李云志（西部鉆探吐哈鉆井公司，新疆 鄯善 838200）

三塘湖馬朗區(qū)塊安全快速鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用

李云志（西部鉆探吐哈鉆井公司，新疆 鄯善 838200）

2012年蘆1井發(fā)現(xiàn)P2t油層后，先后在蘆1、馬55、馬56獲得突破，條湖組凝灰?guī)r致密油藏已經(jīng)成為勘探開發(fā)的重要領(lǐng)域。本區(qū)塊地質(zhì)條件復(fù)雜，鉆井周期長，P2t地層破碎嚴(yán)重，多次發(fā)生井塌埋鉆等事故，嚴(yán)重影響鉆井進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益，針對致密油開發(fā)的特點(diǎn)，該區(qū)塊部署大量水平井，為實現(xiàn)安全快速鉆井，開展一系列技術(shù)研究。

2012-2013年完成井9口，平均井深3051.56m，平均周期67.76天，平均機(jī)速3.55m∕h，平均月速1350.59m∕臺月。鉆井過程中存在以下難點(diǎn)：（1）鉆井周期長、機(jī)械鉆速低，PDC鉆頭使用受限。（2）下部二疊系、石炭系地層硬、研磨性強(qiáng)，牙輪鉆頭平均使用時間80-100h，易發(fā)生掉牙輪事故，平均機(jī)速2.2m∕h，起出后磨損嚴(yán)重；普通PDC鉆頭抗研磨性差。（3）井身質(zhì)量控制困難、常規(guī)鉆具難以防斜（4）事故復(fù)雜時效高，小泉溝、條湖裂縫性發(fā)育，易發(fā)生井漏；條湖組凝灰?guī)r破碎、地層膠結(jié)不穩(wěn)易發(fā)生自下而上連續(xù)坍塌。（5）水平井開發(fā)增多，施工風(fēng)險高，完井工藝復(fù)雜，水平段長，摩阻大，特殊管串或工具下入困難。

1 主要研究內(nèi)容

根據(jù)地層分布，研究巖石可鉆性，優(yōu)選個性化PDC鉆頭，優(yōu)選配合螺桿鉆具。

（1）巖石可鉆性研究

采用取自馬朗凹陷巖芯進(jìn)行試驗測試，對于牙輪和PDC鉆頭，依據(jù)可鉆性與聲波時差的相關(guān)性，建立可以用來計算可鉆性極值的關(guān)系模型：

牙輪鉆頭計算模型：

PDC鉆頭計算模型：

其中：Kd-巖石可鉆性極值

Δtp-聲波時差

研磨性級值與可鉆性級值范圍

地層井段地層巖性地層性質(zhì)侏羅系三疊系二疊系石炭系1200-1900 1900-2100 2100-3300 3300以下砂礫巖、泥巖互層泥巖、砂礫巖凝灰?guī)r、玄武巖玄武巖軟、中硬中硬中硬、硬硬研磨性級值3-4 4-5 5-6 5-6可鉆性級值范圍4-5 4-5 5-6 6-7

