优快钻井技术介绍

优快钻井技术介绍

众所周知，提高钻井速度是加快油气勘探开发步伐的重要途径。多年来，特别是重组分立以来，经过甲乙双方的积极投入和广大钻井工作者的努力，油田拥有了一系列加快钻井速度的技术，钻井速度也逐年提高，但与国外先进的钻井速度指标相比，仍存在着很大的差距。

一、大港油田采用的优快钻井技术

目前，油田用于优快钻井的成熟配套技术有：

1、高压喷射钻井与优选钻井参数钻井

●钻头：除钻砾石、安山岩、玄武岩等硬质岩性用HJ517或H517牙轮钻头外，其余地层如明化镇、馆陶中上部、不含砾的沙河街组、孔店组、中生界首选PDC钻头，也可选用HAT127牙轮钻头。

●喷嘴：牙轮钻头组装中长喷嘴或不等径普通双喷嘴或三喷嘴(大小嘴径比为1:0.68-0.72或1:0.68-0.72:0.68-0.72)。

●钻具组合：

常规钟摆钻具(用于防斜和降斜)：钻头+短钻铤1-2根或钻铤1-3根+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆。

常规满眼钻具(用于稳斜和防斜)：钻头+稳定器+短钻铤1根+稳定器+钻铤1根+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆。

常规增斜钻具(用于增斜)：钻头+稳定器+钻铤1-3根+稳定器+钻铤单根+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆或钻头+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆或钻头+稳定器+钻铤1-3根+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆。

导向钻具(可用于定向、造斜、稳斜、降斜和纠偏)：钻头+导向马达+无磁钻铤1根+MWD+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆。

●钻压：对于牙轮钻头，除防斜吊打、定向、扭方位外，最大的安全钻压为每英吋20KN。对于PDC钻头，钻压一般在40-80KN。

●转速：对于机械钻机，在上部地层采用Ⅱ档或Ⅲ档的转速，在中深部地层采用Ⅰ档或Ⅱ档转速。对于电动钻机，采用适合牙轮钻头的95rpm。使用PDC钻头时，可采用动力钻具+转盘的复合钻井方式或转盘不低于Ⅱ档的转速。

●泵压：牙轮钻头的泵压达到17Mpa以上，PDC钻头的泵压达到14Mpa以上。穿漏层、定向与扭方位可适当降低泵压。

●排量：φ311.1mm及以上尺寸井眼的排量≥55L/S。φ244.5mm井眼的排量≥

30L/S。φ215.9mm井眼的排量≥28L/S。φ152mm井眼的排量≥10L/S。

2、高效能PDC钻头和引进牙轮钻头钻井

在中深部地层中，选用进口的PDC钻头和牙轮钻头，可缩短起下钻时间，提高钻头的行程钻速。如：板深4井的Φ444.5mm井眼使用两只进口牙轮钻头打完2500m的井深，平均机械钻速达到了 m/h，比板深7井的同类型井眼少用牙轮钻头__ 只，机械钻速提高了 %。

3、PDC钻头+动力钻具钻井

直井采用PDC钻头＋1°螺杆钻具+螺旋钻铤1根+稳定器+螺旋钻铤18-21根+钻杆的钻具组合；定向井采用PDC钻头+导向钻具+无磁钻铤1根+MWD+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆的钻具组合，均可加快钻井速度。特别是在油气层中钻井速度的提高，有利于缩短钻井液对油气层的浸泡时间，减少对油气层的污染。今年50528钻井队在官39-67井中应用该项技术，仅用15天21小时就打完井深2778米的直井。

4、防卡钻具组合

在定向井的钻具组合中，采用螺旋钻铤、加重钻杆和随钻震击器。随着井底位移和井下阻力的增加，为减轻钻具上提的总吨位，可用加重钻杆取代螺旋钻铤。水平井采用倒装钻具，即加重钻杆靠近钻头，螺旋钻铤接在加重钻杆的上面。

5、优质钻井液与完井液

一般情况下，在上部地层选用经济适用的聚合物钻井液体系，中深部地层采用有机硅钻井液体系。对于低压油气层来讲，在井身结构设计合理，技术套管封固了复杂地层的情况下，可采用低密度低固相的钻井液体系来保护油气层，如：聚合醇钻井液、甲酸盐钻井液等。对于易塌地层，宜采用硅盐钻井液。在油气层保护方面，进入油气层前加入屏蔽暂堵剂，揭开油气层后适当补充屏蔽暂堵剂。

