钻头之变带来钻速质变

——库车山前钻井砾石层提速攻关样本解析

    记者 魏东 通讯员 张权

    5月5日，博孜1201井三开采用多棱齿新型非平面齿PDC钻头完成1133米进尺，平均机械钻速较邻井博孜12井同井段提高20%，创区块单趟进尺最长、单日进尺和机械钻速最高等多项指标。这是非平面齿PDC钻头在油田规模应用后，为砾石层提速带来的又一新成果。

    钻头不到，油气不冒。钻井提速的核心在于钻头。对勘探开发来说，钻头就像“先锋官”一样，它不“杀”到油气藏里，你永远不知道油气藏里到底有什么。

    博孜-大北地区油气资源丰富，是油田决胜3000万吨的主力上产区，也是加快建设的万亿方大气区。但这一地区地质条件复杂，钻井面临盐上砾石层打不动、超深巨厚盐层间卡钻、超高压盐水层溢流、盐下目的层超高温超高压钻完井工具不适应等一系列“卡脖子”的世界难题，严重制约着钻井速度和开发效益的提高。特别是遭遇砾石层后，以往钻探一口6000多米深的探井，需要用1年多时间。

    据介绍，砾石在中东、美洲及俄罗斯等世界上的主要产油地均有发育，但砾石层厚度只有500米到1000米，且砾石纯度不高。而在博孜-大北地区，砾石层最厚达到6100米，砾石纯度非常高。想要突破这样的砾石层，必须要有好的“金刚钻”。

    “以前我们总是想把砾石组分、成分、厚度，展布的地质规律都搞清楚，希望在这个基础上去适配钻头。但是后来发现，真正碰到博孜-大北地区这样最难钻的砾石层，如果钻头技术不突破，你仍然攻克不了。所以这两年，我们改变攻关方向，重点围绕找一种既能打砾石层，又能打多套地质夹层的全能型钻头。”油气工程研究院企业技术专家李宁说。

    在库车山前，砾石层提速经历了常规牙轮到空气钻井，再到进口牙轮、混合钻头，最终到非平面齿PDC钻头的不断探索。

    从钻井实践看，传统的两大类钻头——牙轮钻头和PDC钻头都有短板。

    牙轮钻头抗磨性强，基本上所有的硬地层都可以上去“啃一啃”，缺点是机速慢、憋跳钻严重，快速钻进难度极大。在博孜1井，5800米的砾石层用了84只钻头，平均一只钻头打不到70米。

    PDC钻头是油田最早使用的一类钻头，具备强度高、耐磨等优点，本是钻进中硬岩层的理想钻头。但在库车山前，PDC钻头的这支“锋利的矛”碰到了博孜-大北地区砾石层这面“坚硬的盾”，钻头上的齿很容易被磕掉。

    2006年，油田在罗西1井首次引进空气钻井技术。2010年大北6井使用空气钻，比传统钻井方式钻速提高了十几倍。今年一季度，博孜2井开展空气钻井试验，刷新了油田单井空气钻进尺最长及单趟钻进尺最长两项纪录。但是，地层出水对空气钻影响非常大，工艺局限性强，难以打通所有的砾石层。

    其间，进口牙轮、混合钻头开始规模应用，并在部分区块或层段取得良好效果，但仍然难以满足整体提速的需求。

    如何突破几类钻头的瓶颈，成为摆在工程技术人员面前的一道最大难题——抗研磨性和抗冲击性就像跷跷板两端，抗研磨性这头强了高了，那头的抗冲击性就弱了低了。反之亦然。

    非平面齿的异军突起改变了这一困局。

    2015年，油田与国外先进钻头生产企业合作研发出三棱齿钻头，这也是第一种非平面齿钻头。因钻头的齿为三棱状且凸起，又被称作“奔驰齿”。

    首只非平面齿钻头在博孜103井、104井应用取得了良好效果。在这个基础上，攻关完善发展出了多棱齿PDC钻头。2019年，新型非平面齿钻头现场试验在博孜8井获突破，顺利“击穿”含砾地层，创区块单只钻头进尺纪录。

    从平面到非平面，齿形的改变极大分散了钻头受冲击的应力，使抗冲击性成倍提高，带来砾石层钻井提速革命性的变化。

    在博孜砾石层核心发育区，2019年钻井平均周期较2018年以前缩短59天，2020年较2019年缩短6天。非平面齿PDC钻头用量、进尺从2018年的10%、6%大幅上升至50%、65%，平均进尺更是遥遥领先，提速作用明显。博孜区块在钻探首批探评价井时，一只钻头在目的层只能打200米，现在能打400米。

    “当前，我们主要是结合砾岩特点精准开展个性化钻头设计与选型，围绕钻头开发一系列的配套提速工具，分区分带固化定型‘撒手锏’技术和提速模板，优化提速措施，指导精准提速，推进整体提速。” 油气工程研究院钻井所所长章景城说。