（2）優(yōu)選PDC鉆頭

通過巖性分析以及可鉆性來優(yōu)選PDC鉆頭，重點(diǎn)從以下幾個方面攻關(guān)，優(yōu)選個性化鉆頭。

a、采用抗高溫、抗沖擊復(fù)合片，降低掉齒斷齒幾率

b、提高鉆頭表面耐研磨性和硬化材料

c、或采用雙排齒提高整體穿夾層能力

根據(jù)上述地層特性，優(yōu)選以下兩種型號PDC鉆頭

216mm DM753鉆頭特性：

※采用大曲率半徑冠形，提高鉆頭的整體耐磨性；

※采用最新進(jìn)口、高抗研磨復(fù)合片DP-40，復(fù)合片耐磨性大大提高，更加適應(yīng)鉆進(jìn)高研磨性砂巖、含礫砂巖地層；

※輔助切削齒位置和高度的合理設(shè)計，提高鉆頭的穩(wěn)定性和抗研磨能力，有效提高鉆頭使用壽命。

216mm MD6645A鉆頭特性：

※碳化鎢燒結(jié)胎體，六刀翼設(shè)計，中高密度布齒，提高鉆頭的耐磨性；

※采用16mm復(fù)合片，適應(yīng)鉆進(jìn)高研磨性火成巖；

※聚晶金剛石保徑，提高鉆頭的穩(wěn)定性和抗研磨能力，有效提高鉆頭使用壽命。

（3）優(yōu)選螺桿鉆具

優(yōu)選大扭矩中速螺桿，配合個性化PDC鉆頭，采用“MWD”復(fù)合導(dǎo)向技術(shù)控制上部易斜井段，提高PDC鉆頭工定性，減少對復(fù)合片的沖擊，提高行程進(jìn)尺。

（4）應(yīng)用后效果

通過優(yōu)選PDC鉆頭配合7頭大扭矩螺桿復(fù)合鉆進(jìn)，平均機(jī)械鉆速提高70.22%，平均鉆頭數(shù)量由每口井9.15只減少至3.5只，很大程度上減少了鉆頭入井次數(shù)，取得良好效果。

2 研究地層造斜規(guī)律優(yōu)化鉆具組合

（1）地層造斜規(guī)律研究

上部井段易斜，馬朗區(qū)塊巖性復(fù)雜，地層造斜力強(qiáng)，且方位不變，常規(guī)鉆具鉆進(jìn)自然方位在340-30°左右。通過研究分析6口井井的井史資料，發(fā)現(xiàn)井斜的主要原因為：

①地層因素：易斜井段主要T2+3和P2t交界面以及整個二疊系地層，巖性多為凝灰?guī)r和玄武巖，該類地層巖石強(qiáng)度高，形成的地層傾角大，自然造斜力強(qiáng)。

②鉆具因素：鉆具導(dǎo)致井斜的主要因素是鉆具的偏斜和彎曲。底部鉆具影響最大：一是引起鉆頭傾斜，在井底形成不對稱切削，二是鉆頭受側(cè)向力。

（2）優(yōu)化鉆具組合，控制井身質(zhì)量

上部井段為增加鉆具剛性，更好的防斜穩(wěn)斜，采用“0-1-2”鉆具組合：

Ф216mmPDC+Ф172mm1.25°單彎螺桿（雙扶）+回壓凡爾+定向接頭+Ф159mm無磁DC*1根+Ф159mmDC*1根+Ф214mmF+ Ф159mmDC*8根+Ф127mmDP

評價：該鉆具組合在直井段有很好的防斜作用，實時跟蹤預(yù)測，中途一次糾斜即可控制上部直井段井身質(zhì)量。

下部造斜段鉆具：

Ф216mmPDC+Ф172mm1.25°單彎螺桿+回壓凡爾+定向接頭+Ф159mm無磁DC*1根+Ф159mmDC*9根+Ф127mmDP

下部直井段或穩(wěn)斜段鉆具：

Ф216mmPDC+Ф172mm1.25°單彎螺桿（雙扶）+回壓凡爾+定向接頭+Ф159mm無磁DC*1根+Ф159mmDC*9根+Ф 127mmDP

水平段鉆具：“0-1F”型微調(diào)整旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合

Ф216mmPDC+Ф172mm1°單彎螺桿（雙扶）+回壓凡爾+電阻率+Ф159mm無磁DC*1根+MWD短節(jié)+Ф127mm加重DP*3根+ Ф127mm倒裝鉆柱+Ф127mm加重DP*27根+Ф127mmDP

（3）優(yōu)化后效果

通過優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)實施9口井上部井身質(zhì)量得到很好的控制，1400-2200m最大井斜馬60H井3.0°∕2190m。平均機(jī)械鉆速7.41m∕h，相比提高了140%。

