MD系列钻头在肯基亚克8079井的应用及分析
王文锐 陈志勇
一、现状分析
肯基亚克盐下油田的勘探工作始于41年前，由于肯基亚克主力油层埋藏深、压力高、地质结构复杂、加之当时的钻井技术相当有限，前苏联在这个区块钻探过的数十口井几乎以失败而告终。上世纪90年代后，由中石油投资并接管该油田，虽然事故率逐年有所下降，但不明显，事故还是频频发生。肯基亚克是众所周知的机速慢，周期长，事故率高的油区，所以在该区块钻井，选择高效快速钻井类型的钻头和应用成熟的钻井技术，快速完成钻井施工，控制事故率显得尤为重要。根据调研有限的肯基亚克资料，水平井中的定向段大多数采用江汉FJT和HJT系列的钻头，该系列钻头使用寿命短，进尺少，导致定向慢、周期长。有几口邻井因为在设计的水平点前几十米未能达到预定的井斜时，只能下入大斜度（1.75°和2°）的单弯螺杆以达到设计指标，这样易增加狗腿度，从而加大了施工的风险。钻头机速慢不利于定向段增斜。所以在肯基亚克定向段钻进，既要机速快又要满足设计井身质量，是一个比较疑难的问题，但又是一个急需解决的问题。
二、研究思路
江汉钻头厂为满足各油田提速需要，近年来，着力研发高效钻头，以满足当前和未来的需要。MD高速马达钻头是近年新研发的新产品，它是为井下动力钻具和深井高温作业而开发的高速钻头系列。MD高速马达钻头适应90-300rpm转速钻进，具有保径能力和稳定性强、可靠性高、水力效果好和寿命长等特点。较FJT和HJT系列，更换了新型轴承密封结构，同时应用新型合成润滑脂；采用了螺旋式或倾斜式牙掌体，有效减少钻头在井底的震动，有助于改善井底流场；在保径上采用了高密度及露齿高度呈梯度变化的全掌背布齿，保护掌尖和密封，有效增强钻头抗缩径能力。
居于肯基亚克定向段机速慢，钻头使用寿命短，起下钻频繁的问题，在8079井定向段选用新型的MD系列钻头后，要实现平均单只钻头进尺提高20%，使用寿命提高20%，单只钻头机速提高5%-10%，井身质量有规律的达到设计指标，安全、快速完成8079井定向段施工的研究目标。 三、技术应用
1、优选和简化钻具结构
经过8102井和8111井的摸索，经验不断的积累，逐步掌握了肯基亚克油田最佳钻具组合。8079井定向前，优先考虑了钻具结构与井斜质量的关系，安全钻井与快速钻井的矛盾。在定向段，不可预知的复杂由于钻具结构的选择不合理将会导致复杂的升级，最终酿成事故。所以选择合理的钻具结构在水平井上是相当重要的。
肯基亚克水平井定向段钻具组合统计 表3-1
序号 井号 井段m 钻具组合 井斜变化° 最大狗腿
°/30m
1 8026 4150
-4395 215.9mm3A+172mm弯螺杆+164mmMWD+172mm无磁钻铤+127mm加重钻杆63根+ 127mmDP 1.8↗73.8 12.710
2 8111 4170
-4434 216mm3A+172mm弯螺杆+163mmMWD短节+159mm无磁DC+127mmHWDP*60根+127mmDP 1.6↗74.6 10.924
3 8033 4050
-4266 216mm3A+172mm弯螺杆+163mmMWD短节+159mm无磁DC+127mmHWDP*60根+127mmDP 1.3↗74.5 11.628
4 8079 4096
-？？ 216mm3A+172mm弯螺杆+163mmMWD短节+159mm无磁DC+127mmHWDP*48根+127mmDP 1.1↗？？ ？？9.888
从上表可以看出8079井定向段一直采用216mm3A+172mm弯螺杆+163mmMWD短节+159mm无磁DC+127mmHWDP*48根+127mmDP结构定向，与邻井相比，最不同的是127mm加重钻杆少了12和15根，在相同井深的情况下对比，8079井的定向钻具悬重要比3口邻井少4.84吨和6.05吨。不难看出8079井减轻钻具悬重的同时也增加了上部钻杆的抗拉安全值。而从狗腿度来看，8079井最大仅为9.888°/30m，为每次起下钻畅通无阻奠定了良好基础。
