镇北油田丛式井底部钻具组合优选与应用

９Ｏ　西部探矿工程　２０１０年第１期　

镇北油田丛式井底部钻具组合优选与应用　

贾光亮　，丁金岗　，张孟飞。，齐昌利　，韩　江　，李国锋　

（１．西安石油大学石油工程学院，陕西西安７１００６５；２．长庆油田公司第四采油厂，陕西靖边７１８５００￣　

３．中海油湛江分公司，广东湛江５２４０５７；４．渤海钻探第一钻井公司，天津３００２８０；　

５．长庆油田公司第八采油厂，陕西西安７１００１６；６．中石化华北公司工程技术研究院，河南郑州４５０００６）　

摘要：随着钻井技术的发展，越来越多的“鸡肋”油气田开始投入钻采开发。在钻井的过程中，特别　

是丛式井钻井，如何在地层情况复杂多变的条件下，既保证钻井井身质量，防斜防碰，控制井眼轨迹，　提高机械钻速又节约钻井成本，成为“鸡肋”地层钻井必须考虑的问题。从丛式井复合钻井技术及其　

在镇北油田现场的应用现状出发，分析介绍了“四合一”不同复合钻具组合的功用及钻进工具参数优　

选方法，为保证镇北油田快速、高效、准确钻进提供了技术保障。　

关键词：丛式井；井眼轨迹；复合钻具组合；四合一　

中图分类号：Ｐ６３４．４文献标识码：Ｂ文章编号：１Ｏ０４—５７１６（２０１Ｏ）０ｌ—Ｏ０９Ｏ一０３　

镇北油田位于甘肃省庆城县和镇原县境内。该区　

构造背景为陕甘宁盆地西倾斜坡褶皱带，地面海拔为　

ｉ０００￣１５００ｍ，区内地形复杂，地表为１００￣２５０ｍ厚的　

第四纪黄土覆盖，因长期水流冲刷、切割，沟壑纵横，高　

差达１５Ｏ～２５Ｏｍ；钻井完钻层系主要为三叠系的延长组　长３段和长８段，岩性分别以河沼相，深灰色泥岩与灰　

绿色粉一细砂岩互层和浅湖相，深绿色泥岩夹粉细砂岩　为主［１］。钻井过程中钻遇的洛河组在８００～１２００ｍ之　

间，防斜打直难度较大，致使洛河组井斜得不到有效控　

制；直罗组１３００￣１６００ｍ之间，稳定性较差，在该层位　

造斜和强增斜对井壁稳定的影响很大，ＰＤＣ钻头在井　深较深时导向，反扭角不易控制，严重影响了钻进的施　

工精度　引。　１常规钻具组合的局限性　

常规的复合钻具钻井工艺在直井段钻进时如果两井　

靠近，必须起钻下螺杆调整轨迹进行绕障作业，这样不但　

浪费时间，而且风险性很大；滑动导向复合钻井技术作为　

新型的钻井工艺技术，由于其调整轨迹灵活方便，为钻井　生产的进一步发展发挥了巨大的作用，但由于这种钻具　

组合（三牙轮钻头＋单弯螺杆）简单，斜井段稳方位效果　

不好，增斜率不易掌握，在井眼轨迹控制过程中滑动段　长，井身剖面控制难度较大，施工当中技术人员由于要频　

繁地调整轨迹，劳动强度太大，再加上牙轮钻头寿命有　

限，该技术已很难适应钻井提速发展的要求。　

２“四合一”复合钻井技术的应用分析　

丛式井钻井技术中存在的主要问题之一就是井眼　

轨迹控制，准确的轨迹控制能保证直井段的井身质量，　防斜防碰，并能提高机械钻速。“四合一”钻具是在原复　

合滑动导向钻具的基础上，用破碎岩石较好且寿命较长　

的ＰＤＣ钻头替代了牙轮钻头，并且后缀外径较小的刚　

性稳定器，用短钻铤的长度来调节与螺杆稳定器之间的　

