刘源

摘要：研究井区开发部署多套井网，井网分布较密，井区内断裂发育、地层分布复杂，钻井施工中易发生缩径、井斜、井漏、垮塌阻卡，钻速低等问题，从优选钻头提高机械钻速，优化钻具结构防斜打快，井壁稳定钻井液技术和低温早强水泥浆技术等方面，形成井区快速钻井完井配套技术，确保了钻井施工质量，减少复杂时间，机械钻速同比提高 27.65%，钻井周期缩短 25.73%，取得良好经济效益和社会效益。

关键词：断裂发育;机械钻速;防斜打快;钻具组合

1 井区钻井技术难点分析

（1）上部地层易缩，下部地层易垮，地层易漏。地层分布上泥岩发育，易吸水膨胀蠕变，造成缩径，起下钻挂卡严重。前期施工阻卡严重，造成大段划眼;硬脆性泥岩和煤层易垮塌掉块，易发生垮塌卡钻及漏失;地层造浆严重，造成钻井液固相污染，泥岩易发生水敏性垮塌。（2）易出现井斜问题。地层倾角 4°-8°，井区内断裂发育，由断裂切割形成多个断块，易发生井斜复杂，多套井网开发，单井井间距为 20-25m，井网重叠区域处井间距较小，要求单井最大水平位移不大于最小井间距的一半，防碰风险较高。（3）可钻性差，机械钻速低。平均机械钻速7.85m/h，夹层多、底部含砾造成钻头易先期磨损，影响钻井周期。

2 快速钻井配套技术

2.1 优选钻头，提高机械钻速

二开选用PDC钻头主要结构特点：钻头设计的刀翼薄而长。薄刀翼减小钻头与井底的接触面积，使钻头在较小钻压下有较好吃入性。 钢质刀翼柔韧性较好，抗冲击能力强，可防止切削齿钻遇砾石层时的冲击破坏。独特的水道水力设计，能够很好的防止钻头泥包，对于延长钻头使用寿命提高机械钻速具有很好的效果。为了保证钻井过程中在不均质地层中平稳钻进，又不至于牺牲机械钻速，该钻头采用锐角 PDC 切削齿作为钻头的切削元件，提高机械钻速。PDC切削齿的出露部分的金刚石层平面与母线之间的夹角小于90°，从几何结构上确保了PDC切削齿的磨损平面在钻井过程中增大速度较慢，降低了承压面积的增大速率，提高钻头对地层的吃入性，使其能够在较长的时间内以较高的比压切削地层，从而获得较快的机械钻速。井区钻井实施中上部地层可钻性好，进入夹层多，PDC钻头易损坏，造成机械钻速低。钻井实施中二开钻头序列先后经历两个阶段的完善与改进过程：一是先期采用的两趟钻方案，即 PDC + 牙轮方案和 PDC + PDC 钻头方案。由于大部分井钻进至50-100m，钻时较慢，钻头出井冠部复合片严重磨损，采用再下一只 PDC 钻头和下入牙轮钻头钻完下部井段方式，由于断块地层变化，钻井机械提高钻速不多，影响钻井周期。二是通过临井区同地层钻头使用和地层可钻性分析，优选钻头采用一趟钻方案，使用一只 PDC 钻头完成钻井进尺，同时大幅提高钻井速度，形成井区二开一趟钻快速钻井方案。

2.2 防斜打快，确保施工质量

（1）优化钻具结构。开发井部署井网重叠区域处井间距较小，单井最大水平位移的要求严格，二开对防斜打快的钻具组合进行2 次改进和优选，起初 PDC 钻头钻进时使用塔式单扶正器钟摆钻具组合，由于井深 800-1000m 膏质泥岩吸水蠕变缩径，泥岩夹层水敏性和应力性井壁易跨，存在不同程度的掉块现象，影响机械钻速，钻井中阻卡复杂和事故发生频繁。 通过分析和施工措施针对性改进，优选塔式钻具组合：241.3mmPDC+178DC6 根+158DC15 根+127DP 可更好实现防斜打快。（2）及时测量及监控。二开钻进中从500m-1000m 易出现井斜增大的趋势，每50-100m 使用自浮式测斜仪测斜。在1400m-1600m 井段根據单点测斜情况提前预防，井斜 0.8-1.5°内采取打二吊一，或打二单根吊一单根的方式;井斜 1.5-2°时采取中打一吊二的方式，每钻进50m 测斜一次。（3）优化钻井参数。二开钻井参数采用钻压 10-30KN，钻井排量 40-50l/s，转速 100-120rpm，维持钻头喷嘴压降大于1.5MPa，实施防斜打快效果明显。

