SH-1井12-1/4″M1674SG钻头在变质岩地层使用效果分析

滕新兴 王丽华

中国石油勘探与生产工程监督中心 （北京 100083）

SH-1井12-1/4″M1674SG钻头在变质岩地层使用效果分析

滕新兴 王丽华

中国石油勘探与生产工程监督中心 （北京 100083）

介绍了某公司生产的PDC钻头首次在SH-1井变质岩中的使用情况，阐述了与动力钻具配合使用中出现的矛盾，为下一步在变质岩中如何使用PDC钻头，发挥其性能及提高机械钻速提供第一手资料。

SH-1井位于新疆维吾尔自治区墨玉县境内，是胜利油田和田勘探区块一口重点预探井。该井于2000年7月26日开钻。长时间以来，由于该区块浅变质岩地层倾角大、自然造斜力强、岩性复杂等特点，致使该井一度进展缓慢，曾试验过多种方法，但无论如何使用常规钻井方法都未能达到预期效果。为了加快该井油气勘探步伐，决定采用动力钻具（单弯）配合高效钻头施工方法以期达到防斜、打快之目的，决定选用某公司12-1/4″PDC钻头。

1 地质分层及岩性描述和钻进情况

1.1 地质分层

表1为SH-1井地质分层。

1.2 地层岩性描述及进度情况

克孜里奇曼组井段0～115.00m，厚度：115.00m，岩性组合：以灰色、深灰色灰岩为主，上部夹深灰色灰质泥岩,中部夹一层深灰色荧光灰岩及灰白色石膏岩,底部为灰色灰质白云岩及生物灰岩。0～ 100.00m（Φ660mm钻头）钻时最大205min,最小29 min,一般51～70min；100.00～115m钻时最大79min，最小13min,一般21～52min。使用钻头类型：26″PC2、17-1/2″XHP2S。

塔哈奇组井段115.00～138.00m，厚度：23.00m，岩性组合：以灰色灰岩为主，顶部为紫色泥岩、灰色灰质泥岩。120.00～124.00m岩屑中见轻烃。本组钻时最大44min，最小17min，一般24～37min。选用钻头类型：17-1/2″XHP2S。

阿孜干组井段138.00～245.00m，厚度：107.00m，岩性组合：以紫色、灰色、深灰色灰岩为主，中部夹两层深灰色荧光灰岩及深灰色灰质泥岩。本组钻时最大83min，最小11min，一般23～47min。钻头类型：17-1/2″SHT22R、17-1/2″XHP3S。

卡拉乌依组井段 245.00～285.00m， 厚度：40.00m，岩性组合：以紫色、深灰色石英砂岩，灰色灰岩为主，夹紫色泥岩。与下伏地层为不整合接触。本组钻时最大57min，最小9min，一般14～36min。使用钻头类型：17-1/2″XHP3S。

志留-泥盆系顶界井深285.00m，未穿。为一套浅变质岩地层，M1674SG将主要用于此段地层钻探工作。主要岩性为片岩、绢云石英千枚岩、绿泥石英千枚岩、绢云绿泥千枚岩及变质中-细粒砂岩。从岩心资料看，该套浅变质岩片理较发育，片理角45°左右，并见石英脉，产状与片理面相近，沿片理面很容易剥落。根据区域地质资料，该套浅变质岩发生了强烈的挤压变形，顺层石英脉已成“M”形或“N”形，片理化严重，没有发现原始沉积产状，片理角最大可达83°。本组地层曾使用17-1/2″QP19LAB（PDC）钻头配合9-5/8″直螺杆钻进,使用井段1 060.51～1 128 m，进尺 67m，纯钻 97h30min，平均 ROP 0.69m/h。12-1/4″S248巴拉斯钻头＋涡轮钻具使用井段1 354.5～1 400.15m，进尺45.65m，纯钻73.69h，平均机械钻速0.6m/h。

表1 SH-1井地质分层

2 12-1/4″M1674SG使用情况

2.1 工程描述

2001年1月26日21 ：00，M1674SG钻头首次入井,当时井深1 820m；27日0：30,组合钻具、下钻；1：00,MWD中途测斜(井深 1 515m,α5.3°,φ 324°)；1:30，下钻；2:00，MWD中途测斜 (井深 1 643m, α3.4°)；4:00，下钻；6:00，遇阻划眼(井段1 791～1 820m)；17:30，复合钻进至井深1 843.50 m(最大钻时：25.37min,最小钻时：8.46min)；21:30，滑动钻进反抠至井深1 872.51m(最大钻时：72.86min,最小钻时：23.81min)；28日4:00，因泵压持续上升、井斜未降反增、钻时变慢等原因而起钻。钻头起出后发现9个喷嘴中有6个喷嘴被螺杆橡胶定子碎块所堵，其它状况良好，钻头累计在井下工作48.5h。中间经过更换1°单弯配合牙轮钻头纠斜、地质取心、扩眼等工序。于2001年2月4日12：30，钻头第二次入井，当时井深1 985.75m；20:00，下钻到底；22:30，井底造型1m（参数：WOB:10kN；N：45r/min；Q：37L/s；P:14 MPa）；5日18:00，钻进至井深2 022m，其间自浮式单点测斜两次：测点1 990m，α：3.25°；测点2 018m, α：4.75°，发现增斜趋势；2月7日0:15减钻压钻进至井深2 024.12m；1:45循环；6:30，因PR原因而起钻。此次入井钻头累计在井下工作59.75h。

