攻击性，实钻速度有了大幅提高。 3.3钻具结构优化

1、一开井深401m，采用18m单扶钟摆钻具结构，增加了钻铤数量，配合PDC钻头的小钻压优势，起到防斜打直的效果。

2、二开考虑到两口试点井的直井段长，防斜打直是施工重点，使用18m单扶钟摆结构。 3、三开钻具结构针对沙三中部及以下地层井斜快速增长情况，采取复合稳斜钻具，大幅减少了滑动钻进时间。

4、三开使用耐高温定向仪器和动力钻具，防止因仪器或动力钻具故障造成起下钻。 3.4钻井液处理措施优化

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①使用抑制封堵效果好的防塌钻井液体系;

②使用抗高温类降滤失剂，尽量降低钻井液的高温滤失量，提高钻井液的热稳定性及抗高温能力;

③使用改性沥青和多级配封堵填充剂加强对地层孔隙和微裂缝实施封堵，形成致密的泥饼，阻止滤液进一步侵入;

④技术套管内将钻井液密度提高至1.65 g/cm³以上，并根据井下油气显示情况及时调整钻井液密度，做好防喷工作;

⑤保持合适的流变参数和排量，随着井深的增加，逐步提高钻井液的粘切指标，形成平板型层流，减轻钻井液对井壁的冲蚀;尽量减少起下钻及开泵压力激动。 4.现场应用效果

1、选取渤南地区与两口难动用井相同区块的邻井义178井和义184井作为同比：义184-1井同比义184井，平均机械钻速提升106.9%，钻井周期压缩了59.96%，建井周期压缩了51.52%;义178-斜2井同比义178井，平均机械钻速提升144.7%。钻井周期压缩了46.78%，建井周期压缩了51.50%。井下复杂导致的周期延误大幅压缩。

2、与整个渤南地区2007年至今已完成施工的25口井情况进行环比：在施工井深相似的条件下，两口难动用井平均钻井周期压缩15.03%，平均建井周期压缩25.30%，平均机械钻速提升30.20%，平均复杂延误周期压缩48.91%。 5.结论

1、渤南地区难动用合作开发井优快钻井技术在打破了渤南地区普遍存在的施工慢、效益低、开发成本高的定律，大幅提高了钻井速度，压缩了建井周期，降低钻井成本;

2、该优快钻井技术能够大幅减少渤南地区施工井的复杂周期，对于渤南地区的复杂预防和处理具有较好的效果;

3、该优快钻井技术一些创造性的技术手段对于同区块日后施工的难动用项目具有较高的借鉴价值;

4、该优快钻井技术仅在两口井试用和改进，尚有诸多可以优化和完善的方面，随着渤南地区难动用合作开发项目的全面铺开，该技术将会不断完善。有理由相信，该技术的完善将会在渤南地区难动用项目的施工过程中取得巨大的经济价值。