田松超
大庆钻探工程公司钻井一公司 黑龙江大庆 163411
摘要：深层火山岩气井钻探具有机械钻速低、钻井周期长等特点，为了进一步提高机械钻速、缩短钻井周期、降低钻井成本，在DS21井应用了钻头优选技术、复合钻井技术、液动旋冲工具提速技术。DS21井完钻井深4400m，平均机械钻速7.56m/h，钻进周期70.21天，相比邻井机械钻速提高92%，钻进周期缩短40.25天，取得了非常好的施工效果。
关键词：钻井提速 复合钻井 液动旋冲工具
DS21井位于松辽盆地东南断陷区徐家围子断陷安达凹陷东部，根据邻井钻探成果及地震解释成果，本井区地层发育较全，预测该井区深层地层从上到下依次为泉头组的泉四段、泉三段、泉二段、泉一段；登娄库组的登四段、登三段、登二段和营城组地层。为了探索安达凹陷营城组期次II二类安山岩储层含气性，确定有利含气层段，为钻探水平井提供依据，部署了DS21井。DS21井完钻井深4400m，平均机械钻速7.56m/h，钻进周期70.21天。
1 DS21井钻井难点分析
大庆深井在泉头组二段以下被称为深层，深部地层的地质特点表现为地层硬度高、可钻性级值高、地温梯度高、研磨性强。因此施工DS21井存在以下技术难点。
（1）登娄库组地层岩性变化大，PDC钻头选型困难。登四段顶部为深灰色泥岩，其下为深紫色泥岩、粉砂质泥岩与深灰色泥质粉砂岩；登三段为深灰色泥岩、粉砂质泥岩与灰色泥质粉砂岩、粉砂岩呈不等厚互层；登二段顶部为深灰色泥岩、粉砂质泥岩夹深灰色泥质粉砂岩，其下为深紫色泥岩、粉砂质泥岩与深灰色泥质粉砂岩，灰色粉砂岩呈不等厚互层，岩性的频繁变化给钻头选型带来了困难。
（2）火山岩钻井速度慢。火山岩地层最大硬度达到5000Mpa，可钻性级值最高为10.38，营城组火山岩上部以安山岩为主，下部为玄武岩，还夹杂着火山角砾岩，因此在邻井钻探过程中PDC钻头在该地层难以应用，只能应用牙轮钻头，钻井速度慢，起下钻频繁；地层最高
（3）井斜问题突出。DS21井区登娄库组二段地层倾角8.6°，营城组地层倾角9.8°，在钻井施工中易发生井斜，统计该区已经施工的15口井，有12口井发生了不同程度的井斜问题，严重影响了井身质量。
2 钻井提速技术
2.1 井身结构优化技术
根据DS21井区的地层破裂压力、地层坍塌压力和地层的孔隙压力情况，结合DS21井区的地层岩性特点，经过优化后采用三层套管的井身结构，井身结构数据见表1所示。
表1 井身结构数据表
开钻次序 钻头尺寸×井深
mm×m 套管尺寸×下深
mm×m 套管下入地层层位 备 注
一开 444.5×300 339.7×299 明一段 插入式固井
二开 311.2×2500 244.5×2498 登四段 双密度固井
二开 215.9×4400 139.7×4397 沙河子组 尾管固井
2.2 二开提速技术
自第三系至登四段地层岩性比较稳定，整个二开井段适合PDC钻头钻进。311.2井眼继续改进钻头设计，优选T1951DB+CK506钻头，实现PDC钻头二开完钻，进尺2200m，平均机械钻速11.98m/h，比邻井DS14井提高70%。其中T1951DB钻头外径为Φ315.00mm，实现扩大上部井眼，减少起下钻阻卡的作用。
2.3 复合钻井技术
随着钻井技术的发展和不断进步，螺杆+PDC的复合钻井技术也越来越成熟。因此在DS21井的登三段至营城组进行了螺杆+高效PDC钻头的复合钻井，复合钻井进尺435m，平均机械钻速7.26m/h，与邻井同层位相比，钻速是邻井PDC钻头钻速的2.5倍，是邻井牙轮钻头的4.5倍，与邻井PDC、牙轮钻速对比如图1、图2所示。
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2.4 液动旋冲提速技术
松辽盆地火山岩地层岩性复杂、可钻性级值高、研磨性强，因此在钻井施工过程中由于PDC钻头卡滑很难应用。为了解决PDC钻头卡滑问题，实现PDC钻头在营城组火山岩地层的应用，油田研制了液动旋冲工具，该工具以充分利用流体动力学与能量转换的原理，借助一部分钻井液驱动工具产生一定频率的冲击，直接施加在钻头上，进行辅助破岩，在硬地层及研磨性地层具有较高的钻井速度。在DS21井施工中，应用液动旋冲工具配合U613M钻头和DSRE613M钻头，实现了PDC钻头完钻，进尺1375.3m、钻速4.68m/h；钻速同比邻井提高了143%，缩短钻进周期近15天。见表2。
表2 达深21井钻速、周期与邻井对比情况
井号 井段（m） 层 位 钻速 (m/h) 进尺（m） 该井段钻进周期(天）
DS2 3064.5-4050 营城组 2.69 977.9 35
DS8 2903.61-3417 营城组 1.11 504.65 39
DS9 2998.9-4030.3 营城组 2.99 1030.62 31
DS12 2691.18-3460 营城组 1.94 757.87 32
DS15 3004.96-3960 营城组 1.72 948.76 33
平均值 2 843.96 34
DS21 3023.75-4400 营城组 4.68 1375.3 19
3 提速效果分析
DS21井完钻井深4400m，平均机械钻速7.56m/h，与邻井相比机械钻速提高92%，钻进周期缩短40.25天，与邻井钻速、周期对比如图3所示。
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4 结论与认识
（1）在二开施工中优选T1951DB+CK506钻头，实现PDC钻头二开完钻，减少了起下钻，为钻井提速奠定了基础。
（2）应用液动旋冲工具配合U613M钻头和DSRE613M钻头，实现了PDC钻头在营城组火山岩地层的应用。为深层气井快速、高效施工探索了一条新路。
参考文献
[1]张书瑞，吕长文，刘卜.大庆庆深气田深井快速钻井技术［M］.大庆油田有限责任公司核心技术人才优秀论文集，北京：石油工业出版社,2009.9：210
[2]马凤清.哈山3井火成岩地层快速钻井技术[J].石油钻探技术，2014，42（2）：112-116.