3 優(yōu)化鉆井液體系，應(yīng)用井下復(fù)雜預(yù)防技術(shù)保證井下安全

針對致密油藏全井段巖性特征，從鉆井液的井壁穩(wěn)定、井眼凈化、防卡潤滑等性能入手，形成了直井“三段制”、水平井“四段制”鉆井液技術(shù)模式。

直井：坂土漿體系 — 聚合物體系 — 聚磺體系

水平井：坂土漿體系 — 聚合物體系 — MEG體系 — 弱凝膠體系

（1）水平段應(yīng)用弱凝膠體系提升井眼凈化能力

弱凝膠主劑與常規(guī)提切劑以及其它弱凝膠劑對比實驗表明，主劑同時具有凝膠和提切劑的特點(diǎn)，成膠時間短。

通過評價低剪切速率粘度，弱凝膠主劑低剪粘度高，為常規(guī)提切劑HV-CMC的45倍，其攜砂懸砂能力強(qiáng)。

通過評價觸變性，靜止1小時以后的切力值也無較大變化，同時10s、10min的切力值也較為合理，有利于懸浮巖屑。

（2）井壁穩(wěn)定性能提升技術(shù)

相同加量條件下，弱凝膠輔劑頁巖回收率高于MMH和FA-367，說明弱凝膠輔劑抑制能力強(qiáng)于MMH和FA-367。

弱凝膠輔劑加量2%時，其YP∕PV值達(dá)0.75，有利于充分發(fā)揮鉆頭水眼水馬力的作用，提高機(jī)械鉆速，同時具有較強(qiáng)的封堵能力。

弱凝膠鉆井液體系現(xiàn)場應(yīng)用

弱凝膠鉆井液體系在蘆101H等8口井水平段得到成功應(yīng)用，均無復(fù)雜事故發(fā)生，有效滿足了水平井?dāng)y巖降阻要求。

動塑比靜切力Pa長m 0．47井號井深m水平段PH值I濾失m l塑性粘度cm3粘度S 8 6 mpa .s動切力Pa 1．2 5 1100 101 3．8 60H 371 1 9．0終切 1 1 26 13 0．50 H蘆102蘆4．4 875 352 2 376 8 1．3 0 1．3 2 90 AP 9．0 17 30密度g / 14 H馬691 100初切4．0 9．0 5 5 4 12 33 19 0．57

（3）事故復(fù)雜預(yù)防技術(shù)

※控制起下鉆速度，杜絕壓力激動造成井壁失穩(wěn)坍塌。

※定向段、水平段堅持短拉措施，并執(zhí)行“兩短一長”的短拉方案，井下有異常情況時，要立即循環(huán)進(jìn)行短拉，清除井筒的巖屑。

※易塌井段禁止定點(diǎn)循環(huán)，以免長時間沖刷造成井壁垮塌。

※水平井鉆進(jìn)或完鉆通井鉆具中采用球形穩(wěn)定器，球形穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)短小緊湊、鉆井阻力小，適用于水平井安全鉆進(jìn)。

※J2x鉆遇煤層，采用進(jìn)一退二，穩(wěn)扎穩(wěn)打，保證塌塊能及時破碎并帶出井筒。

※P2t易出現(xiàn)接單根頻繁遇阻卡、放不到底或泵壓不正常，遇到此情形須停止鉆進(jìn)，循環(huán)處理泥漿，若還不能恢復(fù)正常，起鉆簡化鉆具結(jié)構(gòu)通井。

※附加合適的泥漿密度平衡坍塌應(yīng)力。

（4）優(yōu)化后效果

通過井下復(fù)雜預(yù)防技術(shù)、弱凝膠鉆井液體系的應(yīng)用，大大降低了本區(qū)塊的復(fù)雜事故率，相比2010-2012年，復(fù)雜損失率降低65.34%，事故損失率降低92.81%。

