哈山3井石炭系钻井提速探索与实践

第第页哈山3井石炭系钻井提速探索与实践摘要：哈山地区石炭系井壁稳定性差，易垮塌，深部地层可钻性差，机械钻速低，钻井难度大，钻井周期长，严重制约了油田勘探的步伐。针对这些施工难点，认真研究已钻井资料，对石炭系地层特点和提速技术进行分析，提出了相应的措施，从钻头优选、新工具、新工艺的应用等方面，探讨了提高哈山地区石炭系地层钻井速度的主要技术。

关键词：哈山地区石炭系火山岩井壁稳定提速现场应用

一、哈山地区石炭系地质工程特点

1.石炭系地层以火山岩为主，火山岩岩石类型多、岩性复杂

哈山地区石炭系火山岩主要分为玄武岩、凝灰质角砾岩、熔结凝灰岩，不同深度岩性特征不同。

2.石炭系火山岩地层厚度大

从新疆准噶尔盆地哈山区块已钻井的情况来看，石炭系火山岩地层厚度大，哈山2井石炭系厚度2800多米（未钻穿），哈山3井石炭系地层厚度4000m以上，哈浅3井石炭系地层厚度1900m以上（未钻穿）。

3.火山岩地层硬度大，可钻性差

由于火山岩自身的特点，造成硬度大，可钻性极值高，造成机械钻速低，是影响钻井周期的主要地层，占到全井周期的40%～60%。

4.火山岩地层容易对钻头造成先期破坏，钻井效率低

由于火山岩地层岩石硬度大，含有角砾岩，造成钻头的非均匀旋转，发生憋跳钻现象，牙齿对地层的非均匀性冲击导致钻头的先期破坏，发生崩齿、断齿，随着钻进的继续进行，钻头破坏加剧，机械钻速也急剧下降，钻头使用寿命缩短，造成频繁起下钻更换钻头。

5.火山岩地层易漏、井壁稳定难度大

石炭系地层存在纵横交错的微裂隙，裂缝发育井段地层井壁稳定性差，坍塌掉快现象严重，钻进中经常憋停转盘，起下钻遇阻卡现象严重。

二、哈山地区石炭系地层提速技术分析

从哈山地区深部石炭系火山岩地层的钻探情况来看，机械钻速低和钻井效率低是造成钻井周期长的直接原因。对此进行初步的分析，希望为哈山地区深部火山岩地层的提速提供参考。

1.深部地层钻头优选技术

根据已钻井资料和现有的钻头类型，推荐深部火山岩地层的钻头类型为：江汉钻头厂HJ537G、HJ637G、HF637Y、MD637X。

2.高效牙轮钻头+低转速大扭矩螺杆

由于深部火山岩地层可钻性差，岩石硬度大，采用高转速容易发生跳钻造成钻头先期破坏和井壁失稳，而低转速螺杆工作更平稳，可以施加更大的钻压，提高机械破岩能量，钻头推荐使用MD537X、MD637DY。

3.孕镶金刚石钻头+高速螺杆

孕镶金刚石钻头在深部火山岩地层还没有应用，不过根据西部火山岩为脆性岩石，硬度大，牙轮和PDC钻头容易发生断齿的特点，孕镶金刚石因切削齿小，容易吃入硬地层，切削齿不容易被崩断。

4.气体钻井技术

气体钻井是一种特殊的欠平衡钻井技术，具有钻速高、成本低、环保性好等优势，与常规钻井液钻井最大的区别在于气体钻井改变了井底岩石的受力状态，使得井底岩石在气体钻井中处于受拉的状态，强度降低。气

5.水利加压器辅助破岩工具

水力加压器在使用时连接在靠近钻头的下部钻具中或者直接连接到钻头上。开泵后，作用在活塞上的压差产生的推力推动活塞下行，传递推力给钻头；另外，水力加压器活塞上部是敞开的，整个钻具内的液体都可以起缓冲作用，从而能够有效地吸震防跳，延长钻头和钻具的使用寿命。

6.高频扭转冲击钻井技术

高频扭转冲击钻井技术是将钻井液的能量转换成扭向的、高频的、均匀稳定的冲击能量直接传递给PDC钻头，从而大大降低钻头的粘滑现象，消除了井下钻头运动时可能出现的一种或多种振动，使其破岩方式以冲击破碎为主，旋转剪切破岩为辅，延长钻头寿命，提高了机械钻速，有效解决深部硬地层破岩难的问题。

三、哈山3井现场应用

1.空气钻井应用

1.1空气钻井现场施工工艺

钻进时注入气量125m3/min，转盘转速为50～60rpm，钻压为60～80kN。实钻过程中，钻压40～80KN，转速60rpm，为了确保井眼清洁，控制每米钻时在10～15min。

1.2空气钻井实施效果分析

哈山3井实施空气钻井井段720～1626m，因地层出水终止，空气钻井进尺906m，总纯钻进时间174h，平均机械钻速5.20m/h，空气钻是钻井液钻井速度的3.04倍。

2.PDC+高频扭转冲击钻井技术现场应用

2.1试验情况

钻进至井深2888m，下入胜油油田钻井院特别设计的PK6245MJD钻头，钻进参数：钻压60～80KN，钻速70～88rpm，排量37L/s，泵压15Mpa；钻进井段地层为石炭系，岩性为玄武岩凝灰质泥岩凝灰质角砾岩。

2.2效果分析

钻进井段2888～3345.5m，累计进尺457.5m，纯钻时间495h，平均机械钻速为0.93m/h，钻井院PK6245MJD钻头+扭冲组合，单只钻头进尺最高，纯钻时间最长，行程钻速大大提高。

3.水利加压器在哈山3井现场的应用

3.1试验情况

哈山3井在井深1914m～2333m石炭系地层使用东营伟创生产的Φ242.00mm水力加压器，钻头安装3个12mm水眼。钻井参数：转盘转速100转/分钟，钻压22吨，排量34L/S，泵压14.5MPa，进尺97.29米，纯钻时间32小时，机械钻速3.04米/小时。

3.2效果分析

水力加压器在该段地层不论从机械钻速还是单只钻头进尺都最高，使用动力钻具虽然机械钻速也比较高，但是动力钻具使用寿命短，一般100小时左右，而水力加压器的使用寿命则可以达到300小时，从成本考虑水力加压器也要优于动力钻具。

四、结论与认识

1.气体钻井是解决石炭系地层机械钻速慢的首选技术，该技术石炭系提速效果明显，但是如何应对地层出水还需要研究试验。

2.“PDC钻头+高频扭转冲击工具”钻进较牙轮钻头提速效果明显，行程钻速大幅提高，但还需加大PDC钻头对石炭系地层适应性的研究力度，研制耐磨性好、抗冲击性强的新型PDC钻头，实现本地区全井段PDC钻头的推广使用。

3.建议针对西部石炭系地层特点，加大国产孕镶+高速螺杆等工具的研制与改进，加快现场试验与推广应用。

4.水力加压器不但能有效减震，使钻头工作平稳，而且有提高机械钻速的效果。

参考文献

[1]唐洪林，孙铭新等.胜利西部新区深部二叠及石炭系提速技术分析[J].西部探矿工程，2012，24（10）：76-80.

[2]赵洪山，冯光通等.准噶尔盆地火山岩钻井提速难点与技术对策[J].石