间距，从而达到了微增斜和稳斜的效果。“四合一”钻具　

组合与ＰＤＣ钻头配合使用，可以在不起钻倒换钻具组　

合的情况下，一次性完成直井段、定向造斜段、增斜段、　

稳斜段整个井段的钻井。该种钻具组合增斜率适中，稳　

方位能力较好。适合于大、中、小位移的定向井全井段　使用。　

由于技术垄断，旋转导向钻井技术在国内的使用受　

到了严重的限制；加上“四合一”钻井技术在现场的成功　

试验和进一步推广，使之逐步成为现今国内钻井提速发　

展的重要手段。　

２．１“四合一”钻具组合系列及其功用特点　

（１）双稳定器增斜钻具组合：　２１５．９钻头＋　２１４　螺旋稳定器＋ｊ２『１６５无磁钻铤１根＋　１６５钻铤１根＋　

￣２１４（公母）螺旋稳定器＋　１６５钻铤１７根＋　１２７钻　

杆。　

（２）双稳定器稳斜钻具组合：　２１５．９钻头＋　２１４　

螺旋稳定器＋　１６５元磁钻铤１根＋　２１４螺旋　稳定器＋　１６５钻铤１７根＋　１２７钻杆。　

（３）双稳定器微增斜钻具组合：　２１５．９钻头＋　

２ｌ４螺旋稳定器＋　１６５元磁钻铤１根＋短钻铤＋　

ｊ２『２１４螺旋稳定器＋ｊ２『１６５钻铤１７根＋　１２７（ＤＰ）钻　

杆。　

（４）单弯螺杆增斜钻具组合：　２１

５．９钻头＋　２０１０年第１期　西部探矿工程　９１　

（　２１３螺旋稳定器）　１７２单弯螺杆１根＋　１６５无磁　

钻铤１根＋　１６５钻铤１７根＋ｊ２『１２７钻杆。　

（５）单弯螺杆＋双稳定器微增斜钻具组合：　

稳定器　单弯螺杆　短钻铤　２２２ＰＤ（、－卜（　２１３螺旋稳定器）　１７２单弯螺杆１根＋短　

钻铤＋　２１２螺旋稳定器＋　１６５无磁钻铤１根＋　

１６５钻铤ｌ７根＋　１２７钻杆。结构如图ｌ所示。　

稳定器　无磁钻铤　普通钻铤　

图１单弯螺杆＋双稳定器微增斜钻具组合　

“四合一”中单弯螺杆、双稳定器和短钻铤的作用：　

（１）单弯螺杆是钻具组合的核心工具之一，具有可　

复合型和滑动可调性，安装螺杆加转盘复合钻进可提高　

井底钻头转速，直井防斜防碰，调节钻压还可以获得增　

斜、稳斜、降斜的效果；　

（２）双稳定器是调节钻具组合特性的重要工具，目　

前的钻具组合中，斜井段施工，配合不同钻压，使第一个　

稳定器主要起增斜作用，第二个稳定器主要起稳方位的　

作用；　

（３）短钻铤与单弯螺杆在复合钻井中，共同组成了　“四合一”微增斜钻具组合的基本单元，短钻铤的长度，　

必须结合螺杆长度选择，以确保增斜效果。它的核心就　是单弯螺杆与短钻铤加双稳定器组成微增斜钻具［３］。　

“四合一”钻具组合实质上就是一套钻头转速较高　

的双稳定器钻具组合，根据近年油田现场的使用效果分　

析，在适当调整短钻铤长度和稳定器外径的情况下可以　

起到稳斜稳方位或微增斜稳方位的效果，大大降低了深　

井段井眼轨迹的控制难度，减少了频繁的起下钻次数，　利用ＰＤＣ钻头破碎岩石的特点，在配合螺杆钻具钻进　

时机械钻速大幅度提高，定向造斜或扭方位时合理掌握　反扭角，利用一只钻头，一套钻具组合，一趟起下钻，打　

完一口井的特点，大大提高了钻井速度。　２．２“四合一”钻具组合在镇北地区的应用及优选　

