王庄、单家油田PDC优选提速技术研究

王庄、单家油田 PDC优选提速技术研究

李敬松

中石化胜利石油工程有限公司渤海钻井总公司，山东 东营， 257200

摘 要：滨南区块目前以浅层定向井、水平井、丛式井组为主，该地区完钻层位以沙河街、前震旦系等老地层为主，地层岩性可钻性差，研磨性强，机械钻速慢，井下复杂情况多，钻井周期长，钻井成本高，已经严重制约当前的勘探和开发工作。PDC钻头存在机械转速高、耐磨性强、使用寿命长、钻进时钻压小，不易发生井斜，同时降低钻具事故，提高钻具使用寿命。因此通过PDC钻头在王庄、单家油田浅层定向井、水平井中的研究与应用，形成有效的提速提效钻井模式，逐步推广至中深井的应用，达到提高滨南区块所有施工井机械钻速，降低成本，增加效益的目的。

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长期以来，在王庄、单家油田区块由于该区域所施工井，井深较浅（1500m左右），钻头投资成本低，施工单位一直以来以使用牙轮钻头为主。但是随着钻井工艺的不断更新和进步，井场地理位置的限制，所施工井井型由浅层定向井、水平井所代替，地层老、可钻性差，根据地层岩性不断更换钻头选型，起下钻次数不断增加，常规钻井机械钻速慢，很难达到提速提效要求。针对牙轮钻头存在使用寿命低、对地层岩性的选择性较强，切削齿以平齿为主、复合片易损坏、造斜率低等实际问题，很难有效提高机械钻速。

1 研究目的

钻头性能直接关系到钻井效率、质量、成本乃至井下安全，对于定向井、水平井、深井来说，少用一只钻头，少起一趟钻，不仅可以直接节省钻头成本，还可以缩短钻井周期，效益十分可观。因此对王庄、单家油田区块地层岩石可钻性和PDC钻头选型的分析和研究，成为了当下提速提效急需解决的问题。

2 研究方法

从研究PDC钻头不同刀翼及刀翼形状对造斜率的影响入手，分析PDC钻头不同复合片尺寸、数量及分布对机械钻速的影响；分析总结相同区块地层岩性；研究适用于该区块定向井、水平井、大位移井的PDC钻头型号及钻井参数；通过现场试验应用，实时监控，总结成果及推广应用。

3 实施方案

通过滨南区块地层岩性资料的收集、筛选并进行处理分析，结合实钻资料，建立科学合理的钻头优选与应用技术；统计近年来滨南区块钻井的实钻资料，找出提高区域钻井速度和减少事故与复杂情况的方法，并通过钻井现场试验进行验证，最终形成滨南区块钻井速度配套钻井技术加以推广应用。

4 现场应用

4.1 PDC钻头的应用

2019年三刀翼PDC在滨南区块共施工井6口，水平井1口，定向井5口，其中在郑4-平7井、郑373-斜10井试验了三刀翼PDC钻头的钻进效果，同时在中深井滨105井组12口井同台井中3口井进行推广应用并与其余8口井进行了对比；在车10-斜6井中采用三刀翼PDC加4头高速螺杆的钻具组合，对三刀翼PDC钻头与高速螺杆的配合效果进行了相关的试验。

郑4-平7井为本区块第一口仅使用PDC钻头钻进完井的井，且在该井施工中首次采用三刀翼PDC钻头定向，在沙河街组沙三段造斜率低的情况下，有效避免了4刀翼PDC钻头造斜率达不到设计要求的弊端，减少了因更换钻头而起下钻的时间，有效缩短了钻井周期。

在滨105井组分别使用海胜、莱州原野的三刀PDC，在馆陶组及以上地层，机械钻速较快，但进入沙河街组底层后，由于地层的压实作用，地层岩性较硬，且受地层倾角的影响，加之三刀翼PDC钻头工具面不稳，致使三刀翼PDC钻头在沙河街组地层中钻进时，钻时较慢，复合钻增斜，导致施工中通过“挑”“扣”等措施不断调整井身轨迹，致使机械钻速较低，未能达到良好的效果。

滨南区块共施工26口井，所施工的浅层定向井、中深井定向井、水平井一改往年使用牙轮钻头施工的方法，除6口采用三刀翼PDC钻头，其中两口水平井采用牙轮钻头外，其余井均采用PDC钻头加螺杆的施工模式，减少了因更换钻头而起下钻的时间，节约了钻头使用成本，缩短了钻井周期，同时减少了掉牙轮的事故风险，提高了机械钻速。

4.2 滨南区块地质分层及岩性分析

该区块地层中砾石含量较少，但沙河街组地层井段较长，且地层中岩性以棕红色泥岩为主，夹层较多钻时相对较慢。

该区块地层中断层较多，软硬交界面多，钻进中对井斜影响较大。进入沙二、沙三段复合钻进易增斜，沙四段复合钻进时易降斜。

4.3 钻具组合及钻进参数优化

钻具组合中加入偏心扩眼器，修复馆陶组及以上地层，减少了地层缩径、定向段出现键槽的发生机率，保证了井眼轨迹规则、平滑，确保了电测成功率及下套管作业的顺利施工。

通过更换钻头水眼直径，增加泥浆泵排量，采用高转速低钻压施工，提高钻头压降和钻头水马力，用以减少PDC在在井底的重复切削作用而损伤钻头金刚石复合片，有效提高钻头机械钻速。

5 取得效果

（1）在郑4-平7井中，创新采用三刀翼PDC定向施工，有效避免了四刀翼PDC钻头造斜率低，无法满足井身轨迹要求的弊端，减少了起下钻更换钻头的时间，节约了钻井周期，提高了机械钻速。比同台井中郑4-平8井节约钻井周期6.75天，机械钻速提高18.44%。

（2）在王庄、单家油田采用三刀翼、四刀翼PDC钻头进行定向井、水平井施工，王庄油田定向井钻井周期比2017年提高33.83%，比2018年提高16.6%，单家油田定向井钻井周期比2017年提高42.37%，2018年提高50.86%，单家油田水平井钻井周期比2018年提高40.63%。王庄油田定向井机械钻速同比2017年提高29.44%，比2018年26.18%，单家油田定向井机械钻速同比2017年同比提高22.85%，比2018年同比提高16.23%，单家油田水平井机械钻速比2018年同比提高29.04%。

（3）在滨南区块中深定向井中推广采用三刀翼、四刀翼PDC钻头施工，通过优化钻进参数及钻具组合，实现了一个钻头、一趟钻完井，有效节约了钻井周期，节约了钻头使用成本，提高了机械钻速。