2、及时通井修复井壁
在水平井定向段里，让人头疼的是井径不规则、缩径、井塌，导致起下钻磨阻大，大段划眼，甚至卡钻，所以在该井定向段前就制定了每钻进100米必须下入近钻头扶正器通井的措施。虽然通井扶正器外径达到了214mm，比弯螺杆上的扶正块还要大2mm，但经过多次近钻头扶正器通井、划眼、修复井壁证明：通井是非常有必要的，井身质量的合格才能确保定向段施工以及后期完井施工安全。
通井钻具结构采用：216mm3A(旧)+214mm扶正器+127mmHWDP*48根+127mmDP。 3、根据井斜变化，及时调整钻进参数
随着定向段井斜的增加，井底加压钻具随着井斜增大而弯曲，弯曲度也大，钻具就越容易接触井壁，造成托压。如果不及时调整钻压，那么钻头极有可能在井底重复切削岩屑，造成进尺少、机速慢。在8079井中，根据井斜增大，及时加大钻压，以确保进尺和机械处于一个比较恒定的状态。
8079井定向段井斜和参数统计 表3-3
序号 井深m 井斜° 方位° 钻压KN
1 4093.97 0.9 63.3 80
2 4103 1.7 53 80
3 4112.82 3.5 51.9 90
4 4122.5 5.3 45.8 100
5 4132.22 7.2 40.3 100
6 4140.88 8.8 35.9 100
7 4150.67 10.7 36.4 100
8 4160.46 13 34.7 100
9 4170 15.1 34.8 120
10 4179 17 33 120
11 4188.94 18.1 33.4 120
12 4198.58 21.5 33.6 140
13 4208.22 24.9 33.4 140
14 4217.23 27.7 29 140
15 4227.48 29 31 140
16 4237 30.8 30.5 140
17 4246.73 33.9 31 145
18 4256.37 36.2 35.1 145
19 4267.02 37.5 37.9 145
20 4276.65 39.7 38.9 145
21 4286.25 42 39 150
22 4295.88 44.8 39.5 150
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4、螺杆的选择及使用
根据肯基亚克以往井的经验，在螺杆的选择上，多数采用大港中成产的螺杆，据邻井的螺杆使用情况来看，中成螺杆的特点是使用寿命长、机械性能稳定。在8079井也不例外，定向段全部采用中成螺杆。 8079井螺杆使用情况统计 表3-4
序号 名称 型号 入井井深m 起出井深m 进尺m 使用时间 机械钻速
1 1.25°弯螺杆 5LZ172*7Y-6 4096 4196 100 146:00
2 1.50°弯螺杆 5LZ172*7Y-6 4196 4274 78 102:30
3 1.25°弯螺杆 5LZ172*7Y-7 4274 4306 32 68:00
4
5
注：螺杆使用时间含循环时间。第一根螺杆配合三只钻头钻进，三次入井；第二根螺杆配合两只钻头钻进，二次入井；第三根螺杆配合一只钻头钻进，一次入井，主要原因是处理气侵，循环时间较长。
图1 图2
图1、2均为第一只螺杆起出后的情况。从起出的螺杆可以看出，扶正块有较大程度磨损，扶正块外径由入井前212mm缩小至210mm，部分保径复合片脱落。在图1里，扶正块在地层上磨成最深的槽达10mm，由此可判断钻遇的地层有很高的研磨性。
5、钻头的选型和使用
为了打破在肯基亚克定向段一贯采用FJT和HJT系列钻头的惯例，在机速上寻求更好的突破，8079井大胆尝试新型MD系列钻头。为我公司以后在肯基亚克提速提供有力依据。
8079井定向段钻头使用的情况统计 表3-5-1
入井序号 钻头型号 井段
m 进尺
m 纯钻时间 机速 参数
钻压 转速 排量 泵压
1 MD517 4096-4139 43 50:00 0.86 100 螺杆 25 21
