非平面齿钻头在HTX1井应用实践.pdf

.1022023年第2 6 卷维修改造石油和化工设备非平面齿钻头在HTX1井应用实践何源（大庆钻探钻井工程设计研究院大庆16 3413)摘要】HTX1井是位于松辽盆地北部徐家围子断陷安达凹陷的一口风险探井，设计垂深390 2.36 m，设计斜深42 36.2 6 m，目的层位火石岭组，设计该井在火石岭组定向钻进12 49.2 6 m，邻井实钻数据显示火山岩地层岩石硬度高，可钻性差，存在机械钻速低，钻头进尺少的现状。为解决这一难题，实现火山岩地层钻井提速，在HTX1井三开火石岭组开展了非平面齿钻头的现场试验，经实钻验证，改进后的SD6652等系列钻头，平均机械钻速6.7 m/h，单趟钻平均进尺199.12 m，超出预计考核指标47%，该系列钻头在HTX1井的成功应用为松辽盆地火石岭组钻井提速提供了数据支撑。【关键词火石岭组；机械钻速；钻头；可钻性；火山岩1 HTX1井基本情况为探索安达东部火二段鼻状构造火山岩储层含气性，兼探火一段含气性，实现火石岭组新层系勘探突破，2 0 2 2 年在松辽盆地北部徐家围子断陷安达凹陷部署了一口风险探井HTX1井，目的层位为火石岭组，设计斜深42 36.2 6 m，设计垂深3902.36m，实钻井深3994m，设计该井在火石岭组定向钻进12 49.2 6 m。火石岭组是一套以中基性火山岩 为主的地层，岩性主要为灰绿色、灰紫色安山岩、凝灰岩、凝灰质砾岩夹少量粉砂岩、砂岩、泥质岩及煤线组成，局部发育烃源岩，岩石硬度高，可钻性差。邻井实钻统计数据显示，安达工区火石岭组区域勘探程度低，探井较少，2 0 0 5年以来施工的以火石岭组为目的层且距离HTX120公里范围内的邻井仅有DS11井、DS28井和DS3井3口，且多为刚进入火石岭组就完钻，最大机械钻速仅1.35m/h，单只牙轮钻头最长进尺113.0 7 m（见表1）。表1DS区块火石岭组平均机械钻速及进尺情况钻进井段井号尺寸mm型号所钻地层进尺m机械钻速m/h从（m)至(m)215.9牙轮3725.963833.80107.841.22215.9牙轮3837.203895.9958.791.15DS11215.9牙轮3895.993988.0892.091.23215.9牙轮3988.084101.15火石岭组113.071.10215.9牙轮4101.154126.0024.851.26DS28215.9牙轮3699.603744.0044.401.35DS3215.9牙轮3850.743894.0043.261.502钻头选型为解决火石岭组钻头进尺少，机械钻速慢的问题 2-6 ，在HTX1井开展了火石岭组钻头优选与应用实践。利用邻井录井、测井数据进行HTX1井火石岭组岩石可钻性级别、硬度预测，结合邻井实钻钻头损坏情况，数据显示营城组及以下的砂砾岩、玄武岩、花岗岩等特殊岩性，地层可钻性极值在7-9之间（见图1），对钻头的研磨性及冲击性都较大，是导致牙轮钻头断齿、掏心，PDC钻头崩齿、环形槽、掏心等损坏形式的主要原因 7-10 。为此，结合本井火石岭组安山岩、凝灰岩、凝灰质砾岩分布情况，与渤海石油装备中成机械制造有限公司联合攻关从钻头冠部形状，布齿方式、作者简介：何源（1993-），女，锡伯族，吉林松原人，助理工程师，现从事钻井设计工作。103-何源非平面齿钻头在HTX1井应用实践第8 期复合片材质等方面综合考虑，最终确定了16 mm双排齿SD6652、SD 6 6 49B高抗研磨系列钻头，此类钻头采用异形齿、加密布齿的方式，抗研磨、抗冲击能力大幅提升，在徐家围子登楼库、泉头组地层钻井中单只钻头进尺和机械钻速均取得较好应用效果。