劉仕銀，孫 榮，毛 鑫

（1.中石化西北油田分公司石油工程監(jiān)督中心，新疆輪臺(tái)841600；2.中石化東北油田分公司石油工程技術(shù)研究院，吉林長(zhǎng)春130062）

1 區(qū)域地質(zhì)概況

順北油田位于沙漠腹地順托果勒低隆的北部，緊鄰塔指躍滿(mǎn)區(qū)塊。該地區(qū)地層發(fā)育較齊全，自上而下發(fā)育新生界第四系、新近系、古近系、中生界白堊系、侏羅系、三疊系、古生界二疊系、石炭系下統(tǒng)卡拉沙依組、巴楚組、泥盆系上統(tǒng)東河塘組、志留系下統(tǒng)塔塔埃爾塔格組、下統(tǒng)柯坪塔格組，奧陶系地層發(fā)育齊全。三疊系地層砂泥巖護(hù)層頻繁，泥巖容易吸水膨脹、剝落掉塊，二疊系地層脆硬，裂縫縱向發(fā)育，易井漏、掉塊；桑塔木組存在火成巖侵入體，且地層坍塌壓力較高，易垮塌；奧陶系地層裂縫發(fā)育，地層壓力低易漏失，且高含硫化氫[1]。

2 工程施工難點(diǎn)

2.1 二疊系漏失風(fēng)險(xiǎn)高、可鉆性較差

（1）二疊系為火成巖地層，孔隙壓力為1.10～1.20g/cm3，層厚約500m（見(jiàn)表1）漏點(diǎn)多，鉆進(jìn)中漏失風(fēng)險(xiǎn)較高。巨大的漏失量表現(xiàn)為裂縫性漏失，從憋鉆現(xiàn)象和同時(shí)發(fā)生漏失判斷漏層可能為縱向裂縫[2]。

（2）火成巖井段地層抗壓強(qiáng)度在5000～20000psi，可鉆性差，且地層含有礫巖，普通PDC鉆頭損壞很快，機(jī)械鉆速受到極大限制。

表1 二疊系實(shí)鉆地層情況表

2.2 志留系易水化剝落垮塌、含石英砂巖研磨性強(qiáng)

（1）工區(qū)志留系大幅度的聲波時(shí)差變化伴隨著較大的地層自然伽馬值和較低的地層密度，符合易垮塌井段的主要地球物理特性。巖石礦物組分分析顯示該地層以石英、方解石和粘土礦物為主要膠結(jié)物質(zhì)，同時(shí)高嶺石發(fā)育，以片狀、粒狀存在，表面存在微裂縫，膠結(jié)狀態(tài)存在剝落垮塌趨勢(shì)。

（2）志留系柯坪塔格組中的砂礫巖成分以石英為主，研磨性強(qiáng)，研磨性6～7級(jí)，泥巖地層以硬脆性泥巖為主，砂泥巖互層頻繁，致使地層軟硬交錯(cuò)變化大，憋、跳鉆嚴(yán)重。

2.3 桑塔木組侵入體發(fā)育、存在垮塌漏失風(fēng)險(xiǎn)

奧陶系桑塔木組地層中部發(fā)育火成巖侵入體（部分發(fā)育輝綠巖），侵入體的坍塌應(yīng)力高，物理支撐不足容易發(fā)生垮塌，過(guò)物理支撐可能發(fā)生漏失。侵入體巖石以輝綠巖和蝕變凝灰?guī)r為主，輝綠巖密度大（3.02g/cm3）、硬度高（7級(jí)以上），研磨性超強(qiáng)，不容易發(fā)生水化但存在微裂縫，鉆井液濾液會(huì)沿微裂縫滲流運(yùn)移，導(dǎo)致井壁剝落、坍塌，鉆井液浸泡時(shí)間越長(zhǎng)越容易產(chǎn)生周期性垮塌的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 深井小井眼定向工藝難度大

