李益平

一、概況

塔河油田托普臺(tái)區(qū)塊位于塔河油田西南部，與塔河油田主體區(qū)塊有相近的油氣成藏地質(zhì)條件，是油氣運(yùn)移聚集的有利地區(qū)。目前，托普臺(tái)區(qū)塊開發(fā)已經(jīng)取得了良好的油氣產(chǎn)量，是塔河油田實(shí)現(xiàn)油氣勘探開發(fā)戰(zhàn)略接替的重點(diǎn)區(qū)塊。托普臺(tái)地層發(fā)育比較完全，由第四系、第三系、白堊系下統(tǒng)、侏羅系下統(tǒng)、三疊系、二疊系、石炭系下統(tǒng)、泥盆系上統(tǒng)、志留系下統(tǒng)和奧陶系上、中統(tǒng)組成。目前托普臺(tái)區(qū)塊油藏埋藏深，鉆井周期長(zhǎng)，機(jī)械鉆速低、鉆井成本高是制約托普臺(tái)勘探開發(fā)的瓶頸。

二、塔河油田托普臺(tái)區(qū)塊施工難點(diǎn)分析

（1）托普臺(tái)地區(qū)奧陶系油藏埋深6400-7100m，普遍深于塔河油田主體區(qū)塊600m。施工鉆井周期普遍較長(zhǎng)（TP17井鉆井周期150.44d，TP22鉆井周期137.8d，TP303鉆井周期145.61d）。

（2）Ф311.2mm階段侏羅系、三疊系阿克庫(kù)勒、柯吐爾組底部地層可鉆性差，PDC鉆頭平均機(jī)械鉆速低，鉆頭磨損嚴(yán)重。Ф 215.9mm井眼鉆至三疊系哈拉哈塘、阿克庫(kù)勒、石炭系卡拉沙依組灰、深灰、褐色泥巖（膠粘性很強(qiáng)），易造成PDC鉆頭泥包，個(gè)別井甚至連續(xù)發(fā)生泥包現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了機(jī)械鉆速。特別是石炭系卡拉沙依、巴楚組泥巖段地層質(zhì)硬性脆，PDC牙齒不易吃入，TP7-4井鉆至井深5455m后鉆進(jìn)速度較慢，鉆時(shí)50-80min/m；TP22井該段地層最高鉆時(shí)達(dá)260min/m。

（3）二疊系上部為灰白色凝灰?guī)r、淺灰色火山角礫巖，中部為淺灰色英安巖，下部為玄武巖，屬于裂縫性地層，地層承壓能力差，該井段鉆進(jìn)時(shí)機(jī)械鉆速低，鉆井液消耗量較大，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，極易發(fā)生井漏及井壁坍塌等井下復(fù)雜情況。一旦二疊系發(fā)生漏失，漏失速度快，堵漏時(shí)間耗時(shí)長(zhǎng)（TP22井二疊系兩次擠水泥時(shí)間長(zhǎng)達(dá)14d，TP303井二疊系堵漏施工長(zhǎng)達(dá)22.89d）。

（4）三疊系柯吐爾組、石炭系下統(tǒng)巴楚組、泥盆系、志留系地層以泥頁(yè)巖、砂巖和灰?guī)r為主。志留系柯坪塔格組中部為脆性泥頁(yè)巖發(fā)育，易發(fā)生井壁掉快、坍塌（TP303、TP17井井徑擴(kuò)大率都在20%-40%，TP17井在4875-4925m井徑擴(kuò)大率高達(dá)88%），起下鉆及其困難。

三、塔河油田托普臺(tái)區(qū)塊超深井快速鉆井工藝技術(shù)

311.2mm井段

1.311.2mm井段上部地層砂泥巖交錯(cuò)，易發(fā)生井斜。為確保井身質(zhì)量，常用防斜鉆具組合：Φ311.15mm鉆頭+Φ228.6mm鉆鋌×2根+310mm扶正器+Φ228.6mm鉆鋌×1根+Φ 203.2mm鉆鋌×6根+Φ177.8mm鉆鋌×9根+Φ127mm加重鉆桿+Φ127mm鉆桿；Φ311.15mm鉆頭+244.5mm直螺桿+Φ 228.6mm鉆鋌×1根+121/4＂扶正器+Φ228.6mm鉆鋌×1根+Φ203.2mm鉆鋌×9根+Φ177.8mm鉆鋌×6根+Φ127mm鉆桿；扶正器選用外徑308-310mm的螺旋扶正器防斜效果較好。