4 優(yōu)化水平井完井措施，保證完井套管下入準(zhǔn)確到位

井眼準(zhǔn)備

★電測前通井鉆具組合：

Φ216mm3A+Φ159mmDC×2根+Φ127mm倒裝鉆桿串+Φ 127mm加重DP×30根+Φ127mmDP

★下套管前通井鉆具組合：

Φ216mm3A+Φ159mmDC×2根+210mm球扶+Φ127mm倒裝鉆桿串+Φ127mm加重DP×30根+Φ127mmDP

★下鉆至斜井段、水平段分段循環(huán)，排量由小到大，清除斜井段及水平段底部巖屑，返出巖屑量大則分段短拉。

★倒裝鉆具組合保證全部加重鉆桿在直井段。

完成水平井8口，平均水平段長727.14m，安全無事故，其中蘆101H井水平段長1100m，水平段鉆進(jìn)周期17天，完井套管下入精準(zhǔn)到位，創(chuàng)吐哈油田水平井鉆井及固井記錄。

5 現(xiàn)場應(yīng)用效果

（1）馬朗區(qū)塊安全快速鉆井技術(shù)應(yīng)用12口井，其中水平井8口；平均井深3066.17m，平均機(jī)速6.13m∕h，平均鉆井周期

47.29 天，復(fù)雜損失率0.61%（蘆3井井漏），事故損失率0.24%（馬61H井井壁取芯工具遇卡）。

（2）通過安全快速鉆井技術(shù)的應(yīng)用，各項技術(shù)指標(biāo)大幅提高，2014年完成井相比以前平均井深增加了14.61m，平均鉆井周期縮短了20.47天，平均機(jī)械鉆速提高2.58m∕h，提高幅度72.68%，平均月速提高589.66m∕臺月，提高幅度43.65%。

6 認(rèn)識與結(jié)論

（1）三塘湖致密油開發(fā)取得重大突破，P2t儲層加大開發(fā)力度，該層位事故復(fù)雜多，多發(fā)生井漏、井塌等復(fù)雜，影響生產(chǎn)進(jìn)度，今后將完善技術(shù)措施，加強(qiáng)該井段的事故復(fù)雜預(yù)防。

（2）加大鉆井液的科研力度，若凝膠體系的應(yīng)用成功證明了該鉆井液體系非常適應(yīng)本區(qū)塊的安全鉆進(jìn)。

（3）研究地層特性，拓展PDC鉆頭的使用空間，加大復(fù)合鉆進(jìn)力度，提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期。

（4）針對三塘湖水平多，施工工藝復(fù)雜的難題，加強(qiáng)水平段的安全鉆進(jìn)，制定一套行之有效的安全措施，并廣泛推廣。

[1]陳庭根、管志川，《鉆井工程理論與技術(shù)》，東營：石油大學(xué)出版社，2000：116.

[2]狄勤豐、沈雙平，《防斜打快技術(shù)的研究與發(fā)展》，自然雜志，2004,26（02）.

[3]蘇義腦，《油氣直井防斜打快技術(shù)——理論與實踐》，北京：石油工業(yè)出版社，2003：64.

表4 樣品重復(fù)性測量數(shù)據(jù)表

依據(jù)貝塞爾公式，10次重復(fù)測量釩電解液中磷含量的標(biāo)準(zhǔn)差，即標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

在實際操作中，每批樣品做三次平行測定后取結(jié)果平均值，故n=3，故磷的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

從而得到測量重復(fù)性的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

3.7 合成不確定度

合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

合成測量不確定度

3.8 計算擴(kuò)展不確定度

取包括因子k=2（置信概率近95%）

3.9 本次測量釩電解液中磷含量的最后結(jié)果

k=2，置信概率95%

3.10 結(jié)論

鉍磷鉬藍(lán)分光光度法測定全釩液流電池釩電解液中的磷含量，其測定結(jié)果為0.234mol∕L，擴(kuò)展不確定度為0.004mol∕L（k= 2）。

參考文獻(xiàn)：

[1]王曉麗，張宇，李穎，張華民.儲能科學(xué)與技術(shù),2015,4(5): 458～466

[2]崔艷華，孟凡明.電源技術(shù),2000,24(6):356～358

[3]譚寧，黃可龍，劉素琴.電源技術(shù),2004,28(12):775～778

李云志（1977-），鉆井工程師，2001年7月畢業(yè)于重慶石油高等?？茖W(xué)校，現(xiàn)從事石油鉆井定向工作。