定向施工存在井深、井溫高、井眼尺寸小、短半徑造斜率高等特點(diǎn)，井眼尺寸為120.6mm且井底循環(huán)溫度在150℃左右，對(duì)工具儀器的安全可靠性要求高，造斜率22°～25°/30m，面臨工具面控制不穩(wěn)、軌跡控制難度大、鉆具極易發(fā)生疲勞破壞，因此定向鉆頭選型需要探索，技術(shù)措施需要優(yōu)化。

3 鉆井提速關(guān)鍵技術(shù)

3.1 二疊系快速鉆穿火成巖技術(shù)

由于二疊系地層的不均質(zhì)性，鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭會(huì)出現(xiàn)短暫的停頓（如圖1中B所示），但上部鉆具仍在旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生彎曲（如圖1中C所示），當(dāng)鉆具彎曲至一定程度，鉆頭成功破碎地層，瞬間扭矩釋放，產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)（如圖1中D所示），鉆速的不均勻?qū)е裸@頭極易過(guò)早損壞。若能在鉆頭上增加一個(gè)額外的旋轉(zhuǎn)方向的均勻穩(wěn)定的高頻沖擊力，就能大幅度提高剪切效率，從而避免“粘滑現(xiàn)象”的出現(xiàn)，最大限度保護(hù)鉆頭。

圖1 高頻沖擊器破巖效果對(duì)比圖

高頻沖擊器+阿特拉PDC鉆井工藝。高頻沖擊器是將鉆井液的流體能量在鉆頭上同時(shí)轉(zhuǎn)換成周向和徑向上的高頻沖擊力，沖擊、剪切破碎巖石，提高剪切效率，消除鉆頭運(yùn)動(dòng)時(shí)可能出現(xiàn)的一種或多種有害振動(dòng)，消除粘滑現(xiàn)象，提高機(jī)械鉆速、延長(zhǎng)鉆頭使用壽命[3]。同時(shí)阿特拉鉆頭“渦輪狀”獨(dú)特材料配比的切削齒，用特殊獨(dú)有的金剛石合成方法加以制造，并通過(guò)混合金剛石顆粒大小來(lái)優(yōu)化抗研磨性與抗沖擊性能，具有很好的抗磨損的切削齒。

3.2 二疊系隨鉆鉆井技術(shù)

（1）為防止液柱壓漏地層，密度控制在1.23～1.25g/cm3，鉆進(jìn)排量控制在25～28L/s，作業(yè)期間維持鉆井液性能穩(wěn)定，保持粘度48～52s，PV20～23mPa·s，YP4～6Pa，補(bǔ)充1.5%的SFT-100防塌劑，加入1%QS-1+1%SQD-98（細(xì)）+1%PB-1，發(fā)現(xiàn)滲漏情況及時(shí)補(bǔ)充SFT-100+DF-1+SQD-98（細(xì)）+竹纖維+PSD，提高隨鉆封堵能力。

（2）鉆遇漏點(diǎn)（漏速＞5m3/h），可注入40～50m3濃度為8%～12%的隨鉆堵漏漿強(qiáng)行鉆進(jìn)，若鉆遇多個(gè)漏點(diǎn)采取堵漏漿鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行施工，快速鉆穿地層。隨鉆堵漏漿配方（8%～12%）：井漿+2%核桃殼（中粗）+1%核桃殼（細(xì)）+2%SQD-98+1.5%CXD+2%云母（中粗）+2%云母（細(xì)）+2.5%石灰石粉+1%SMPB-1，使用20目篩布過(guò)篩。

（3）起鉆前在二疊系井段打入封閉堵漏漿，配方：井漿+0.5%GQJ-5+0.5%細(xì)云母+1.0%SQD-98+1.0%SMPB-1+2.5%石灰石粉+2%聚磺防塌劑SPT-2+0.5%乳化瀝青FF-Ⅲ+3%磺化處理劑+加重劑。