2.311.2mm井段康村組底部和吉迪克組石膏發(fā)育良好，污染鉆井液，易發(fā)生井眼縮徑，造成短起下鉆困難。在鉆進(jìn)過程中進(jìn)入前50米將鉆井液密度上提至1.16g/cm3，每鉆進(jìn)150-200m進(jìn)行短程起下鉆和每鉆進(jìn)600m進(jìn)行一次長(zhǎng)短起下鉆作業(yè)，確保井眼穩(wěn)定。

3.上白堊系砂巖發(fā)育，地層滲透性好，泥餅厚，容易發(fā)生卡鉆。在施工過程中，加入適量的SMP-1、SPNH，控制合適的失水，形成薄而韌的泥餅。工程上每鉆進(jìn)300m進(jìn)行一次短程起下鉆，及時(shí)修整井壁，同時(shí)加入1%的潤(rùn)滑劑，增強(qiáng)鉆井液的潤(rùn)滑性，防止鉆頭泥包和卡鉆事故的發(fā)生。

4.吉迪克組大套泥巖、侏羅系、三疊系阿克庫(kù)勒、柯吐爾組等地層大套泥巖夾礫質(zhì)砂巖。地層可鉆性差，PDC鉆頭平均機(jī)械鉆速低，鉆頭磨損嚴(yán)重。PDC鉆頭使用19mm齒以提高機(jī)械鉆速。通過下述幾口井的實(shí)踐對(duì)比分析得出：1)為保證一只PDC鉆頭能夠鉆至二開終完井深，建議在不影響機(jī)械鉆速的情況下盡量使用牙輪鉆頭鉆至井深2000米以上。2)型號(hào) M5363L和MS1952SS PDC鉆頭在311.2mm的井眼在吉迪克組、侏羅系、三疊系阿克庫(kù)勒、柯吐爾組鉆進(jìn)中的機(jī)械鉆速和進(jìn)尺都比較高；而GP19256LT和EM1915S機(jī)械鉆速相對(duì)偏低。3)在相同類型的鉆頭使用中，螺桿+PDC鉆具組合對(duì)機(jī)械鉆速無(wú)明顯提高，但減輕了鉆具的疲勞損傷和保證了井身質(zhì)量。建議侏羅系、三疊系阿克庫(kù)勒、柯吐爾組等含礫質(zhì)砂巖地層使用不帶螺桿的常規(guī)鉆具，以防止礫石提前損壞鉆頭。

表1 311.2mm井段鉆頭使用表

40 TP 105 51.1 6 13.3 1 30.9 1 12.5 6 100 50 55螺桿HAT1 27 MS195 2SS H126 48 27.5 197.5 9.6 7 219.13 146.5 24.5 144.25 31.83 11.83 176.17 45 1.31 2.41 M1955 SS EM191 5S EM191 5S FS256 3BG HJ517 G HAT1 27 MS195 2SS 35 1.9 86.2 7 15.7 2 TP 17 60 50-60 40-80 40-120 60-120 60-140 180-240 160-240 130 85-130 80-120 40-80 90-120 50+1407 2629.5 298.88 2753.8 508.81 32.0 1 347.09 60.4 1 1020.58 2769.91 50 3.56 6 43 60 204.95 54 901-2308 2308-4937.5 599-897.88 897.88-3651.68 3561.68-4160.49 4160.49-4192.5 4192.5-4539.59 4539.59-4600 506-1526.58 1526.58-4296.49 4296.49-4300.05 4300.05-4505 60 TP 303螺桿3.47 50+103 58+180 45 0.59 70.5 2.91 100 60 280 EM191 5S HJ517 G螺桿 6 0 35