6、井眼润滑、稳定与净化

●井眼润滑：如果录井允许，采用最经济适用的原油做钻井液的润滑剂，控制原油含量在6-8%，并加入磺化沥青改善泥饼的质量。如果录井对萤光有要求，可在钻井液中加入水基润滑剂、膨化石墨、极压润滑剂、低萤光磺化沥青等低萤光润滑剂。完井时，为确保电测和下套管的顺利进行，还可在封闭液中加入塑料微珠。目的是在直井中控制钻井液的摩阻≤0.10，在定向井中控制钻井液的摩阻≤0.08。

●井眼稳定：主要依靠力学和化学作用维护井壁的稳定，即钻井液的静态压力能平衡地层的坍塌压力或当量密度≥地层坍塌压力梯度，钻井液的高温高压失水≤10ml，钻井液中含有一定比例的防塌剂。工程上采取相应的措施，如：起下钻中途开泵要避

开易垮塌地层；起钻及时灌满钻井液；钻进中出现掉块时，及时提高钻井液的密度和粘切等。

●井眼净化：钻进时保证排量，使用四级固控设备控制钻井液的含砂量，及时短起下钻清除井壁的岩屑床。快速钻进时，接单根前后做到晚停泵早开泵，并控制环空岩屑浓度≤6%，必要时，中途循环除砂。起钻前和下钻到底充分循环除砂。

7、近平衡压力钻井

在保证井下安全(不塌、不喷)的前提下，尽量将钻井液的密度降低，一方面可避免压差卡钻，另一方面可加快钻井速度，缩短钻井液对油气层的浸泡时间。

8、欠平衡钻井

可在地层稳定的井眼中实施，该项技术有利于保护油气层、提高钻井速度、穿易漏失的地层。如：油田在板深7等口井中，应用液相欠平衡钻井技术保护千米桥潜山油气层并提高钻井速度。

9、PDC可钻式浮鞋浮箍

技术套管的浮鞋浮箍采用可钻式，有利于再次开钻时，直接下入PDC钻头钻进，减少一次起下钻作业。如：泛华反承包市场，下表套用可钻式浮鞋浮箍，二开直接下PDC钻头钻进。

10、组合与随钻测井

常规井的中完和完井采用大满贯测井技术，可节省电测时间，缩短钻井液对油气层的浸泡时间。目前，测井公司正在推广此项技术。

大位移井和水平井在进入油气层前，下入LWD，可实现随钻测井，节省钻杆输送法测井的时间，缩短完井时间。如：去年实施的五口水平井全部使用LWD钻穿油气层。

11、低密度早强水泥浆固井

对于安全窗口窄的易漏失井和低压井，使用低密度早强(24小时强度≥14MPa)水泥浆体系固井，可防止固井过程中的井漏，减轻固井对油气层的污染。目前，油田水泥浆的最低密度可达1.40g/cm3。

二、国外先进的钻井技术

国外在加快钻井速度方面的技术有高压喷射钻井、旋转导向钻井、闭环钻井、大位移水平井钻井、气液相欠平衡钻井、垂直钻井、套管钻井、连续油管钻井、无侯凝固井、快速拆装井口装置、快速下套管工具等。下面以赵东平台为例，介绍一些国外的先进技术。

（一）基本情况

赵东海上油田是CNPC与美国APACHE石油公司合作开发的第一个海上油田。平台位于河北省黄骅市南排河镇赵家堡村东南渤海湾海域，距陆地大约8公里，平均水深7米。平台总重6800多吨，上下总共4层，是国内最大的海上固定式综合生产平台，设计钻井能力为60口。赵东平台是由美国APACHE公司作为作业者，大港油田滩海工程公司以日费的方式提供钻井服务，同时由Schumberger和BAKER INTEQ公司提供定向井技术服务，Schumberger公司提供固井、测井服务，Weatherford公司提供钻井工具、套管钻井和下套（油）管服务，南海MI提供泥浆技术服务，BAKER公司提供完井技术服务。

该平台于2003年2月25日开始施工，至2003年12月28日仅用283.5d就完成了第一期26口井（包括4口水资源井、13口生产井、9口注水井）的施工，钻井总进尺达56655.8 m，平均机械钻速为48.47m/h。完成井（含4口水平井）基本采用两开制，钻井施工前将26"导管砸至75m左右，入泥深度35m左右；一开有24口井采用了