为了能够在控制井斜的基础上进一步提高钻速，2月10日23：35，PDC钻头配合0.75°单弯第三次入井，当时井深2 156.12m；11日5:00下钻；6:50井底造型；19:30，复合钻进至井深2 183m；2月12日8:00，滑动钻进，工具面不稳、加压蹩泵，无法正常工作；9:30，循环；15:30，起钻，井深2 192.82m。起出钻头正常磨损，新度80%，可继续使用。此次入井钻头在井下工作39h。

2.2 钻井液参数

表2为泥浆参数，表3为第1次入井数据，表4为第2次入井数据，表5为第3次入井数据，钻头使用后图片如图1所示。

2.3 使用效果

表6为使用效果情况。

3 综 述

该钻头共下井3次，累计进尺127.59m,纯钻时间94.24h,平均机械钻速1.35m/h（其间首次入井划眼29m，井段1 791～1 820m，耗时2h），尚未达到预期目标。但从钻头起出情况看，除6#、7#刀翼轻度磨损外，其它部分均保持良好状态，仍可重复使用。根据以上分析，造成每单趟进尺少、平均机械钻速低的根本原因可归纳为以下几个方面：

表2 泥浆参数

表3 第1次入井数据

表4 第2次入井数据

表5 第3次入井数据

（1）钻头初次入井时，因各有关方面准备充分，参数使用得当，钻头与地层相对适应，随即创造出日进尺40m的建井以来最高记录，复合钻进阶段平均机械钻速达3.45m/h。但由于地层自然造斜力较强，相对单弯井底动力钻具降斜率不足，滑动阶段井斜未降反增，加之后续螺杆橡胶定子破损堵塞钻头喷嘴，致使井底不能有效清洗，钻速下降，且泵压持续上升，被迫起钻，导致钻头功效未能最大限度发挥。

图1 钻头使用后图片

（2）换用柔性钟摆钻具后，考虑到地层倾角大、易斜等特点，为达到防斜目的，将钻压严格控制在40kN以内。同时井队设备老化，排量及转盘转速受到一定限制，不同程度地影响了机械钻速的提高。即使如此亦未能遏制井斜逐渐递增的趋势，造成第二次使用失利。

表6 使用效果情况

（3）钻头第三次入井后，复合钻进阶段尚比较乐观，机械钻速2.18m/h。但进行滑动钻进时，此规格单弯与钻头不匹配的矛盾又突出表现出来。5LZ197× 7.0弯螺杆由于其适用排量范围限制，难以驱动12-1/4″PDC钻头，导致钻头工作时工具面不稳定，而且一度出现转子制动蹩泵现象，给定向井服务人员造成极为被动的局面，遂决定中途起钻换用牙轮钻头进行下步纠斜作业。

总而言之，从钻头实钻、地层岩性特点及起出状况方面看，该钻头选型是合理的，这一点，在钻头第一次入井钻进过程中已经得到充分证明。选用16mm“爪形”齿布齿有效提高了钻头抗冲击性能，使钻头面对石英脉含量高达20%的片岩、千枚岩、变质砂岩地层具备良好的适应能力。鼻部齿倾角设计较为适宜，既可承受复杂多变的冲击载荷，又可有效吃入地层，增强了钻头攻击性。不足之处仍然是肩部齿切削能力略显薄弱，低转速下影响到鼻部齿的功效发挥。建议减缓抛物线冠形，适当增加肩部布齿密度，选用抗研磨性更强的复合片类型，以改善钻头整体切削能力。同时建议用户单位在为PDC钻头配备螺杆钻具时尽量选用较大规格类型，以发挥其马力强劲的优势，同时能够满足钻头对排量的要求。

An introduction is given to the first application of PDC drilling head produced by some company to the metamorphic stratum of SH-1.Then an explanation is carried out about the contradiction appearing in the cooperation with the power drilling tools. The research provides the first hand materials for how to use PDC drilling head,make full use of its property and improve the mechanical drilling rate at the metamorphic stratum.

PDC;drilling head;metamorphic rock

PDC 钻头 变质岩

滕新兴（1964-），男，高级工程师，主要从事监督管理和钻井技术研究与服务工作。

黄永场

2011-05-30