镇北油田在镇５３井区施工过程中，主要完钻层为　

长３或者长８层位。该区块曾经完钻的１５２口井中长　

３油层完成７６口，一趟钻（起下钻一次）成功３６口，一　趟钻成功率４７　；长８油层完成７６口，一趟钻成功５　

口，一趟钻成功率６．５　。共一趟钻施工完成４１口井，　

成功率为２７％。　

“四合一”钻具组合的优选：“四合一”钻具的核心工　

具是螺杆和ＰＤＣ钻头，选择适合不同区块地层钻进的　

ＰＤＣ钻头和性能稳定的螺杆钻具是决定“四合一”钻具　

能否发挥其作用，实现一趟钻的基础和前提条件。　

（１）ＰＤＣ钻头的优选：根据“四合一”钻具组合在镇　

北地区的现场应用情况，统计出几个厂家生产的ＰＤＣ　钻头的具体使用效果资料如表１所示。从表１看出，在　

镇北区块百施特Ｍ１９５２ＳＳＲ、北京万邦Ｂ２３５Ｈ和江汉　Ｔ５４４５　Ｈ钻头在各项指标都占有一定的优势，值得推广　

应用，不过北京万邦钻头使用相对较少，钻头的稳定性　

还需要进一步试验证明。　

表１厂家ＰＤＣ钻头在镇北地区使用后的指标评价　

…一豢　

（２）单弯螺杆的优选：单弯螺杆是“四合一”复合钻　井连续施工的主要工具，选择高效（长寿、大功率）单弯　

螺杆，才能充分发挥复合钻井的优势。初期试用１．２５。　

５×６头单弯螺杆，在轨迹调整以快为主，但是由于相对　而言镇北区块地层可钻性较差，容易使ＰＤＣ冠部磨损　

加剧，并且５×６头功率的螺杆钻井效果不如７×８头螺　

杆（见表２）。一般来说，螺杆功率越大钻井效果越好，　具体应依据地层可钻性优选最佳功率。镇北地区比较　

使用几个厂家后得出应该以立林生产的７ＬＺ１７２×ｏ螺　

杆为主。　（３）短钻铤的优选：短钻铤选择的总体思路是井斜　

越大，稳斜所需要的短钻铤越短。根据“四合一”钻具在　

镇北地区使用的情况来看，短钻铤的选取范围应控制在　

３～６ｍ。实际施工应根据各个区块的增斜率与位移大　

小、造斜点的高低、初始井斜角的大小来确定短钻铤的　

长度，使该钻具组合较好的中和上部地层的增斜率和下　

部地层的降斜率，尽可能少滑动钻进，多复合钻进，减少　９２　西部探矿工程　２０１０年第１期　

低效率的施工。表３列出了短钻铤的长度和出直罗地　

层时的井斜选择。　

表２镇北油田７Ｘ８头螺杆与５Ｘ６头螺杆使用情况对比　

表３短钻铤的长度和出直罗地层时的井斜选择　

（４）钻井参数优选：由于“四合一”钻具是带螺杆的　

钻进，参数选择上根据螺杆压降情况而定。钻进时，在　

软地层且没有硬夹层的地段，压降最好取螺杆允许压降　

的２／３以上但不能超过额定压降。在硬地层压降取螺　

杆允许压降的１／２～３／２。一般在施工中，软地层压降　

取２ＭＰａ，硬地层取１．５ＭＰａ。为了保证钻头平稳和追　

求最大机械钻速为原则，并考虑钻头的新度，新钻头取　

下限，泵压不做特殊要求。排量必须大于３６Ｌ／ｓ。　

（５）剖面设计优选：井斜的控制是完成一口井好坏　的关键因素。运用“四合一”钻具时，在通常情况下　

ＰＤＣ钻头在井斜较小的时候才能充分的发挥作用，　

ＰＤＣ在井斜较大的时候滑动比较困难，钻压加不到钻　