13 3/

8＂68ppf-K55套管钻井技术，另两口井采用常规171/

2

＂钻头开眼，下入13 3/

8

＂

68ppf-K55-BTC扣型套管的方法；二开基本采用121/

4＂钻头开眼，下入9 5/

8

＂

47ppf-N80-BTC扣型套管作为完井套管；同时有4口井还进行了81/

2

＂井眼的施工（其

中2口井采用裸眼完井技术，2口井下入了7＂尾管）。

（二）采用的先进技术与工具

在国外石油钻井行业中，由于人员工资高、技术服务费昂贵，造成钻井作业的的施工成本非常高，例如赵东平台施工阶段日成本基本保持在20万美元左右，浪费1小时就是近万美元的损失，所以促使作业者广泛应用新工艺、新技术，大胆改进施工作业程序，来缩短钻井作业的周期，达到节约施工成本的目的。

1、套管钻井技术

赵东平台在国内首次大规模使用套管钻井技术，用13.6d成功地完成24口井的表层套管钻井作业，累计进尺6152.3m，平均机械钻速62.64m/h，单井最高机械钻速234.75m/h（详见表1），刷新了世界记录。同常规作业相比，总体效率提高一倍以上，

比计划提前23.7d，节约钻井费用200余万美元。钻进组合：16＂钻鞋+13 3/

8

＂68ppf-K55-BTC扣型套管+套管捞矛。

2、先进的钻井工具

赵东平台在26口井中，12 1/

4＂和8 1/

2

＂井眼的钻进全部采用LWD+MWD随钻测井

技术。钻具组合：PDC钻头+导向马达（Powerdrive或Autotrack）+浮阀+ARC+MWD+ADN+HWDP （7--10柱）。施工中旋转钻进保持顶驱的转速在110rpm以上，有时达到150rpm以上，同时利用顶驱先进的倒划眼功能，在钻至目的层后，全井实现倒划眼起钻，在平均井深2000m的井(最深2725m，最浅922m)中，一口井只用一个马达、一个PDC钻头，一次起钻作业，一次下套管作业，即完成施工。

●可调角度的弯马达：在121/4＂井眼中，赵东平台采用的马达是地面可调节角度大功率动力马达，马达尺寸95/8＂，扶正器尺寸111/2＂，下井前根据井斜、方位及造斜率的要求，调节马达的角度。另外马达的质量好，不需在浅层测试，一根马达能保证1-2口井的正常使用，且能用马达在套管内划眼或钻套管附件，并能用马达进行全井段的倒划眼。

●先进的闭环钻井工具：在赵东平台钻井后半阶段，由于井眼施工难度不断增大，

在121/4＂井眼钻进中采用了Schumberger Anadrill公司的Powerdrive和BAKER INTEQ 公司的Autotrack实现了闭环钻井。Schumberger Anadrill公司的Powerdrive在工具内部有80种记忆模式，可通过地面控制泵排量来得到所需的的工作状态，实现旋转钻进过程中调整井斜和方位，减少了起下钻次数，提高了机械钻速，同时增加了钻井安全性。但是该工具在井眼过大时无法实现闭环钻井。

●质量优良的PDC钻头：赵东平台采用的钻头全部为PDC钻头，多数采用美国产的Hycalog的DS系列钻头，外型全部为刀翼型钻头，喷嘴6-9个，一个PDC钻头可以钻穿水泥塞、阻流环、套管钻鞋、馆陶地层，由于表层套管的固井采用的是无胶塞固井方法，水泥顶替不干净，套管壁上可能有水泥环，因此，二次开钻配完钻具后，接顶驱在套管内划眼下钻，钻头在大功率、高速旋转的马达下面接触套管壁，钻穿水泥环、水泥塞、阻流环、套管钻鞋以后钻头几乎没有丝毫的损伤，这是我们国产的PDC 钻头所不能及的。大功率动力马达加上长寿命PDC钻头是提高钻井速度的一个重要因素。采用专门设计的短规径PDC钻头与马达配合使用，解决了PDC钻头造斜困难的问题，赵东平台使用的造斜PDC钻头规径长度只有11cm左右，使用中此类钻头同牙轮钻头相比，机械钻速得到了有效的提高。