可钻性级别(牙轮）可钻性级别(PDC)塑性系数硬度姚家组142 011.59100920093009400913579135791500150015001500青山口组16 8 01800180018001800鼻头姐2 2 5521002100210021002400240024002400登类库组2 7 8 6270027002700270030003000300030003300330033003300火石岭组390 2360036003600360039003900390039004200420042004200图1HTX1井岩石可钻性预测3现场应用实践3.1SD6652钻头使用情况该井三开第一趟钻选用8-1/2 SD6652钻头，钻进井段：2 57 4-32 0 5m，累计进尺：6 31m，所钻地层：登娄库组-火石岭组，地层岩性为深灰色安山岩。累计纯钻时间56 h，平均机械钻速11.3m/h。图2 SD6652钻头起出情况从钻头起初情况看，芯部中度磨损，所钻层位登四段-火石岭，岩性以深灰色安山岩为主，从磨损情况分析，该段岩性对钻头的冲击性较弱（见图2）。3.2SD6649B钻头使用情况从第二趟钻开始使用SD6649B钻头，钻进井段：32 14-37 93m，连续入井该型号钻头3只，具体使用情况见下表2。表2 SD6649B钻头使用情况序号钻头型号井段岩性进尺（m)机械钻速(m/h)起出原因1SD6649B3214-3440深灰色安山岩2268.41取心2SD6649B3449-3749紫红色安山岩、凝灰岩3008.11取心3SD6649B3757-3793灰绿色英安岩为主363.6报废1042023年第2 6 卷维修改造石油和化工设备其中第一只钻头入井后钻遇2 9m火山角砾岩，起出后观察钻头肩部齿有五颗轻微崩齿；第2 只钻头起出后观察，钻头出井未出现崩齿，以磨损为主，分析为在火山岭组安山岩和凝灰岩中以研磨性为主，可钻性相对好，进口斧型齿使用效果较好，在该类地层中建议继续使用斧型齿钻头，第3只钻头起初后切削齿磨损较严重，分析为英安岩冲击性强，造成钻头提前报废（见图3）。图3-1入井前图3-2 和图3-3起出照片图3第三只SD6649B钻头入井前后照片3.3ZCFH6650钻头使用情况SD6649B钻头钻进36 m后磨损严重报废，分析从该深度开始，火石岭组紫红色安山岩，岩石可钻性变差，从37 93m开始使用复合钻头ZCFH6650钻进直至完钻39 9 4m。Z C FH 6 6 50 钻头采用微螺旋型双排齿不对称四刀翼中等抛物线冠部设计，运用不同结构的复合片在钻头不同位置合理布置，增强了钻头在中硬到硬地质层钻进中的攻击性和抗研磨性，连续入井该钻头3只，具体使用情况见下表3。表3ZCFH6650钻头使用情况序号钻头型号井段岩性进尺（m）机械钻速（m/h）起出原因1ZCFH66503793-3889紫红色安山岩963.31到达时间2ZCFH66503889-3948紫红色安山岩592.41泵压下降3ZCFH66503948-3994紫红色火山角砾熔岩461.88完钻观察起出钻头，3只出井钻头主副切削齿轻微磨损，没有达到使用寿命极限，但从钻速和钻时看，三只钻头的机械钻速下降明显，分析为从火石岭组37 57 m（火石岭组中下部）开始，可钻性越来越差。图4ZCFH6650钻头出井照片(上接10 8 页）105何源非平面齿钻头在HTX1井应用实践第8 期3.4应用效果分析THX1井三开215.9mm井眼从2 57 4m钻至3994m共使用7 只钻头，单只钻头平均进尺达到199.12m，平均机械钻速6.7 m/h，较邻井单只牙轮钻头最高钻速1.35m/h，最长进尺113.0 7 m分别提高了38 8.8 9%和7 6.10%。4认识与建议（1）SD 6 6 52 钻头在火石岭组一趟钻进尺631m，平均机械钻速达到11.3m/h，单只钻头进尺比邻井DS28井提高14.2 倍，大幅度提高了THX1井火石岭组地层的钻井速度，此型号钻头比较适合在火石岭组深灰色安山岩性钻进。