从川西钻具组合的演变看川西钻井发展趋势

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[摘 要]自2009年以来，川西地区掀起大规模提速会战，大幅压缩钻井周期。胜利钻井、四川钻井、中原钻井、广西钻井、重庆钻井五个钻井公司间的激烈竞争，投入了大量的人力的物力，在近 5 年的时间里，川西钻井技术迅速发展，并演变成一种成熟的川西钻井模式。川西多为中浅井，施工节奏快，同类型井的井身结构相似，口井间的对比性好，非常有利于对比钻具组合的演变。近几年里，川西地区的钻具组合不断变化和优化，五家钻井公司的激烈竞争和相互学习推动了钻具组合的发展和衍变：螺杆钻具逐渐取代了常规钻具，加重钻杆逐渐在斜井段取代了普通钻铤，四刀翼钻头的逐渐普及等，都是川西钻井技术向前发展的一个缩影。

[关键词]川西地区；竞争；钻具组合；演变；发展

中图分类号：TE242.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）05-0391-02

1 川西地域特性的简介

川西地区主要指成都-德阳-绵阳区块，主要包括新场沙溪庙组、孝泉沙溪庙组、中 江沙溪庙组、马井蓬莱镇组。川西地区构造主要特性及难点简介如下：

1.1 新场沙溪庙组

（1）第四系：注意防地表（下）水污染

（2）剑门关组：底部砾岩层，主要是防漏。

（3）蓬莱镇组：蓬莱镇组地层出现复杂情况较少。但由于该层 JP14、JP16、JP23等气层开采多年，大部分地区已经降为低压气层，需要注意防压差漏失和卡钻。

（4）遂宁组：遂宁组地层以泥岩为主，井壁容易失稳，注意防卡，同时要注意钻遇裂缝性气层时防喷。

（5）沙溪庙组：本区主力产层，注意防喷。同时由于 JS22、JS24 砂组主力产区多 年开采，局部地区地层压力下降，需要注意防压差漏失和卡钻。

（6）该区块已完钻井较多，施工方应注意邻井间的防碰问题，尤其在正式设计中 若使用的是初测井口坐标，则施工方在施工前应根据复测井口坐标重新进行防碰计算， 以免出现防碰问题上的误差。

1.2 孝泉沙溪庙组

（1）第四系：注意防地表（下）水污染

（2）剑门关组：底部砾岩层，主要是防漏。

（3）蓬莱镇组：蓬莱镇组地层出现复杂情况较少。纵向发育多套气层，注意防喷。

（4）遂宁组：遂宁组地层以泥岩为主，井壁容易失稳，主要是防地层垮塌引起卡钻事故；同时孝泉地区遂宁组发育高压裂缝性气藏，注意防喷、防漏。

（5）沙溪庙组：钻井发生复杂情况相对较少，在主要含气井段注意防喷、防卡。

（6）该区块已完钻井较多，施工方应注意邻井间的防碰问题，尤其在正式设计中若使用的是初测井口坐标，则施工方在施工前应根据复测井口坐标重新进行防碰计算， 以免出现防碰问题上的误差。

1.3 中江沙溪庙组

（1）第四系：注意地表水（下）污染，防漏。

（2）白垩系剑门关组：地层属常压，注意防塌、防漏。

（3）侏罗系上统蓬莱镇组：泥质岩较发育，注意防塌、防喷、防漏。

（4）侏罗系上统遂宁组-中统上沙溪庙组：井壁失稳是本井段可能发生的主要工程故障，目的层注意防塌、防井喷、防卡钻。中江地区浅-中深层蓬莱镇组、遂宁组、沙 溪庙在钻井过程中发生井壁失稳是一个普遍现象。

（5）中江地区岩石强度较大、非均质性强；且砂岩强度明显高于泥岩。纵向上： 岩石强度随深度增加呈增大趋势。平面上：岩石强度存在一定差异性，构造北部川江 566-江沙 5 井区处于强度相对低值区，江沙 9、江沙 8-H-中江 13-中江 10 井一带处于强 度相对高值区，岩石强度分布与实钻地层垮塌状况存在一定对应性。

（6）地层孔隙压力纵向上：主体呈常压-高压-异常高压递增特征，蓬莱镇组以浅 主体为常压型-微高压型，地压系数 1.00～1.46；遂宁组地层孔隙压力主体表现为高压型， 地压系数 1.25～1.74；沙溪庙组地层表现为高压-异常高压型，地压系数最高可达 1.91； 平面上：分布存在一定差异性，构造自北向南存在由高-低-增高-低-增高的微起伏 变化趋势。

