李文明，李欢欢，李 义

(1.大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院设计中心，黑龙江 大庆163413;2.大庆油田第六采油厂，黑龙江 大庆

163114)

1 概述

大庆油田从2012年开始进行新疆塔东区块的开发，古城7井作为大庆油田在塔东区块的首钻井，大庆油田相关部门为此做了大量的前期调研和讨论，在井身结构、钻具组合、钻头优选和三开实施扭力冲击器+PDC钻头提速试验等一系列配套设施，最终达到提速的目的。

现场试验表明:扭力冲击器配合专用PDC钻头提速效果明显。从钻速及周期上相比都有突破，仅用181 d就钻完6789 m的井深，钻井周期同比古城6井(6169 m井深)缩短了106 d，创出了大庆钻探有史以来最深钻井纪录和塔东区块钻井新纪录，被誉为新疆塔东区块钻井的“大庆速度”，现场实践效果良好。

2 古城7井基本情况及难点分析

2.1 古城7井基本情况

古城7井位于塔里木盆地北部坳陷古城低凸起新疆且末县城北偏西约82 km，东南距古城4井约22.4 km，西距古隆1井约51.5 km，北距古城6井3.2 km。钻井目的是落实中下奥陶统鹰山组中下部白云岩储层的含气性以及探索中下奥陶统鹰山组顶和蓬莱坝组顶表层风化壳岩溶储层含气性，目的层位是鹰山组、蓬莱坝组。本井设计井深6588.00 m，实钻井深 6789.00 m，三开 3735.00～5258.79、5409.01～5613.00 m实施扭力冲击器+PDC钻头提速试验，层位为却尔却克组。

2.2 难点分析

受勘探程度和资料限制，地质勘探风险较高，缺少对断层、漏层、超压层以及膏岩、盐岩、火成岩、煤层、砾岩厚度和深度的准确预测，使钻井施工风险升高，主要有以下难点:

(1)地表地层疏松，钻表层时易发生圆井窜漏，需控制好排量与返屑;

(2)上中部井段裸眼段长，地层成岩差、井壁不稳定、泥岩易吸水膨胀，要求钻井液抑制性好，防止井眼缩径卡钻;

(3)奥陶系却尔却克组地层巨厚，可钻性差，研磨性强、易塌、易斜，机械钻速低，应严格控制钻井液性能和钻井参数，寻求钻井提速技术手段;

(4)奥陶系却尔却克组地层4300～4400 m井段，易井斜且古城4、古城6两口井均发生断钻具事故，需加强钻具探伤检测，同时做好防斜打快工作;

(5)目的层为奥陶系鹰山组、蓬莱坝组，地层埋藏复杂，埋藏深(＞5000 m)，地温高，均质性差;

(6)产层为高压裂解气藏(69.36 MPa/6113.45 m)，且H2S和CO2(48.15%)含量高，井控风险大，对钻完井设计的井筒完整性要求高，应合理控制钻井液密度，做好应急预案;

(7)地层硬度高、研磨性强，钻头选型难度大;

(8)高温(110～180℃)、高密度、窄间隙条件下固井难度大，固井质量难以保障。

3 古城7井钻井优化设计

利用邻井实钻资料，结合本井施工难点，借鉴庆深气田和塔里木油田钻井经验，重点对古城7井邻井的井身结构设计、钻头选型情况以及出现的事故复杂情况进行了分析。根据邻井古城4井和古城6井的钻完井资料对古城7井进行优化设计，优化了井身结构和新工艺新工具钻井井段，确保了现场施工顺利。

3.1 井身结构优化设计

针对塔东区块地质特点，借鉴庆深气田和塔里木油田的常规钻井井身结构，并综合古城7井地质情况，进一步优化井身结构，以满足钻井提速和勘探开发需求，其各层套管下深确定依据如下。

