松南地区深井钻井难点分析及提速增效措施

松南地区深井钻井难点分析 及提速增效措施

于钦龙

中国石化东北油气分公司生产运行管理部 吉林 长春 130062

摘要：松南地区深层火成岩的钻探是东北油气分公司的重要勘探目标，然而由于地区复杂的地质情况，导致钻井难度很大，影响了钻井时效。基于此，本文在分析了松南地区深层钻井技术难点的基础上就如何有效钻井提速增效进行了详细技术对策阐述。

关键词：深层钻井；技术难点；钻井提速；松南地区

1 钻井技术难点分析

1.1目标地层可钻性差

松南地区深部钻探主要钻遇地层为：第四系、第三系泰康组、白垩系上统明水组、嫩江组、姚家组、青山口组，白垩系下统泉头纽、登娄库组、营城组。其中白垩系下统营城组火山岩以及泉头组、登娄库组碎屑岩可钻性极差，泉头组碎屑岩地层可钻性为5-6级，登娄库组碎肼岩地层可钻性为7-8级，营城组火山岩地层可钴性达到10级以上。其中泉头组、登娄库组部分地层含砾岩，营城组火山岩流纹岩、角砾岩等对钻头磨损破坏极大，采用江汉5-7系牙轮钻头，机械钻速低、单只进尺少，起下钻频繁。

1.2登娄库组井壁稳定性差，技套下深优化困难

为有效保护储层，在下部营城组火山岩地层多采用欠平衡钻进方式，钻井液密度较低。 而上部登娄库组岩性主要为碎屑岩，泥质含量较高，水敏性强，吸水膨胀后，易发生掉快、坍塌，造成井壁失稳。腰深202井钻进至3709m进行取芯作业，取芯工具下至3405m遇阻，反复通井2次，损失时间3天20小时。为保证欠平衡井段安全施工，只能将技术套管下至营城组顶，将登娄库组及以上地层全部封固，技套下深优化困难，进一步降低了钻井速度。

1.3地层承压能力低，易发生井漏

青山口组易发生渗透性漏失，漏速一般小于10m³；营城组火山岩裂隙发育，易发生裂缝性漏失，漏速可达20-30m³／h。其中腰平9井营城组漏失泥浆417m³，堵漏耗时130.5h。由于地层承压能力低，固井前承压堵漏试验基本以失败告终，多数井只能强行固井，严重影响固井质量。

1.4蹩跳钻严重，易发生断钻具事故

青山口组、泉头组、登娄库组硬夹层较多，且部分井段含有砾岩，营城组含有大量火山角砾岩，钻具蹩跳钻严重，多口井发生断钻具事故。

1.5天然气组分中含C0₂，易发生C0₂气侵

松南地区主要目的层为营城组火山岩气藏，已完钻井试气天然气组分中皆含有C0₂，其中腰深l井、腰深2井C0₂含量较高，达到20％以上。位于腰深1井区的腰深102 井取芯钻进至井深3276～3278m时发生C0₂气浸，污染钻井液，浓度最高达到20％，对钻井液性能造成严重影响，密度由1.29降至1.219／cm³，粘度下降，失水升高。从3278m到3403m井段共起钻5次。每次下钻到底测后效均有C0₂污染现象存在。

2钻井提速增效措施

2.1井身结构优化

松南地区深井井身结构采用三级结构，一开采用444.5mm钻头X339.7mm套管，表套下至四方台组顶部，封同上部松散地层；二开采用311.2mm钻头X244.5mm套管，技套下至营城组顶，封固上部易坍塌地层，为三开欠平衡安全施工创造条件。三开采用215.9mm钻头× 139.7mm套管。由于下部营城组实施欠平衡钻井，上部登楼库组井壁易坍塌，受此情况限制，技术套管下深优化困难。因此，井身结构优化主要从井眼尺寸方面着手，在保证实现地质目 的和满足后期作业要求的前提下，适当缩小钻头尺寸，提高钻井速度。通过大量国内外调研，结合本区实际情况，最后采用如下井身结构：一开采用346.1mm钻头×273mm套管，二开采用241.3mm钻头×193.7mm套管，三开采用165.1mm钻头×127mm套管。该井身结构在腰深9井首次试验应用，目前该井尚未完钻，与邻井相同井深相比，钻井周期缩短非常明显。