●性能稳定的MWD、LWD：赵东平台使用的MWD、LWD仪器都是提前在陆地上安装调试好的，不需要在钻台安装MWD、LWD仪器，只需半个小时的装放射源的时间，节约了大量的配辅助钻具的时间。高性能的MWD、LWD的仪器工作性能稳定，对泵排量不过分要求，每次接单根后，开泵30s既能收到井斜、方位数据，节约了测斜、测井的时间，同时保证有效的控制井身轨迹，杜绝了井下复杂、事故的发生。尤其是Anadrill公司的MWD、LWD仪器的性能稳定性非常突出，在赵东平台钻井施工期间，该公司的MWD、LWD仪器从未发生过仪器没有信号造成起钻的事故。

3、优化钻具组合

＂井眼钻具组合中只有仪器和7--10柱加重钻井施工中采用加重钻杆加压，121/

4

钻杆，有时只有3柱加重钻杆，所有下井仪器尽量调整成一柱，每次起钻立于钻台，没有钻铤，减少了井下复杂情况的发生，减少了配钻具和起下钻铤的时间。甚至在一＂井眼钻进中，也只采用7柱加重钻杆代替钻铤加压，大量节省了配甩钻铤和

开171/

2

起下钻铤的时间。在大井斜、大位移定向井的钻井施工中，一般采用钻具倒装的方法，即把加重钻杆放到部分钻杆的上面来克服水平段对钻具的阻力，这是国外打水平井经

常用的方法。同时，应用先进的软件对钻具在井下的受力进行分析，从而决定各种钢级钻杆在井眼中的位置，使井中钻具受力合理，有效避免了各类钻具事故的发生。

4、随钻测井技术

26口井钻井施工中全部采用LWD随钻测井技术，并且随钻测井数据直接传送到北京和美国的休斯顿，Apache公司的地质专家在北京的办公室根据实测的数据，可以马上决定加深、提前完钻和下套管数据，不但节省了常规的测井时间，同时不会发生等短套管数据和加深设计的时间。CBL测井也从不占用钻机作业时间，而是用吊机吊着滑轮进行测井作业。

5、先进的固井工艺技术

●安全、快速的下套管工具：Weatherford公司为Apache公司提供下套管技术服务，提供了包括液压套管钳在内的一整套的气控下套管工具，包括C型盘；上、下卡盘；单根吊卡和机械手。全套气控装置，操作安全、快捷、方便，通过机械手扶正对扣，加快了接单根的速度，接单根时间只需1-2min，平均每小时下套管20-30根。最为实用的是下套管时顶驱上装有一套循环、灌泥浆装置（灌泥浆管线上装有一个单流阀），每根套管在接单根或下入过程中，根据计算好的泵冲灌泥浆，避免了灌泥浆过程中卡套管的风险，并且该装置可随时建立循环，循环时只要下放顶驱，将喇叭口套在套管接箍上（喇叭口与套管之间靠橡胶密封），卡住卡盘，就可以开泵循环，特别是在下套管遇阻、井涌等复杂发生时，能够及时地建立循环，进行处理。另外，赵东平台采用的是充气式套管护丝，拆卸方便、快捷，从而节约了一定的卸护丝的时间。同时上卡盘与单根吊卡配合使用，将套管放在坡道既可，减少了套管进鼠洞的时间，缩短了下套管时间，提高了下套管施工的安全性。

＂套管下入过程中采用

●高质量的浮鞋、浮箍和快速拆装耐高压水泥头：在9 5/

8

了weatherford公司生产的浮鞋、浮箍，下井之前外方监督进行认真的测试，在施工完的26口井中，每次固井完直接拆掉水泥头，未发生过水泥倒返事故。同时采用快速装卸水泥头，每次拆装在20min以内，同时能够承受3000psi的高压。

●高科技、自动化固井泵：赵东平台采用Schlumberger（dowell）公司最先进的固井泵，该固井泵有一套自动化程序控制系统，可提前将固井水灰比、药水比例和灰量等数据输入到电脑内，固井过程中电脑控制整个固井过程，整套固井设备的操作只需两个人，该装置还配有一块固井灰流量表，固井时，保持固井灰流量在一定的范围

内，保证固井施工中水泥浆密度的均匀。

●固井施工工艺：为赵东平台提供固井技术服务的Schlumberger-Dowell公司提供的前置液是经过专门研究配制，根据不同的泥浆体系、不同的地层条件、不同的井眼直径、井斜情况配制的，能有效的清除井壁的虚泥饼、油性物质以及影响固井质量的的物质。根据地层破裂压力，可随意调整水泥浆比重最低可调至1.0 g/cm3，与清水