3.2 钻具组合优化设计

非易斜井段采用单螺扶或双螺扶钟摆钻具组合，既能控制井斜，又起到了修整井壁的作用，减少了岩屑上返的阻力，保持环空畅通，可有效降低起下钻阻卡显示和环空憋漏复杂情况。

易斜井段借鉴海塔、方正等区块防斜打快经验，建议应用垂直钻井系统，实现控斜打快。利用LANDMARK软件进行各开次钻具组合校核。

3.3 钻头优选

目前塔东区块已钻井数量有限，迄今共钻不到40口井，且多为2005年以前施工的井，应用钻头型号繁多，单钻头进尺少，部分井单井用钻头超过70只，划眼用钻头超过10%，钻头失效严重，所以开展钻头优化设计需求迫切。

图1 二开钻具校核图

图2 三开钻具校核图

图3 四开钻具校核图

在进行古城7井钻头设计时，借鉴了大庆深层钻头优化经验，并根据塔东区块特点进行钻头优化，主要思路是:优先使用PDC钻头，在砾岩层和“黑被子”地层配合使用牙轮钻头;提高上部地层钻进排量，增大钻井液上返速度和水功率，减少二次破岩，预防钻头“泥包”，提高机械钻速。重点强化钻头保径和使用寿命，探索动力钻具+孕镶金刚石钻头提速可行性，建立钻头应用序列，提高钻井速度。

根据古城4、古城6井资料预测古城7井4000～4500 m井段岩石硬度平均值＜15000 psi(103.35 MPa)，并绘制了古城7井岩石硬度预测曲线图，见图4。

图4 古城7井岩石硬度预测曲线图

3.4 钻井液优化设计

针对塔东区块古城构造地质特点，开展抗高温、防塌钻井液体系及维护技术研究，保障钻井施工的顺利进行。

一开0～800 m:设计使用高粘切、低失水、护壁性强的膨润土－聚合物钻井液体系，主要解决第四系和新近系上部井段地层松散、流沙层易坍塌的问题。

二开800～3352 m:三叠系以上井段采用优质大分子强包被聚合物钻井液体系。选用大、中、小分子聚合物复配，抑制地层造浆，配合适量润滑剂，改善泥饼质量，减少滤失量，充分利用四级固控设备，彻底除去无用固相，调整优化钻井液流型，主要解决泥岩吸水膨胀，起下钻阻卡严重，钻头易泥包的问题;进入三叠系加入3%KCl转化为KCl－聚合物体系，进一步增强钻井液的抑制性;进入石炭系标准灰岩顶段转换使用聚磺泥浆体系，增加抗温能力。加足大分子聚合物，使用沥青粉和润滑剂，控制粘切和失水，提高悬浮、携岩和抑制能力，主要预防地层垮塌、降低和减少短起下的难度，保证测井下套管安全顺利等。

三开3352～5603 m:设计使用KCl－聚磺钻井液体系，重点做好奥陶系地层上部渗漏和坍塌问题。

四开5603～6588 m:设计使用KCl－聚磺钻井液体系，主要解决奥陶系、寒武系泥岩强造浆，膏岩和高压盐水层、灰岩层污染问题。奥陶系目的层钻进钻井液加入1%～2%Ⅰ型屏蔽暂堵剂和1%～2%Ⅱ型屏蔽暂堵剂Ⅱ型随钻堵漏剂，同时备用高浓度堵漏钻井液，做好防漏和堵漏工作。在目的层段后必须加强H2S检测与防护，邻井有H2S显示的要提前在钻井液中预加0.05% ～2%除硫剂，并提高pH值至9.5以上。

4 古城7井现场施工情况

4.1 井身结构

由于在井身结构设计时进行了优化，使井身结构设计较适应实际情况，与钻井现场实际井身结构符合率相当高。

4.2 实钻钻头情况

在古城7井实钻过程中，使用了扭力冲击器配合PDC钻头使用和螺杆来提高钻速，缩短钻井周期，取得了显著提速和缩短周期的效果。古城7井实钻钻头使用情况见表1。

表1 古城7井钻头使用情况

4.3 三开扭力冲击器配合PDC钻头的使用

古城7井在三开井段使用了扭力冲击器配合PDC钻头使用，进行提速试验，来达到提速的目的。

4.3.1 扭力冲击器试验井段的基本情况

在三开井段共试验了4趟扭力冲击器的应用，分别是:

第一趟:扭力冲击器+MD1646GU，试验井段3735～4621.6 m，累计进尺886.6 m，纯钻时间153 h，平均机械钻速5.80 m/h;单只钻头进尺886.6 m，扭力冲击器累计使用时间173 h。本趟钻进各项参数为:钻头压降2.7～3.5 MPa，水眼W16×6，钻压80～100 kN，扭矩12～14 kN·m，排量32.0 L/min，泵压19～21 MPa，转速60～75 r/min。

第二趟:扭力冲击器+U416M，试验井段4621.6～5136.55 m，累计进尺514.95 m，纯钻时间129 h，平均机械钻速3.99 m/h;单只钻头进尺514.95 m;扭力冲击器累计使用时间140 h。本趟钻进各项参数为:钻头压降2.8～3.3 MPa，水眼W16×6，钻压80～100 kN，扭矩13～18 kN·m，排量32.0 L/min，泵压19.5～22 MPa，转速60～75 r/min。

第三趟:扭力冲击器+U516M，试验井段5136.55～5258.79 m，累计进尺122.24 m，纯钻时间63 h，平均机械钻速1.94 m/h;单只钻头进尺122.24 m;扭力冲击器累计使用时间72 h。本趟钻进各项参数为:钻头压降2.0～2.5 MPa，水眼W16×7，钻压80～120 kN，扭矩13～18 kN·m，排量32.0 L/min，泵压21～23 MPa，转速60～75 r/min。

第四趟:扭力冲击器+U513M，试验井段5409.01～5613.00 m，累计进尺203.99 m，纯钻时间51 h，平均机械钻速4.00 m/h;单只钻头进尺203.99 m;扭力冲击器累计使用时间58 h。本趟钻进各项参数为:钻头压降2.0～2.3 MPa，水眼W18×5，钻压80～130 kN，扭矩15～17 kN·m，排量32.0 L/min，泵压21～23 MPa，转速60～65 r/min。

4.3.2 扭力冲击器试验井段与邻井同井段对比情况

表2 古城7井扭力冲击器试验井段与邻井对比情况表

图5 古城7井与古城6井钻时对比图

4.4 古城7井全井施工周期对比

古城7井自一开开钻至四开钻进至设计井深6588 m，共施工145.07 d，比设计钻井周期264 d缩短了118.93 d。同比古城4井完钻钻进至6550.00施工376.62 d缩短了231.55 d。同比古城6井完钻钻进至6169.00 m施工261.79 d缩短了116.72 d。从一开到四开加深井深(6789 m)完钻共用152.44 d。详情见表3及图6。

表3 古城7井施工进度与古城7井设计及古城6井施工进度对比数据表

图6 古城7井施工进度与古城7井设计及古城6井施工进度对比图

4.5 经济效益比较

按扭力冲击器试验井段计算古城7井节约的成本，考虑节省钻机日费、节省钻头费用、节省的时间内钻井液维护费用等，共计为古城7井使用扭力冲击器累计节省的钻井成本，成本结余远远超千万元，经济效益可观。

5 结论

(1)古城7井提速效果非常明显，原因包括其井身结构优化设计，钻井液性能以及施工技术，均符合塔东区块的地质和勘探要求，为日后塔东区块钻井施工设计提供了参考。

(2)古城7井三开试验了阿特拉的扭力冲击器，扭力冲击器配合专用PDC钻头提速效果明显。从钻速及周期上相比都有突破，总体机械钻速提高1.69倍。也为以后在新疆塔东区块钻遇却尔却克组“黑被子”地层找到了较好的技术方法。

(3)使用钟摆钻具组合，配合扭力冲击器钻井，井身质量良好，具有稳斜降斜效果，古城7井井斜角由1.9°降至1.1°，井眼规则，起下钻顺利，没有阻卡现象。

(4)在合适的井段应用扭力冲击器配合专用PDC能够大幅度提高机械钻速并缩短钻井周期，结余钻井成本，有很大的经济效益。

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