5.該井段是本井鉆井液維護(hù)重點(diǎn)，該井的鉆井液轉(zhuǎn)型工作也是在這一井段完成的，在井深4000米鉆井液轉(zhuǎn)型的現(xiàn)場(chǎng)過程中，現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按照鉆井液設(shè)計(jì)要求及時(shí)的將鉆井液體系轉(zhuǎn)化為聚磺防塌鉆井液體系，重點(diǎn)是抓好白堊系、侏羅系、三疊系的防塌和防粘卡工作。在4000米時(shí)加入磺化材料、瀝青類防塌劑，將鉆井液體系逐步轉(zhuǎn)化為聚磺防塌體系，提高鉆井液的抗高溫和防塌性能。在轉(zhuǎn)聚磺鉆井液體系之前要嚴(yán)格控制鉆井液中的固相含量，防止轉(zhuǎn)成聚磺體系后，隨著溫度的提高，造成粘土過度分散。堅(jiān)持使用聚合物，聚合物濃度維持在0.5-0.8%。在施工中通過適當(dāng)提高鉆井液的動(dòng)切力、靜切力和動(dòng)塑比，使泥漿具有良好的攜巖能力和懸浮能力。保持鉆井液中防塌劑和降失水劑的有效含量在3%以上，控制鉆井液的中壓失水小于5ml，高溫高壓失水小于15ml，以確保井壁穩(wěn)定，井眼規(guī)則，防止掉塊跨塌。在滿足鉆井液有足夠攜巖能力的前提下，保持低粘切鉆進(jìn)，提高了清潔井眼的效果。在鉆進(jìn)過程中，保持潤(rùn)滑劑的有效含量5%，使摩擦系數(shù)小于0.07，鉆井液具有良好的潤(rùn)滑性能，防止了粘卡。鉆進(jìn)過程中，每150m進(jìn)行一次短起下，保證了井眼清潔與暢通。在本段施工中，鉆井液以維護(hù)為主，泥漿性能穩(wěn)定，潤(rùn)滑防卡能力好，防止了因泥漿性能大幅度變化引起的井下復(fù)雜情況。鉆井時(shí)及時(shí)測(cè)量鉆井液性能，根據(jù)泥漿性能的變化隨時(shí)調(diào)整泥漿性能，保證了井下安全。在進(jìn)入白堊系系前50米，按設(shè)計(jì)濃度加足各類防塌劑，將鉆井液密度提至1.22g/cm3,將粘度控制在50秒左右，高溫高壓失水控制在15ml以下，保證鉆井液的防塌能力。鉆過白堊系后，將鉆井液密度提至1.25g/cm3。

215.9mm井段

1.螺桿+PDC鉆具組合：在三開井段，地層主要是二疊系，石炭系，泥盆系，志留系和奧陶系地層。地層壓實(shí)性好，地層可鉆性差，常規(guī)鉆井工藝機(jī)械鉆速較低，螺桿+PDC工藝的推行，比常規(guī)鉆進(jìn)工藝機(jī)械鉆速提高明顯：在地層、埋深、鉆頭型號(hào)和鉆進(jìn)參數(shù)相同的情況下使用螺桿情況下比不使用螺桿其機(jī)械鉆速提高了61.79%-167.89%。螺桿的使用也大大減輕了鉆具的疲勞損傷，保證了井下安全。但唯一不足的是螺桿的工作壽命和安全系數(shù)仍然是制約螺桿+PDC工藝大面積推廣的主要因素。

表2 215.9mm井段螺桿使用表

2.鉆頭的選型：在二疊系地層，主要采用牙輪鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，穿透二疊系地層后更換PDC鉆頭。在石炭系泥巖段，以及志留系柯坪塔格組地層磨性強(qiáng)，可鉆性差，建議使用抗研磨性強(qiáng)的PDC鉆頭（如DBS、迪普、BEST鉆頭等），并適時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù)，當(dāng)?shù)貙佑捕却?，牙齒難以吃入地層時(shí)，要適當(dāng)加大鉆壓，同時(shí)要降低轉(zhuǎn)速，達(dá)到既保護(hù)好鉆頭又能提高鉆速的目的。DBS生產(chǎn)的FMX553Z單只鉆頭鉆進(jìn)1082m和FMX545Z機(jī)械鉆速達(dá)9.59m/h的好成績(jī)，DS653AB、M1955SS和M1952SS也取得較好的機(jī)械鉆速。

表3 215.9mm井段鉆頭使用表

TP 119 30 8 80 23 23 14 108 2 32.58 FMX 553Z FMX 553Z FM35 53Z+198.5 25.5 1.7 5 5.4 5 1.2 8 5185-5199 5199-6281 4939.22-4971.8 30 21.5 2.3 5 40+螺桿4971.8-5229.22 MS19 52SS 30 21.5 231.81 1.9 4 MS19 52SS 5229.22-5461.03 119.25 38+螺桿27 257.42 19.5 73 432.8 28 83.25 19 MS19 52SS 5461.03-5893.83 5.1 7 1.1 6 TP 17 5893.83-5899.83 109.67 62 23 17 6川7-4聚晶MS19 52SS 318.27 5899.83-6218.1 180.25 1.7 7 74 28 20 M195 5SS 349.94 2.1 8 72 6218.1-6568.04 28 160.58 21.5 69.17 70 26.88 6568.04-6789 21 220.96 70+螺桿24 767.33 270.84 55.95 278.32 192.58 110.17 18 M195 5SS 17 4867.56-5680.44 5680.44-5951.28 5951.28-6007.23 6007.23-6285.55 3.1 9 3.9 8 2.4 6 3.1 1 17 80 30-40 60-80 100 15 25 30 5.2 146.17 DS65 3AB DS65 3AB M195 5SS M195 5SS 80 20-60 20-80 40-70 60-100 10-100 80-120 80-120 60-80 80-100 80 1.9 24 18 TP 303 349.67 59.92 M195 5SS 6285.55-6635.22 5.8 4 75 40+螺桿40+螺桿40+螺桿22螺桿19 63+螺桿25

