开启深部探测新篇章 松辽盆地科学钻探工程现场考察活动成功举办
[摘 要]近年来深层是吉林油田勘探的主战场，从已完钻井的实钻情况可知：登娄库组下部至火石岭组地层岩性主要以硬质泥岩、大段砾岩及砂砾岩为主，钻井速度慢、钻井周期长。为实现优快钻井，通过开展井身结构优化技术、钻头系列优选、钻井方式优选及提速工具试验等技术攻关，初步形成了深部坚硬地层钻井提速配套技术。
[关键词]井身结构优化；钻头优选；提速工具
中图分类号：TE242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）19-0023-01
1 基本情况
松南深层主要目的层一般为营城组、沙河子组、火石岭组。登娄库组下部至火石岭组地层岩性主要以硬质泥岩、大段砾岩及砂砾岩为主，可钻性差、研磨性强，且岩性变化快，钻头序列不匹配。三开所使用钻头与下部地层不完全适应，单只钻头进尺少，机械钻速低，频繁起下钻，三开钻井周期占全井钻井周期一半以上，亟需解决该地区下部地层钻井提速问题。
2 深部地层提速技术研究情况
2.1 井身结构优化工作
长深37井是松辽盆地南部长岭断陷的一口风险探井，设计井深5800m，目的层为登娄库组、营城组、沙河子组，钻遇沙河子组连续300m无显示完钻。原设计要求技套4000米，封固登娄库组上部，由于现场钻井过程中井深钻至3500米以后钻井速度变慢，单只钻头进尺少，导致频繁起下钻，延长了钻井工期。项目组及时讨论研究，在保证施工安全前提下技套下深提至37900米，缩短210米。
通参1井是通化盆地三棵榆树凹陷一口参数井，设计井深3500m，本井是通化盆地的第一口参数井，没有相关的钻井资料证实有毒有害气体，盆地内亨通山组煤系地层发育，可能存在煤层气。原设计要求技套下至2200米，封固鹰咀砬子组以上地层，三开近平衡钻井。本井311mm钻头钻至林子头组钻井速度变慢，机械钻速0.5-08m/h左右，单只钻头进尺30-50m左右。通过项目组技术攻关，在保证施工安全前提下，技套提至1770米，缩短了400以上。
2.2 大井眼提速理论研究工作
合理优化大井眼排量，使钻头获得最大比水功率是提速的一种重要手段。通过比水功率与钻速关系（Psn=9.72*10-2Vpen0.31）可知，比水功率越大钻速越快，反之钻速越快所需比水功率越大。311mm井眼返速一般推荐为0.6-0.8m/s，在保证井底处于净化完善区前提下，通过返速反推最优排量。
以长深37井井深3420m为例：钻头水眼当量直径33.6mm，密度1.30g/cm3，n值0.54，k值0.84。通过理论计算，结合现场机泵条件，311mm井眼的最优排量为60.2 L/s。长深37井与长深平10井311mm大井眼不同施工排量对比分析，长深平10井采用67L/s排量钻进，平均钻速比长深37井提高1.1倍。
2.3 优选个性化钻头
2.3.1 长深37井优选应用高效钻头，提高了机械钻速。
长深37井优选应用高效钻头，提高了机械钻速，长岭深层泉一段以下地层岩性主要以砂砾岩、凝灰岩、安山岩等岩性为主，可钻性差。通过总结分析，长深37井钻进过程中，泉头组优选了易斯达PDC钻头、登娄库组优选复合体钻头提速。三开井段目前应用20只钻头，3只PDC、 1只孕镶PDC、13只牙轮、3只复合钻头，其中优选试验的江汉KPM1624ART复合钻头配合直螺杆应用效果明显，与本井常规钻头相比，单只钻头进尺由53.4m提高至107.3m，提高了101%，平均钻速由0.98m/h提高至1.36m/h，提高了38.8%。所用的江汉KPM1624ART复合钻头配合直螺杆提速，与邻井相比，在平均单只钻头进尺相同前提下，平均机械钻速由1.13m/h提高至1.36m/h，提高了20.4%。
2.3.2 通参1井三开应用牙轮钻头配合螺杆钻进，提速效果显著
通参1井三开应用牙轮钻头配合螺杆钻进，三开鹰咀砬子组-果松组地层岩性主要以凝灰岩、流纹岩、火山角砾岩为主，地层坚硬，含石英及长石，应用637牙轮钻头配合螺杆钻进，提速效果明显，与邻区柳参1井相比，单只钻头进尺由71.8m提高至95.7m，提高了33.2%；平均鉆速由1.24m/h提高至2.2m/h ，提高了77.4%。
2.4 优选钻井提速工具
针对下部地层坚硬、可钻性差、研磨性强的特点，开展了钻井提速工具优选工作，通过与提速工具厂家多次交流及技术研究，形成了提速技术方案。
2.4.1 长深37井提速技术方案
①针对下部地层岩性，优选应用个性化设计的5刀翼、11mm复合片的武汉易斯达PDC钻头，型号EM1115DQ9，钻井参数由32l/s提高至38l/s。
②如优选的易斯达PDC钻头应用效果不理想，则采用PDC-牙轮复合钻头进行提速，复合钻头结合了牙轮和PDC特点的新型钻头，能同时发挥两种钻头的功效优势，即PDC钻头优越的剪切破岩机理及牙轮钻头的冲击破碎机理，该类型钻头在大庆地区深层火成岩区块有过成功应用，与常规钻头相比，平均机械钻速提高1倍左右。
③在钻进过程中如遇到研磨性强地层采用振动马达提速、如遇高石英含量地层则采用涡轮工具+孕镶PDC钻头（孕镶金刚石钻头）提速，即提高机械钻速，又能大幅提高单趟钻的工作时间，从而达到了钻井提速的目的。
2.4.2 通参1井提速技术方案
①由于下部地层含砾石，先采用常规牙轮钻头配合直螺杆提速方案，如效果不好则考虑其他提速技术方案。
②如钻遇石英含量高，采用涡轮工具+孕镶金刚石钻头方案，实现在保证提速的情况下大幅提高单趟钻的工作时间，从而进一步达到了钻井提速的目的。
③在钻进过程中如不含石英或含量不高、研磨性相对不强地层可将涡轮工具+孕镶钻头方案替换振动马达+抗冲击PDC钻头方案，实现钻井提速。
3 结论
（1）优选复合钻头具有牙轮和PDC钻头的双重特点，可在砂砾岩、凝灰岩、安山岩等可钻性差的地层应用，提速效果明显，在长深37井三开登娄库组配合直螺杆提速取得了较好的效果。该技术如果在松南深层火成岩地层使用，能创造较好的经济技术指标。
（2）个性化适应性钻头具有较强的针对性，通过分析研究地层岩性特点，寻找各类地层的破岩途径，并从钻头类型及结构上进行改进，能取得较好的提速效果，在通参1井现场进行试验，并取得了突破，为钻井提速提供研究方向。
（3）涡轮加孕镶金刚石钻头提速工具针对高温、高硬、高研磨地层具有较强的适应性，其井下作业时间超长、机械钻速更快、适应恶劣环境能力超强。结合先期镇深1井的现场实验和长深37井等松南深层坚硬地层特点，形成了涡轮钻具加孕镶金刚石提速技术方案。因此该技术如能在松南深层火成岩地层使用，必将取得良好的技术指标，创造可观的经济效益。
作者简介
周蓉，女，1983年出生，2006年毕业于成都理工大学石油工程专业，现从事钻井工程钻井设计工作，工程师。
