第三节 钻井
一、钻机
1960年,大庆油田会战初期,使用苏联40年代制造、以柴油机为动力的伯乌40钻机和乌
德130钻机,最大钻井深度分别为1200米和3200米。但这两种钻机功率低,操作笨重、钻井速
度慢、机修时间长,不能适应优质快速钻井的要求。
1963年,将伯乌40改为电动机驱动,功率由600马力增至1000~1395马力,提高了钻井速
度。
1977年,淘汰了乌德130钻机,改用兰州石油机械制造厂制造的大庆130—1型钻机,将5
台总功率为1500马力的V(2)—300柴油机改为济南柴油机厂制造3台总功率为3600马力的PZ
12V—190B大马力柴油机,解决了功率小、负荷低的问题,保证了外围钻深井的需要。
1984年5月,大庆油田开始使用4台美国艾姆斯克公司制造的威尔逊—65型车载钻机和威
尔逊—65B型车载钻机。最先使用这种钻机的2011钻井队(原1202钻井队)从5月7日至年底,
钻井20口,进尺33024米。到1985年,又投放使用11台这种车载钻机。该钻机移动性能好、能
耗低,较为经济。
1985年末,大庆油田钻井系统已拥有大型钻机36台,最大钻井深度为3200米;中型钻机
78台,最大钻井深度为1200~1500米;水井钻机1台;地震钻机4台和相应配套的其它主要生
产设备4000多台,基本满足生产需要,并使钻井速度和质量有大幅度的提高。
二、钻头
钻头是钻井过程中破碎地层岩石的重要工具。为提高钻头平均进尺,大庆油田钻井指挥
部于1963年研制成功用钢丝绳的钢丝代替过去沿用生铁焊条进行堆焊的刮刀钻头,提高了钻
头的耐磨强度,每只钻头平均进尺由1960年的173米提高到578米。1964年研制成一只黄铜敷
焊的刮刀钻头,进尺达到1006米,闯过了“千米”大关。
1965年开始,先后采用过炉中焊、浸铜焊、电渣冶炼、锒装松弛处理、氮氢保护烧结以
及粉末冶金浸渍氢气保护烧结等制造工艺。
大庆钻井指挥部安圣究、孔凡杰等在“千米钻头”的基础上,研究改进刀片结构和基体
材质及热处理工艺,于1971年试制成功“双切削角斜拉筋刮刀钻头”。1972年,1205钻井队
使用这种钻头打成两口“大三一井”(在一天时间内,用一只钻头打成一口井),进尺分别
为1236米、1230.72米,机械钻速为70.53米/小时和77.80米/小时。
1974年,在新区会战中,全面推广使用了“双切削角斜拉筋刮刀钻头”,平均进尺达到
1083.48米/只。有85只刮刀钻头实现了一只钻头钻完一口井。钻头“上千率”(每只钻头
钻进达千米或千米以上)提高到73.7%。
1975年,钻井指挥部直属钻井研究所研制成聚晶人造金刚石刮刀钻头,实现一只钻头钻
完1600米中深井,并在2000米左右的硬地层井段创造单只钻头进尺达400多米的记录。同年,
又研制成适用于1200米、1600米中深井的金刚石三刮刀钻头。自1960年以来研制的各类刮刀
钻头统称为“高效率刮刀钻头”,1978年获黑龙江省科学大会奖。
1978年,钻井指挥部钻井研究所石海岭、马玉和在聚晶金刚石刮刀钻头的基础上研制成
“喷射式聚晶人造金刚石四翼三阶梯刮刀钻头”,适用于钻大庆地区深部的硬地层,破碎岩
石能力强,钻头进尺相当于ZY型齿轮钻头的11倍和机械钻速的2.4倍,既提高了钻井时效,
又减轻了劳动强度。1979年获国家石油工业部技术改进成果二等奖。
1979年,钻井指挥部钻井研究所赵太俊、刘继臣研制成功“硬质合金套镶聚晶人造金刚
石刮刀钻头”,采用新型结构和加工工艺,能充分发挥金刚石的耐磨性能,延长钻头的使用
寿命,在油田进入高含水期钻高压调整井中,与普通硬质合金刮刀钻头相比较,机械钻速提
高20%,完钻周期缩短30%。1981年获黑龙江省优秀科技成果三等奖,1982年获石油工业部技
术改进成果二等奖。
三、钻具
1963年,大庆油田钻井指挥部徐景达、刘跃平等根据油田对钻中深井井身倾斜不大于3度
和井底水平移不超过35米的要求,研制成防斜“钟摆钻具”。1964年推广使用后,平均钻机
月进尺由1963年的2420米提高到2808米;井斜在3度以内的井占98.4%。
1965年,大庆油田提出打“小三一”(即一钻头一天钻完1000千米井深)优质井,对快
速打直井提出了更高的要求。钻井指挥部徐景达、刘跃平、牛建勋等又研制成功“填满”式
防斜钻具,可进行20~30吨钻压的钻进,并且钻进中途实现了不划眼、不测斜。使用这种钻
具在油田西翼易斜区钻井,所有的井斜均小于3度,大大加快了钻进速度。