（7）中江地区各井各层位纵横向上地应力方位发生一定偏转，但主体而言，该区 最小水平主应力方位近南北向，最大水平主应力方位近东西向。

（8）地层坍塌压力纵向上：随地层加深递增；

1.4 马井蓬莱镇组

（1）井漏 从统计资料分析，纵向上漏失层段多，主要发生在表层第三系、第四系及其两层系交界处，白垩系 K2g、K2j 及该系各组地层的交界处，K1c 与 J3p4 的交界处，及蓬莱镇 组；平面上，漏失井主要分布在构造西南翼及构造高点附近，且该区多为漏失量大，速 度快的严重井漏。马井表层、中浅层井漏多为渗透性和裂缝性井漏，蓬莱镇多为诱导性 漏失（马井构造高部位蓬莱镇组漏失较为严重）。

（2）卡钻 第四系、第三系为未成岩砂砾岩或成岩性较差的砂岩；白垩系底部砾石；灌口组含石膏层及夹关组至蓬莱镇组疏松渗透性好的砂岩；各层段中的泥岩，都容易形成卡钻。

（3）井涌、井喷 蓬莱镇组是该构造主产气层，蓬莱镇组地层压力复杂，压力梯度悬殊很大（地压梯度为 1.14～1.86MPa/100m），易发生井喷、井涌。

（4）井壁垮塌 表层含未胶结砾石和河床流沙，极易形成垮塌，白垩系地层也易产生掉块，发生垮塌。

（5）该区块已完钻井较多，施工方应注意邻井间的防碰问题，尤其在正式设计中 若使用的是初测井口坐标，则施工方在施工前应根据复测井口坐标重新进行防碰计算， 以免出现防碰问题上的误差。

1.5 小结

分析如上川西地层的特性后，会发现川西地层有着构造复杂、地层不稳定、压力高、易塌、易漏、易喷、易卡钻的通性，有着同区块布井密集，要做好井斜控制工作的限制，在组合演变的过程中，这些特性是选择最优组合的第一参考对象，如：在马井地区施工，钻穿易漏地层时，首要考虑的是如何简化钻具组合，易于堵漏；在中江区块施工，首要做的如何在保证井身轨迹的基础上提高机械钻速，尽量减少周期性掉块，使井眼通畅。

2 川西区钻具组合的演变

钻具组合是钻井工程中重要的一部分，是钻井提速关键的一环，在川西区块钻井公司激烈的竞争中，钻具组合也在不断变化，推陈出新，优胜劣汰，在安全的前提下，不断发展钻速最快的钻具组合。川西区块的口井，主要井身结构为如表1：

2.1 导管段钻具组合演变

导管段段长较少，但由于接近地表，上部地层松疏，且夹杂着砾石层，易出现井漏等复杂情况，其钻具组合主如下表：

第一种组合是最普通的，也是一直沿用的组合，其优点是结构简单，出现井漏等复杂情况能及时处理，缺点是机械钻速低，防斜打直效果差。为达到提高机械钻速效果，后又开始使用了第二种直螺杆钻具，该组合的优点是既能很好的防斜打直，又较大提高了机械钻速，在表层相对稳定时，第二种组合优势十分明显。

2.2 一开段钻具组合演变

一开段井深一般在 300m-600米左右，钻穿的几个地层主要是易塌、易漏的地层，最开始主要沿用常规塔式钻具和常规钟摆钻具组合，在激烈竞争下，提速要求越来越高，螺杆钻具逐渐取代常规钻具组合，成为主要采用的钻具组合。一开段主要使用的钻具组合如下表：

（1）第一种塔式钻具组合是最常规的组合，也是一直沿用的组合，其优点是结构简单，能通过塔式钻具来达到防斜的效果，并在遇到复杂情况时能较好的处理，塔式钻具的缺点是往往由于钻进参数和地层倾角的影响导致井斜，无法挽救，只能起钻更换钟摆钻具组合或钟摆螺杆钻具组合进行纠斜，且不能较好的搭配 PDC钻头，机械钻速较慢。

（2）第二种 27米钟摆钻具组合也是沿用的常规组合，其优点是在钻压较小是能够纠斜，缺点是无法防斜，且为了控制井斜，只能加较小的钻压，机械钻速较慢。在地层倾角较大的地层，无法起到较好的作用。