2.3 井壁稳定的钻井液技术

井壁失稳易造成井壁垮塌、缩径、漏失、卡钻等井下复杂情况和事故。 该区块已钻井复杂统计表明每口井都有不同程度的缩径、掉块、挂卡。井区井壁稳定问题一是上部古近系、新近系强水敏性地层缩径，水敏性坍塌;另一种由地应力引起的层理发育泥页岩地层的硬脆性坍塌。针对该区块地层需采用防塌性及抑制性强的钻井液体系。复合盐体系钻井液适用于该区块钻井施工，有利于安全高效快速钻井。（1）合理确定各层位钻井液密度，保持近平衡钻井。根据地层压力及先期钻井液资料合理确定各层位钻井液密度。在满足地层对钻井液的密度需求的同时，合理解决密度与机械钻速的矛盾。保持高液柱压力物理支撑井壁，防止缩径、垮塌。（2）提高钻井液抑制性、抗污染性及稳定性。在钻至 800m之前在钻井液中加入足量钾盐，保证钻井液中氯离子、钾离子、钠离子的含量，保证氯根在 70000mg/l以上提高钻井液矿化度，强化钻井液抑制性、封堵性，防止新近系、古近系膏质泥岩吸水蠕变缩径。注意监测钻井液中钙离子、碳酸根、碳酸氢根的浓度变化，及时维护处理，保持钻井液中钙离子浓度400-600mg/l，钾离子含量25000mg/l，PH值10-11，确保钻井液的抗污染能力。快速钻进中，包被剂消耗量大需及时补充，保证泥浆中包被剂含量不低于0.5%，以确保其抑制性能和泥浆携带能力。全井控制泥浆的中压失水<5ml，降低失水，从一定程度上防止缩径。（3）在钻井液中加入足量的白沥青，使得形成的泥饼致密而坚韧，在井壁形成一层更好的 “ 保护膜”，减少钻井液对井壁的冲刷，防止地层水敏性垮塌。（4）目的层砂岩主要发育有冲刷充填构造、浪成沙纹层理、平行层理，钻进时有漏失现象发生。在合理的密度范围内，可加入一定量的堵漏剂，封堵渗漏层。在完钻前加入一定量的堵漏剂封堵后，预防井漏的发生，确保承压实验成功。

3 现场应用效果

本文探索实践在钻头选型、工程技术参数、钻井液体系方面进行优选优化策略，形成一套井区快速钻井完井配套技术，缩短钻井周期，节约成本，具有区块开发进行推广应用价值。实现优质快速钻井，上部松软地层需充分发挥水利破岩的效果，采用高转速、低钻压钻井参数，保证井身质量。下部地层优选钻头与钻井排量，提高机械钻速。优选钻具组合，防止井斜;易发生井斜井段提前采取措施预防。采用抑制性和防塌性强的复合盐钻井液体系，预防上部地层缩径，下部地层垮塌，保证井眼顺畅，避免大段划眼，减少复杂时间，缩短钻井周期。（1）2017年优选钻头全井平均机械钻速21.94m/h，同比2016年提高27.65%。（2）二开钻进段施工时间大幅度缩短，平均钻井周期 9.55 天，同比2016年降低 25.73%。（3）通过固井完井技术和生产组织管理，平均周期同比降低20.8%。

参考文献

[1]元坝地区钻井提速探索与实践[J]. 高航献，瞿佳，曾鹏珲.  石油钻探技术. 2017（04）

[2]快速钻井中泥球形成的影响因素与控制措施[J]. 张岩，向兴金，鄢捷年，吴彬，舒福昌.  中国海上油气. 2016（05）

（作者单位：中石化胜利石油工程公司黄河钻井总公司70183队）