1973年,在喇嘛甸油田开发会战中,钻井指挥部赵凯民、史家琛又试制成功一种“偏重
钻铤”(在钻铤的一侧钻些盲孔)。在钻进过程中发生井斜时,在偏重钻铤离心的作用下,
即能产生冲击式的纠斜力,并配合减少钻压即可防斜。它既能将井斜角控制在3度以内,又可
提高钻井速度。本项目连同以前研制的“钟摆”式和“填满”式防斜钻具于1978年获黑龙江
省科学大会奖。
四、泥浆
泥浆是钻井生产的“血液”,其性能的好坏直接影响钻井的质量和速度。为了提高钻井
(1200米左右)的泥浆性能,大庆油田钻井指挥部的徐同台、吴恩政、王允良等从1963年开
始研究“四低一稳”(粘度低、切力低、失水低、含砂低、性能稳定)泥浆,经多次试验研
究和总结以往的经验,筛选出新配方和处理方案,泥浆的技术指标和性能得到很大改善,钻
速由1963年每小时12.08米提高到1964年的16.86米;钻头泥包率1962年为33.6%,到1964
年降到0;井径缩小率由1962年的82.5%降到1964年的22.11%;钻井划眼深度由1963年的14
2.9米降到1964年的61.7米。这种泥浆在油田推广应用后,到1980年已优质高速地钻成700
0多口油水井。1978年获黑龙江省科学大会奖。与此同时,徐同台、吴恩政、吴学诗等人为大
庆油田钻进我国第一口深井—松基6井(完钻井深为4718.77米,井底温度为170℃),研制
成功两种类型深井泥浆抗高温处理剂,保证了深井的安全钻进。1978年获黑龙江省科学大会
奖。
在大庆油田钻调整井中所使用的石灰基重泥浆,其固相含量高,特别是泥浆中的无用固
相—粘土和钻屑含量高,引起井壁膨胀、坍塌、泥包钻头和卡钻等事故,影响了钻井速度。
为解决这些问题,1979年钻井工艺研究所王允良、吴国锐等人选用了一种高分子量粉未状速
溶的水解聚丙烯酰胺配制高比重泥浆,并用磺化栲胶调整和维护泥浆性能,研制成功“低粘
土相不分散重泥浆”。在1979~1980年通过9口井生产试验后,1981年推广使用,在其它相关
工作的配合下,降低了重泥浆中无用固相含量30%~50%,平均机械钻速较1980年提高59.4%
,每口井节约重晶石粉85吨,卡钻事故由9.4%降至054%,固井合格率由66.9%提高到88.1
%。仅1981年度即节约资金336万余元。1982年获石油工业部技术改进成果二等奖。
为保持油田稳产,在老开发区钻加密调整井,但由于长期高压注水开采,地层压力普遍
高于原始地层压力,使固井的封固质量问题日益突出。为解决钻调整井固井时对水泥浆的技
术要求,钻井工艺研究所王宝元、罗长吉、王立平等人1980~1981年进行“调整井优质高比
重水泥浆的研究”攻关,经反复试验、对比,选用新型高效减水剂—FDN(β-萘磺酸甲醛高
缩合物)作为水泥外加剂,并确定了最佳加入量。FDN是扩散能力强,易溶于水,起泡力低,
在水泥中减水率高的高分子化合物。在属于硅酸盐系列的45℃油井水泥中添加FDN,并与一定
的施工技术相配合,形成一种高比重减水水泥浆。其比重、抗压强度和初凝时间及抗泥浆污
染等各项物理性能和技术指标均达到使用要求。固井合格率提高14.2%。1982年分别获黑龙
江省优秀科技成果二等奖和石油工业部技术改进成果一等奖。
五、固井
当钻井工序完成后,需在很短时间内将上千袋水泥混制成水泥浆注入井中固井。过去采
用人工操作,工作条件差,劳动强度大,而且灰浆混合不均。1965年,钻井指挥部研制成功
气动下灰车,使固井注水泥作业初步实现机械化,提高了固井质量,并节约大量水泥。1978
年获黑龙江省科学大会奖。
1978年,钻井指挥部又进一步研制成功气动贮灰罐和液压背罐车,使运灰(水泥)、贮
灰、下灰作业实现机械化。
为了提高固井质量和油层产能,钻井生产技术服务公司钻井研究所谢声华、许国林、蒲
乃慎等人于1984年研制成功“5寸半Ⅱ型套管外封隔器”。这种封隔器是水力膨胀式结构的油
井完井阶段的下井工具。在固井作业替泥浆碰压后继续升压,通过机械作用使胶筒膨胀,在
套管与并壁之间的环形空间形成永久性桥堵,可避免异常地层压力和环空水泥浆在水化过程
中发生胶凝失重所导致的层间油、气、水混窜及管外喷冒事故的发生,有利于固井质量的提
高和保持油层产量,并可节约大量的修井费用,1983年应用39只封隔器,调整井固井合格率
为88.7%。1984年应用303只,固井合格率达97.5%。1985年的前10个月里应用300余只,固
井合格率又上升到98.1%,对油田连续稳产起到了重要作用。1985年获大庆市优秀科技成果
一等奖。