（3）第三种直螺杆钻具是大提速后，逐渐投入使用的钻具组合，满足提速提效的要求，其优点是能很好的达到防斜打直工作，且只需较小的钻压，依靠螺杆的高转速就能达到很高的机械钻速，且螺杆内径较大，能够处理中度、轻度的复杂情况，在地层倾角较大的地层，有很大的优势。缺点是需购置直螺杆，但根据实际情况分析：一根φ244.5mm直螺杆可使用5-6口井，且能大幅提高施工速度，并不拖口井经营后腿，相反能提高经济效益。

（4）第四种组合是在结合钟摆钻具及直螺杆钻具的优点上演化的一种特殊组合，主要用在地层倾角较大，且地层可钻性较差地层，或代替常规钟摆钻具组合进行纠斜作业，是最适合防斜打直的组合，也能提高口井纠斜作业的机械钻速，为施工节省时间。

1.3 二开段钻具组合演变

川西二开井段是口井提速及安全施工的最重要的井段，如何组配更优化的钻具结构，在满足安全施工的前提下最大限度的提高机械钻速，是川西钻具组合不断演变的首要推动力，主要使用的钻具组合如下表：

（1）二开直井段主要沿用 18米钟摆经典钻具组合，优点是钻具结构简单，经济实惠，缺点是钻速较慢，在后期的钻井大提速中，直螺杆钻具由于其良好的防斜打直和较快的机械钻速逐渐占主导地位。

（2）二开造斜段的钻具组合基本无变化，只能在钻头的选型上下功夫。

（3）在二开稳斜段最开始使用的较多的是常规螺杆钻具组合，其优点是随时能矫正井斜，缺点是滑动钻进时井斜增长过快，需不断定向钻进以矫正井斜，影响机械钻速和井身轨迹的平滑。在逐渐的探索中，逐渐普及了螺杆尾扶钻具，在弯度较小的螺杆后加一个小扶正器，复合钻进时能达到稳斜效果，基本能一会复合钻进，达到了提高机械钻速和优化轨迹的效果。在积累了一些同区块口井施工的经验后，在接近完钻的稳斜段下入常规短钻铤扶正器是机械钻速最快的组合，但其要求比较高，如果短钻铤长度不合适就得起钻更换钻具组合，所以该组合的使用在谨慎和大量经验和探索的基础之上。

2.4 小结

由于川西地层较复杂，为了简化钻具组合，避免卡钻，加重钻杆在斜井段及稳斜段施工过程中逐渐代替了普通钻铤，这是川西地区施工过程中钻具组合的重大演变和共识。在钻头选择方面，尽可能的使用 PDC钻头，机械大大增加，且在选型上首先是五刀翼 PDC钻头取代了 16mm五刀翼 PDC钻头，然后是 4刀翼 19mm刀片 PDC钻头逐渐取代了五刀翼 PDC钻头，只在地层硬度大、研磨性强、地层倾角较大的地层才采用五刀翼钻头，其原因是 4刀翼钻头机械钻速最快，也反应出了钻头选型上的优胜劣汰，好的钻头选型配合上合理的钻具组合才能达到最优的效果。

3 结论

（1）在提速的号召和激烈的外部市场竞争下，螺杆钻具组合以其高机械钻速的优势逐渐取代常规钻具组合。

（2）在川西地层复杂的大环境下，为确保井下安全，加重钻杆在造斜段和稳斜段逐渐取代了普通钻铤，来达到给钻头加压的目的。

（3）经典常规钻具组合依旧在特定的井况下发挥着作用，且与螺杆钻具结合衍变出的系列钻具组合在一些情况下使用会收到了较好的效果。

（4）造斜段的钻具组合在近几年的钻井技术发展中毫无进展，其原因是受制于定向仪器发展的制约，在以后的钻井发展中，如何设计新的造斜方式和定向仪器来提高造斜段的施工效率，将是钻井技术重要的环节。

（5）在川西地区，钻头的选型和钻具组合一样经历了优胜劣汰，其主要的推动力是提高机械钻速，确保井下安全和提高口井盈利。经过几年的大提速，川西地区钻具组合逐渐成熟，形成一种固定模式，在短时间内要进一步提高机械钻速，只能在工具的选择上下功夫，如：使用新式中空螺杆。

4 结语

笔者工作以来见证了川西钻井施工的大提速，其中钻具组合的优化及演变是钻井技术发展及提速的关键，在总结了多口井资料的基础上结合工作经验，对川西区块的钻具组合演变作了以上对比和分析，以期探讨该区块钻井技术发展的趋势，并为以后在该区块施工提供更详实的技术及理论支持。

作者简介：

吴娇（1988―），女，汉族，2010毕业于中国石油大学胜利学院，取得工科学士学位。目前为长江大学石油工程专业在职研究生在读，工作于成都得道实业有限公司。