头，反扭角难以掌握，造成工具面不容易到位，使得施工　难度加大或者后期出现轨迹失控的现象。因此设计井　

身剖面时，应该将造斜点上提，控制好全井段的最大井　

斜，尽量将最大井斜控制在１ｏ。左右，大位移井有例外。　

设计的依据是：①小位移（Ａ≤２５０ｍ）：造斜点设计到　

５００￣７００ｍ，初始井斜４。～５。，最大井斜８。～１ｏ。；②中　

位移（４５Ｏｍ≥Ａ≥２５０ｍ）：造斜点４００￣５００ｍ，初始井斜　

６。～７。，最大井斜１２。～１５。；③大位移（Ａ≥４５０ｍ）：造斜　

点选择在二开后出表套角５０ｍ，初始井斜８￣￣１２。，最大　

井斜１５。～２Ｏ。。　

（６）过程控制技术：过程控制是“四合一”技术能否　

成功应用的关键所在，控制过程中的微调是决定“四合　一”技术是否成功实现一趟钻的重要因素。　

根据设计位移大小尽可能在井斜角较小（＜１５。）、　

井深较浅（￣１５００ｍ）的情况下将方位调整到对准靶心，　

否则井太深工具面不易到位，井斜较大时滑动容易出现　

自锁现象，形成低效施工。在井斜在２０。以上，井深大　

于１５００ｍ调整工具面时，必须在经验数据的基础上滑　

动１～２个单根看具体效果，再确定反扭角的大小，并且　

保证偏移距不得大于２０ｍ。一般在两个地层的交界处　

情况比较复杂，井斜变化较明显，需要重点注意。有大　段粗砂岩的层段，地层情况比较复杂，应重点注意华池　

地层底部、洛河地层底部和直罗地层底部均存在大量粗　

砂岩，增斜能力很强。一般各地层上部大多有细砂岩或　

泥岩，呈现稳斜或者微降斜Ｅ　。对于粒度万ｌｋ匹＇，Ｐ，－－性不好或　

胶结情况不好的井段，应加强维护，防止复杂情况的发　

生。　

３结论　

影响镇北区块四合一钻井技术发展的关键因素有　

三点：首先根据区块的地质特征优选适合本区的“四合　

一”钻具组合系列及钻具组合；其次，选择合适的短钻　

挺，控制好井斜；最后，尽量选择在砂岩段滑动钻进，以　

提高机械钻速。　

（１）“四合一”钻井技术是将原滑动导向技术和双　

稳定器钻井技术有机地结合在一起，并配合破岩性能极　

好的ＰＤＣ钻头和合理的轨迹控制技术，能够实现定向　

井井眼轨迹控制的全过程，大幅度地提高了钻井速度。　（２）“四合一”钻具组合具有直井段防斜打直、主动　

绕障和快速钻进的效果，而且通过上提造斜点，降低初　始井斜角和最大井斜角，可以有效地稳方位，减少了井　

眼轨迹控制难度。　

参考文献：　［１］王道富，朱义吾，李忠兴．鄂尔多斯盆地低渗透油气田开发　技术Ｉ－Ｍ］．北京：石油工业出版社，２００３．　［２］黄文学．长庆姬塬油田定向井下部钻具组合研究［Ｊ］．科技　信息，２００７，３４：３９８—３９９．　［３］史玉才，艾中华，管志川，等．弱降斜钻具组合在大斜度井　眼中的应用效果分析［Ｊ］．石油钻探技术，２００８，３６（１）：１３一　ｌ５．　Ｅ４３自家祉，苏义脑．井眼控制理论与实践［Ｍ］．北京：石油工　业出版社，１９９０．　

收稿日期：２００９一Ｏ４一Ｏ８　第一作者简介：贾光亮（１９８３一），男，西安石油大学油气井工程专业在读硕　士研究生，研究方向：储集层保护。