3.鉆具組合及參數(shù)：1）二疊系：由于托普臺(tái)地區(qū)二疊系厚度在100-300m，地層易破碎掉快，所以二疊系鉆進(jìn)時(shí)采用常規(guī)鉆具組合：215.9mm牙輪+158.75mm鉆鋌2根+214mm扶正器+158.75mm鉆鋌19根+127mm鉆桿；鉆進(jìn)參數(shù):W:140-180KN；N:80r/min；Q:30L/s；P:20Mpa。2）石炭系、志留系、泥盆系：地層研磨性強(qiáng)，采用PDC+螺桿鉆具組合：215.9mmPDC+172mm螺桿+61/4″鉆鋌1根+214mm扶正器+61/鉆鋌*20根+5″鉆桿；鉆進(jìn)參數(shù)：W:60-100KN；N:80r/min；Q:27-30L/s；P:20-22Mpa。鉆鋌長(zhǎng)度的選擇以保證鉆頭在最大鉆壓下時(shí)應(yīng)力中和點(diǎn)在鉆鋌上為原則。215.9mm井段選用欠尺寸扶正器，外徑一般在213-215mm之間。采用小鐘擺鉆具組合，扶正器距鉆頭距離在21-22m時(shí)鐘擺力防斜最為理想。鉆進(jìn)過程中鉆遇礫巖、礫質(zhì)砂巖前20m時(shí)及時(shí)下調(diào)鉆速和鉆壓，防止提前損壞鉆頭。扭力發(fā)生器、渦輪鉆具等新工藝可以在托普臺(tái)地區(qū)進(jìn)行嘗試。

4.二疊系井漏預(yù)防及處理：1）鉆開二疊系地層前，復(fù)配使用各類防塌劑GLA、WFT-666和聚合醇，確保鉆井液具有良好的防塌能力。同時(shí)，鉆井液中加入QS-2和PB-1、單封等隨鉆堵漏材料，提高鉆井液的堵漏性能和地層的承壓能力，鉆進(jìn)過程中及時(shí)補(bǔ)充防塌、堵漏材料，封堵誘導(dǎo)性裂縫的形成。2）鉆井液密度在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)和確保井壁穩(wěn)定的前提下盡量走下限，并始終保持鉆井液密度均勻，以防較大的壓差壓漏地層。3）若漏失速度小于5m3/h，則繼續(xù)進(jìn)行隨鉆堵漏；如鉆進(jìn)過程中發(fā)生嚴(yán)重漏失（大于10m3/h），直接進(jìn)行擠水泥堵漏。鉆穿二疊系后擠水泥（含一定纖維）封堵二疊系，確保二疊系的承壓能力能達(dá)到后期下套管固井的要求。

5.鉆頭泥包預(yù)防：1）針對(duì)下部地層易水化分散造成鉆頭泥包，進(jìn)而影響機(jī)械鉆速等復(fù)雜情況，結(jié)合下部地層鉆井液返速較低的特性，將鉆頭水眼變小，提高鉆頭水眼對(duì)流道的沖刷，清潔鉆頭切割齒表面，從而提高鉆頭機(jī)械鉆速。2）鉆至易泥包地層前，加足聚合物絮凝劑，確保鉆井液具有較強(qiáng)的抑制性，保持鉆井液性能處于最佳狀態(tài)，同時(shí)使用好固控設(shè)備，保持鉆井液低的固相含量和含砂量；3）在滿足井下攜砂的前提下，盡量降低鉆井液粘度切力（粘度45S，切力4-6/7-12Pa），鉆井液具有較強(qiáng)的沖刷性能；保持大排量（30-32L/S）、高返速，最大限度的提高鉆井液對(duì)鉆頭的沖刷力；4）鉆井液中保持清潔劑（RH-4）含量達(dá)到0.4-0.6%，以滲透、分散PDC水槽內(nèi)的黏附物，并加足潤(rùn)滑劑含量，降低泥巖對(duì)鉆頭的黏附能力；5）在鉆頭泥包高發(fā)地層中鉆進(jìn)，起鉆前先充分循環(huán)鉆井液，清洗井眼；下鉆時(shí)將PDC排屑槽用篩網(wǎng)包裹好，確保下鉆時(shí)鉆頭水眼和排屑槽通暢。6）鉆頭的泥包的根源是水眼射流沖擊力無(wú)法有效清潔鉆頭排屑槽的巖屑。水眼的選擇可能對(duì)泥包有一定的影響。建議在以泥包的地層，在不影響排量的情況下盡量使用小水眼，最好保持水眼壓力降在2Mpa左右。