＂套管鞋处地层破裂压力为的密度相同。赵东平台经地层破裂压力试验，测得13 3/

8

12.5ppg左右，在固井施工中控制水泥浆比重12.5ppg（1.50g/cm3左右）,有效避免了固井施工的漏失问题,同时水泥凝固后强度能达到常规密度1.90 g/cm3左右的水泥浆凝

＂套管固井质量进行CBL检测，固井质量均为固后的强度，经过对完成的26口井9 5/

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优质。固井时，上下活动套管，保证了顶替效率，提高了下井壁与套管之间的固井质量，并且每两分钟记录一下泵压、泵冲、总泵冲、上提、下放拉力、泥浆返出量情况，根据情况调整排量，保证了固井质量。

再者在每口井固井结束后，直接拆掉水泥头，从而节约了陆地上6-8小时的候凝时间；赵东平台的套管采用专用的套管挂挂在套管头上，固井施工后期，将套管直接座在套管头上，因此又节约了拆井口、装卡瓦的时间，同时增加了施工安全性；赵东平台套管的试压是固井完碰压后，继续用固井泵在9 5/

＂套管打压至3000Psi、稳压

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5min，简化了陆地上繁琐的试压程序。

6、井口快速拆装工艺

由于海上钻井施工不存在陆地上搬家大规模拆装封井器的问题，每次移底座只需将连接封井器和套管头的升高短节拆开，然后将封井器和升高短节吊起，移动底座至下一井口安装。为了节省拆装封井器时间，套管头服务公司KVAERNER为Apache公司专门设计的快速连接的升高短节，大大缩短了拆装封井器时间，在施工中，有时拆装一次封井器和移底座只需要40分钟的时间。该套装置非常适用于海上作业（港海1号钻井平台可以选用此套装置）。

7、钻井液和保护油气层技术

＂井眼钻井之中采用赵东平台施工中，在垂深700-800米之前的套管钻井和121/

4

海水钻进,提高了机械钻速、节约了泥浆成本，有效保护了油气层。随后换成MI公司的DESCO泥浆体系，不在泥浆中加入大分子的泥浆材料，同时在泥浆中加入包被剂，防止钻进过程中钻屑粘连结块堵导管，影响钻井速度。对井径的扩大率不过分要求，

不过分强调泥浆的抑制性，通过加入一定比例的生石灰来控制造浆。五台Derrick公司生产的高速线形振动筛，筛网目数达到120目，使固相得到快速的控制，同时控制了泥浆比重，保护了油气层。进入油气层后坚持每天对泥浆中水的矿化度进行分析，控制水的活度低于地层水的活度，保证地层水流入井内，防止泥浆的水分进入地层，而给地层毛细孔内带入固相颗粒，造成毛细孔堵塞，而影响产油能力。设计能提供精确的地层压力，使现场严格控制泥浆比重，同时合理的井身结构、钻井程序和较高的钻井速度，使油气层得到了有效的保护。完井期间，在射孔之前将井内完全替换为经过长时间过滤的高要求完井液，控制井内完井液最大固相颗粒不超过0.2微米。

（三）井控管理

鉴于海上施工的危险性，外方监督对井控工作的要求极高，从而有效保证了海上钻井施工的安全性。

1)要求所有钻台人员具有井控操作合格证，每个人都能正确开关封井器。

2)配备完善的封井器控制系统，分别可以在生活楼的办公室、钻台、远程控制台和井口（手动）实现关井。

3)坚持井控装置的试压制度。每14天对封井器、节流压井管汇、旋塞、单流阀和顶驱IBOP进行全面测试，同时对远程控制台进行功能测试。坚持每口井安装封井器后的试压制度，有时每天都需要移底座，也从未间断。由于试压制度的落实，有效保证所有井控装置始终都处于灵活好用的状态。

4)坚持在钻进的钻具结构中加入浮阀，起到了内防喷的作用。

5)坚持低泵冲试验制度。

（四）严密的组织，使生产效率大幅度提高

外方的监督和领班，都具有非常高的敬业精神，做任何工作之前，都要求提前必须准备充分，保证各道工序的连贯性。经常是下一道工序要十几个小时以后才进行，但是他们已经督促承包商把准备工作做完了，这一点非常值得我们学习。