（2）从起出钻头磨损情况分析，火石岭组上部深灰色安山岩和凝灰岩、以研磨性为主，可钻性相对好，该段岩性对钻头的冲击性较弱，SD6652进口斧型齿钻头使用效果较好，在该类地层中建议继续使用斧型齿钻头。（3）Z C FH 6 6 50 复合钻头在火石岭组紫红色安山岩地层，单趟钻最高进尺96 m，比邻井DS28井增加1.16 倍，单趟钻最高机械钻速3.31m/h，比邻井DS28提高1.45倍，建议进一步扩大ZCFH6650钻头应用范围，以综合评估其经济性和可行性。（4）SD 6 6 49B高抗研磨系列钻头非平面齿钻头在HTX1井的实践应用有效缩短了该井三开火石对抽汲效应起到一定的补偿。钻进期间借助精细控压钻井系统展开微欠平衡点火钻进、控压起钻、控压接立柱及近平衡完井，整个作业过程中井口回压始终得到控制，井底压力微欠平衡点火钻进的过程中成功点火次数达56 次，点火时间长度共达到2 36 h，单次点火控压时间最长达到7 3h，单程控压起钻最长达到1598m，为钻进控压起钻期间井控安全提供了保证。4结论综上所述，该井低压裂缝基岩地层微欠平衡钻井作业期间，全井段均无漏失发生，表明相关系统及工艺对该类型地层较为适用。井底压力对气层的影响较大，如果采用高密度钻井液很可能增大井漏，损伤裂缝储层，增大油气开采难度。岭组难钻地层的钻进周期，为探索火石岭钻井地层钻头选型提供了数据支撑。参考文献1苗长盛，徐文，刘玉虎，等，2 0 2 0.松辽盆地南部火山岩储层特征 J.吉林大学学报（地球科学版），50（2）：6 35-643.2王天宇.混合钻头技术特点及应用 J.西部探矿工程，2018,30(6):73-76.3陈星星.混合钻头在陵页岩气田的应用 .探矿工程(岩土钻掘工程)，2 0 19,46(10):34-39.4孙源秀,邹德永,郭玉龙,等.切削-犁削混合钻头设计及现场应用 .石油钻采工艺,2 0 16,38(1):53-56.5赵尔信.金刚石复合片的现状及新的应用范围 .超硬材料工程,2 0 16,2 8(2):50-53.林四元,李龙,张波涛,等.北部湾盆地脊形PDC切削齿钻头提速技术 .石油机械,2 0 19,47(4):12-15.6祝小林,杨灿,张鸥,等.新型PDC钻头砾岩破岩技术及应用.石油机械,2 0 19,47(6):2 8-32.7郑家伟国外金刚石钻头的新进展 J.石油机械,2 0 16,44(8):31-36.8张涛,董宏伟,赵峰,等.非平面齿PDC钻头在福山油田砂砾岩地层的应用 .石油工业技术监督,2 0 2 1,37(3)52-54,59.9刘强,贺明敏,黄媚.川中须家河组牙轮-PDC混合钻头钻井提速实践 .钻采工艺，2 0 16,39(6):7-10.10李超,寇明富,王世永,等.酒西地区白垩系地层新型PDC钻头技术及应用 .石油机械,2 0 19,47(3):7-13.收稿日期：2 0 2 3-0 2-2 7 修回日期：2 0 2 3-0 7-13该井使用低密度钻井液及精细控压钻井系统展开全过程微欠平衡钻井，起到了较好的保护油气层的效果。通过钻井实践，也对该井地层特征做出了全面了解，井下地层岩性稳定，不存在塌、水化迹象，非常适合微欠平衡钻井技术的展开。参考文献1王果.基于线性节流阀的MPD井筒压力调控方法 J.石油钻采工艺,2 0 2 1,43(0 2):197-2 0 2.2邢书超,王建斌.基于被动MPD抑制浅表层出水的钻井方法 J.中国石油和化工标准与质量,2 0 2 0,40(0 9):157-159.3黄熠,杨进,施山山,罗鸣,殷启帅,徐东升.控压钻井技术在海上超高温高压井中的应用 J.石油钻采工艺,2 0 18,40(0 6):6 99-7 0 5.收稿日期：2 0 2 3-0 3-0 55修回日期：2 0 2 3-0 7-13