刘晓东 刘相庆 王振国 田文超 张永革
胜利石油工程有限公司渤海钻井总公司 山东省 东营市 257200
摘要：为解决哈密地区机械钻速低施工难度大等难题，针对每一开次，特制定了一系列提速提质方案。φ311.2mm井眼通过优选PDC钻头+大功率螺杆钻具，针对含砾石较高的井段使用φ16mmPDC复合片+锥型齿进行抗砾石钻进，大大减少了钻头使用数量，减少了起下钻次数，从而提高机械钻速。φ21.9mm井段火成岩地层优选使用氮气钻井，得到了较为理想的机械钻速。在地层出水，无法实施氮气钻井后，选用孕镶PDC钻头+高速螺杆进行提速钻井，得到了良好的使用效果。通过提速方案的优选，相比施工的红1井大大提高了机械钻速，减少了井下复杂故障的发生。
1、概述
红2井是中石化勘探管理中心部署在新疆维吾尔自治区哈密区块的一口预探直井，地质预测鄯善群-白垩系地层中含砾石较高，对钻头损害大，有较高的卡钻、井塌等风险。下二叠统依尔稀土组-下石炭统，火成岩井段长达1950m，该井段能否顺利钻进，是该口井提速的关键。
2、存在的问题及对策
2.1 φ311.2mm井眼段砾石含量高的提速施工
相对于红1井，该井段使用钻头10只，纯钻进时间75d14h，扩划眼时间6d23h，平均机械钻速0.90m/h，施工难点主要在于：第一地层中富含砂砾岩、灰白色含砾细砂岩、深灰色泥岩、黑色碳质泥岩，极不均匀且特别致密，研磨性强，可钻性差。第二该井多使用钢齿牙轮钻头，地层中砾石含量高，憋跳钻严重，为保护钻具，使用了钻具减震器，但会大大降低了钻头使用寿命，单只钻头纯钻进时间短。
对策：通过优选PDC钻头+高功率螺杆钻具，优选G级以上钻具，不使用钻具减震器，上部地层优先下入φ19mm五刀翼大复合片PDC钻头钻进，在钻遇砾石，憋跳严重时，立即起钻，更换为φ16mm六刀翼带锥型齿的PDC钻头钻进，该钻头具有较高抗砾石作用，针对该地层砾石掉块多，可直接进行划眼，大大降低了起下钻次数，增加了单只钻头使用效率，从而提高了该井段整体机械钻速，该井段平均机械钻速达到4.37m/h，比红1井提高了3.67m/h。
2.2 φ215.9mm井眼火成岩井段钻进提速施工
红1井在使用氮气钻井过程中遇到了钻进岩屑大，不能够有效返出地面，在井筒内不断摩擦钻具外壁，对钻具造成先期伤害，致使在后期使用钻井液钻进过程中，导致钻具刺坏，刺断，形成井下故障。在地层出水，无法实施氮气钻井时，转换钻井液钻进时由于措施不当，导致卡钻的发生。后期钻井液钻井使用钻头57只，进尺1562.62m，机械钻速只有0.59m/h，单只钻头使用寿命短，起下钻频繁，发生牙轮故障3次。
对策：第一，在使用氮气钻井时，选用空气锤锤击颗粒密度高，高排气量（90-130Nm3/min）能够有效击碎岩石，有效避免钻屑大，在井内恶性循环磨损钻具的后果，同时，使用小钻压10-20KN，转速25r/min，较好的保证井身质量。使用氮气钻进进尺1225m，平均机械钻速11.95m/h。较红1井空气钻井提高7.12m/h。第二，在由于地层出水，无法实施氮气钻井时，提前制定了转换钻井液方案，确保井下安全施工。具体施工方案：在无法实施氮气钻井后，立即起出气体钻具，更换钻具组合为：215.9mmHJ517+回压阀+158.8mmDC*9+12mmHWDP*15+127mmDP，将转换钻具下至技术套管鞋处（未出），使用提前配置好的前置液10m3（水+10%白油润滑剂+0.1%聚合物+10%聚合醇），堵漏液要求超过裸眼段体积（3%随钻堵漏剂+3%多级配封堵堵漏剂）以及常规封堵防塌钻井液。转换时，使用小排量（10-15l/s）泵入前置液并低速旋转钻具，使前置液均匀覆盖整个裸眼段井壁，然后小排量（15-25l/s）泵入裸眼段体积的堵漏液，接着连续泵入常规钻井液直至井口返出。正常循环1-2周后确认无漏失后，下钻分段循环至井底。良好的技术措施保证了气液转换的安全性，杜绝了井下故障的发生，为该井的施工提速奠定了基础。第三，转换钻井液施工后，仍然主选PDC钻头+螺杆钻具的施工模式，在普通PDC钻时较慢后，直接更换为孕镶PDC钻头+高速螺杆以及PDC+扭冲等提速工具施工，使该地区火成岩钻井液施工的机械钻速又上了一个台阶，转换钻井液后，共使用钻头6只（3只牙轮钻头扩划眼使用，3只PDC钻头），平均机械钻速1.07m/h，同比红1井提高0.48m/h。
3、存在的问题及建议
（1）在φ311.2mm井段施工钻进至井深500m时，因等安评报告停工，正常短起下后，使用稠浆封井起钻至表层套管。期间原钻具通井一次正常。停工5d9h后，恢复钻进，钻进至井身740m时，循环准备短起下，循环期间，震动筛返出红色泥岩，夹杂部分砂砾岩掉块。卸方钻杆后，第一柱起钻困难，连续活动多次无效，采用方钻杆开泵倒划起钻至502m后，阻力逐渐减缩。判断为井内掉块多造成起钻困难。起钻后简化钻具后下钻通井，通过循环、划眼、打滴流稠塞将井内掉块击碎、带出后井下恢复正常。原因分析：钻进至井深500m后，停钻等安评，停钻时间5d9h，井壁泥饼成型时间短，长时间浸泡导致井壁垮塌，钻入新地层后，钻井液不能与新地层配伍，上部地层垮塌后，新钻入的地层跟随垮塌。
建议：在未达到开钻条件下暂缓开钻，打打停停更容易造成井下复杂故障，增加了钻井周期，得不偿失。
（2）在使用氮气钻井过程中，第一只空气锤入井后，钻井进尺765m，机械钻速一度高达15m/h，直至钻进至空气锤无进尺才起钻，起钻后发现空气锤保径齿磨损严重（原尺寸217mm，磨损后第一排保径齿外径210mm，第二排保径齿外径207mm）。导致增加了扩划眼时间。
建议：通过与厂家结合，小尺寸空气锤在气体钻中使用较少，可借鉴的资料不多，根据本口井的使用情况，首先要加强空气锤本体保径强度，加密保径齿数。二是再使用此类型空气锤时，不要盲目追求进尺，每钻进300m或纯钻30h，即使钻时未发生明显变化，也可起钻更换空气锤，顺便分析该空气锤与地层匹配程度，避免复杂故障的发生。
4、结论
（1）针对鄯善群-白垩系地层中含砾石较多的地层，优先选用普通与抗砾PDC钻头结合，根据钻进过程中的表现，选择合适的PDC钻头钻进，可有效提高机械钻速，增加钻头使用寿命。
（2）该井使用氮气钻井空气锤技术，获得了较高的机械钻速，平均机械钻速11.95m/h，提速效果明显。
（3）氮气钻井转换钻井液钻井时做好充足的技术准备能有效避免井下复杂故障的发生。
（4）转换后的钻井液钻井优先选优高效率PDC钻头+高速螺杆（或扭冲）可提高机械钻速。