6.井壁失穩(wěn)的預(yù)防〔1〕：三疊系、二疊系地層的防塌工作重點(diǎn)在物理防塌、化學(xué)防塌輔助。也就是采用合理的泥漿密度，保持井眼內(nèi)基本的力學(xué)平衡，所謂的平衡是鉆井液柱壓力和地層坍塌壓力平衡。同時(shí)鉆進(jìn)時(shí)在能滿足攜帶巖屑的條件下盡量降低鉆進(jìn)排量，以減少泥漿對(duì)井壁的沖刷。在此基礎(chǔ)上，選擇合適的防塌劑并控制一定的失水，基本就能達(dá)到明顯的效果。對(duì)于石炭系下統(tǒng)巴楚組、志留系、泥盆系及奧陶系上統(tǒng)防塌重點(diǎn)放到化學(xué)防塌和有效封堵上。要選擇2-3種防塌材料，最好要有變形微粒類和成膜類復(fù)合使用，以封堵泥巖地層的微裂縫，API失水和高溫高壓失水達(dá)到設(shè)計(jì)要求的下限，同時(shí)要保持鉆井液合適的礦化度，盡量與地層礦化度匹配，密度也要根據(jù)地層壓力系數(shù)，達(dá)到微過平衡的程度。但防塌材料的加入時(shí)要注意考慮是否影響地質(zhì)熒光。

四、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用

1.TP222設(shè)計(jì)井深6530m，完鉆井深6551m。全井設(shè)計(jì)鉆井周期127天，實(shí)際鉆井周期70.58天，純鉆時(shí)間：593:30h，平均機(jī)械鉆速11.04m/h。全井井身質(zhì)量?jī)?yōu)秀。

2.TP119設(shè)計(jì)完鉆井深6370m，實(shí)際完鉆井深6360m。全井設(shè)計(jì)鉆井周期120天，實(shí)際鉆井周期64.5天，純鉆時(shí)間：603.5h，平均機(jī)械鉆速10.54m/h。全井井身質(zhì)量?jī)?yōu)秀。

五、結(jié)論及總結(jié)

1.螺桿+PDC小鐘擺鉆具組合的推廣，大幅度提高了塔河油田托普臺(tái)區(qū)塊311.2mm和215.9mm井段的機(jī)械鉆速和井身質(zhì)量，縮短了鉆井周期。但螺桿的使用時(shí)間和安全系數(shù)已是一個(gè)值得深究考慮的問題。

2.在311.2mm井段，M5363L、MS1952SS和FS2563BGPDC型號(hào)的PDC鉆頭，在215.9mm井段的FMX553Z、FMX545Z、DS653AB、M1955SS和M1952SS的PDC鉆頭都顯示了比較好地層切削能力。但PDC鉆頭和螺桿的匹配性一個(gè)值得探討的課題。

3.二疊系的漏失，擠水泥堵漏是一個(gè)比較快捷有效的提高地層承壓能力的方式。三疊系、二疊系坍塌掉快采用物理方法封堵為主，石炭系、志留系和泥盆系的坍塌掉快以化學(xué)封堵為主。

4.鉆頭泥包重在前期對(duì)泥漿的凈化處理和工程預(yù)防。鉆頭水眼的選擇在一定程度上也對(duì)鉆頭泥包有一定影響，易泥包地層可更換為小水眼。若在鉆頭上能形成一層納米涂層，泥包將有可能成為歷史。

[1]郭建國(guó).塔河油田托普臺(tái)地區(qū)鉆井液技術(shù)[J].山東化工,2010,39(2):35-37.