2.2优化钻头选型

（1）碎屑岩地层高效PDC钻头优选

松南地区深部地层的特点一是可钻性级值高，碎屑岩地层可钻性级值为5~8级，二是地层研磨性强且含有砾岩，对钻头磨损破坏极大，钻头平均单只进尺少。因此，进行钻头优选时，即要保证钻头牙齿对地层的有效切削，提高机械钻速，又要保证牙齿及保径的强度，延长钻头使用寿命。在不改变钻井方式的情况下，用PDC钻头替代牙轮钻头是提高机械钻速的最有效手段。而在硬地层中使用PDC，关键问题在于PDC钻头的使用寿命，PDC 钻头使用寿命主要取决于金刚石复合片的质量，因此，选用PDC钻头的关键在于PDC钻头是否拥有高质量的金刚石复合片。经过大量的研究、试验、和筛选，优选出了适合于松南地区碎屑岩地层的高效PDC钻头，机械钻速比牙轮钻头提高42.7％，单只进尺达到牙轮钻头的5--6倍。

（2）火山岩地层高效牙轮钻头优选

火山岩地层可钻性较差，可钻性级值达到10级以上，且含有大量火山角砾岩，因此，火山岩钻头优选主要从牙轮钻头优选入手，要求钻头牙齿及保径材料具有较高的耐磨性和抗冲击能力，从延长钻头使用寿命，提高机械钻速。通过与国内外众多厂家合作，经过大量的试验和筛选，优选出了适合于松南地区火山岩地层的高效牙轮钻头，机械钻速比常规牙轮钻头 提高17.6％，单只进尺达到常规牙轮钻头的2～3倍。平均单只节约周期1.52天，单只综合成本基本持平。

2.3旋冲钻井技术应用

为提高机械钻速，在腰深7井营城组3557.20-3624.20m层段也应用了旋冲钻井技术，采用大陆架公司177.8mm液力冲击器，冲击频率为16-20次／s，试验使用的钻头为江汉 HJT637GL钻头，采用钻具组合如下：215．9mmHJT637GL+177.8mm液力冲击器+箭型止回阀 +158.8mm钻铤×23根+127mm加重钻杆×3根+127mm钻杆。旋冲钻井技术在该井提速效果非常明显，机械钻速达到液力冲击器下入之前的1.2～2倍。

2.4其它技术措施

(1)在钻具组合中加入两根减震器，避免了使用单根减震器时钻具与减震器的共震现象，有效吸收蹩跳钻能量，减缓钻具疲劳，采用该钻具组合后，后期施工的腰深5、6、7、9等井 皆未出现断钻具事故。

(2)二开采用聚磺防塌钻井液，加足无水聚合醇、磺化褐煤、磺化酚醛树脂等防塌降滤失剂，严格控制钻井液滤失量，适时调整钻井液密度，维持井壁的力学平衡，一旦发生井壁 垮塌，调整钻井液粘切，及时清洗井底，并补充防塌降失水材料，调整钻井液密度，重建井 壁力学平衡。

(3)钻至易漏失层位前，及时加入随钻堵漏剂，在能满足井眼净化和安全的前提下，尽可能采用小排量、低密度钻进，一旦发生井漏：根据漏速情况，加入随钻堵漏剂、可酸化复 合堵漏剂起钻至套管鞋内进行静止堵漏，如漏速大于30m³，堵漏施工后应进行承压试验。

(4)在目的层钻井时保持pH值在10左右，现场储备足够CaO，一旦发生C0₂侵，先降低粘切，再用石灰水进行处理，并补充NaOH，恢复钻井液的流变性和自然脱气能力。

3结语

1. 采用小尺寸井身结构，可减小钻头的破岩体积，有效提高机械钻速，应进一步优化施工参数和工具配套，以进一步提高钻井速度。

2. 在松南深部碎屑岩地层应用高效PDC钻头是可行的，应继续推广应用，并在此基础之上，探索螺杆钻具、涡轮钻具、扭力冲击器等配套工具适应性。

3. 高效牙轮钻头在火山岩地层取得较好效果，应进一步推广，并优化机械参数和水力参数，尽量延长钻头寿命，降低综合成本。

(4)液力冲击器在腰深7井提速效果明显，建议与高效牙轮钻头配套使用，探索两项技术的兼容性，进而形成配套技术系列。