2 MD517 4139-4181 42 52:00 0.81 100 螺杆 25 21
3 FJT517GL 4181-4196 15 40:30 0.37 140 螺杆 25 21
4 MD517 4196-4239 43 46:00 0.93 160 螺杆 25 21
5 MD517 4239-4274 35 52:30 0.67 160 螺杆 25 21
6 FJT517GL 4274-4306 32 46:00 0.70 160 螺杆 25 21
7 FJT517GL 4306-
8
9
10
总计
由于MD钻头在我队第一次使用，更是东方公司成立后试验的第一种类型的钻头，没有可参考的资料，所以定向段入井1#MD517钻头使用相对保守，仅使用50小时就起钻。2#钻头在1#钻头使用时间的基础上试着多打了2个小时。3#钻头下入FJT517GL的主要目的是确定FJT系列钻头在该地层的可钻性，得到一个和MD517对比的数据。由于FJT517GL在该地层的可钻性较差，4#钻头及时又下入了MD517，该只钻头进尺和机速均与前两只MD517相当，但使用时间上比前两只却少了几小时，主要原因是定向仪器电池没有电量，造成提前起钻。而5#钻头MD517进尺略少，分析原因该地层有较强的研磨性，钻头中后期断、掉齿多所导致的。
因全公司MD517钻头仅有一只库存，所以后期定向只能无奈选择机速较慢的FJT系列。
以下是MD517钻头使用前后的图片
4只MD517钻头起出后的共同特征：
（1）主齿断、掉较多，
1#钻头1#牙轮断齿2颗。2#钻头1#牙轮掉齿15颗,3#牙轮掉齿4颗。4#钻头1#牙轮断齿5颗，2#牙轮断齿4颗，3#牙轮断齿1颗。5#钻头1#牙轮掉齿13颗，2#牙轮掉齿1颗，3#牙轮断齿1颗
定向段相同类型钻头统计与邻井的比较 表3-5-2
井号 钻头类型 进尺m 纯钻h 机速m/h 钻头只数 平均单只进尺m 平均单只纯钻h
8026 FJT517G 137 208.25 0.66 5 34.25 41.65
MD517GLM 114 166 0.69 3 38 55.33
8111 FJT517GL 264 297.5 0.89 9 29.33 33.05
8033 HJ517G 49 85 0.58 2 24.5 42.5
HJT517GL 167 255.5 0.65 7 23.85 36.5
8079 MD517G 163 200.5 0.81 4 40.75 50.12
FJT517G N？ N？ N？ N？ N？ N？
6、泥浆的维护
在没有泥浆工程师的情况下，张忠良经理挺身而出，每天除了维护日常的生产外，还亲自做泥浆小型试验，每天督促化验工做全套性能。8079井能安全完井，泥浆性能的稳定是功不可没的。以下就是定向段和水平段的泥浆维护：
（1）每次下钻完后，由于泥浆静止时间长，粘度和切力高，用自配的10方胶液，匀匀混入井内，以降低粘度和切力并控制失水。除特殊情况外，胶液配方一般为1-2吨NaCl+Fa367*100-200kg+SMP-2(3)*50-150kg+H2O*9方。
（2）定向段钻进期间，陆续在泥浆中混入液体润滑剂HY-203，混入量为总泥浆量的1%，并且加入5吨固体润滑剂LU66，保持在定向段和水平段润滑性，降低摩阻。
（3）发现泥浆比重下降的时候，及时把比重提高，防止因液柱压力突降失衡井壁压力和油气层压力，造成井壁垮塌和井喷。由于肯基亚克油层压力高，经多次请示、申请。将设计最高比重1.92g/cm3提高至了1.99g/cm3，从而确保了井下压力平衡。
（4）在泥浆药品缺少且单一的情况下，必须充分使用好固控设备。定向前发现比重有慢慢上升的现象，经过细微观察，原来是净化后的泥浆中还含有重晶石有害固相和细小的岩屑颗粒。发现问题后，立即把振动筛筛布由80目更换成140目筛布，并启动两台振动筛同时工作，让重晶石有害固相和细小的岩屑颗粒从第一道固控设备就除去。