（4）隨鉆堵漏漿維護(hù)。采用燒堿調(diào)整鉆井液pH值≥10，使用隨鉆堵漏漿每鉆進(jìn)2～3d，清除膨脹、發(fā)酵的堵漏材料，及時(shí)補(bǔ)充隨鉆堵漏劑；加入足量的潤(rùn)滑劑及1%～2%固體石墨粉增強(qiáng)鉆井液潤(rùn)滑性。

3.3 侵入體安全鉆進(jìn)技術(shù)

（1）在進(jìn)侵入體前，簡(jiǎn)化鉆具組合，選擇抗研磨性較強(qiáng)的牙輪鉆頭，在鉆穿后使用常規(guī)PDC+162mm扶正器及隨鉆震擊器鉆進(jìn)，弱化鉆井參數(shù)控制井斜。

（2）鉆井液密度選擇在1.80～1.82g/cm3開(kāi)鉆，進(jìn)入侵入體前加2%～3%的抗溫材料+2%瀝青類(lèi)+2%QS-2，粘度在55～70s之間，鉆井液動(dòng)塑比大于0.3，保證良好的攜巖能力，靜切力控制在4/10以上，保持良好的懸浮能力。鉆進(jìn)過(guò)程中間斷配稠漿洗井帶出輝綠巖掉塊。

3.4 深井小井眼定向技術(shù)

3.4.1 鉆頭選型優(yōu)化

考慮牙輪鉆頭使用時(shí)間短、存在易掉牙輪的風(fēng)險(xiǎn)，故考慮PDC鉆頭。結(jié)合塔河油田同種尺寸小井眼側(cè)鉆水平井的經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)選百斯特生產(chǎn)的M0864鉆頭，工具面較為穩(wěn)定，純鉆時(shí)間長(zhǎng)。

3.4.2 螺桿及定向儀器選型

依據(jù)TH12518CH和TH10246CH井95mm螺桿使用經(jīng)驗(yàn)，確定2°～2.5°螺桿單彎螺桿滿(mǎn)足定向段施工，1.25°～1.5°滿(mǎn)足水平段施工。結(jié)合工區(qū)備貨情況，采用美國(guó)APS公司或SLIMPULSE抗175℃高溫MWD隨鉆測(cè)量?jī)x器。鉆進(jìn)中堅(jiān)持每趟鉆更換MWD電池和脈沖發(fā)生器，根據(jù)螺桿廠家推薦的時(shí)間控制95mm螺桿使用時(shí)間。見(jiàn)表2。3.4.3 鉆具組合及方案優(yōu)化

表2 小井眼高溫儀器參數(shù)表

（1）采用柔性倒裝鉆具組合，選用88.9mm加重鉆桿、101.6mm（加重）鉆桿在88.9mm小節(jié)箍鉆桿上部給鉆頭有效傳遞鉆壓，其中101.6mm鉆桿為高抗扭抗拉非標(biāo)鉆具，施工極限深度達(dá)8100m；88.9mm和101.6mm非標(biāo)小接箍鉆桿均為雙臺(tái)階密封扣型[4]。

（2）使用2.5°或2.25°螺桿（抗溫150℃）造斜；使用1.75°～2.0°螺桿（抗溫180℃）增斜，水平段使用1.25°～1.5°螺桿（抗溫180℃）復(fù)合鉆進(jìn)，根據(jù)測(cè)斜情況及時(shí)定向微調(diào)。

（3）在定向設(shè)計(jì)的連續(xù)增斜單圓弧剖面基礎(chǔ)上，對(duì)局部造斜率進(jìn)行優(yōu)化，來(lái)避免起步造斜率與穩(wěn)定造斜率不匹配的情況。斜井段做好待鉆井眼軌跡的預(yù)測(cè)，及時(shí)根據(jù)修正的設(shè)計(jì)軌道數(shù)據(jù)選擇合適的彎殼體馬達(dá)。

（4）下鉆至出139.7mm套管后50～100m循環(huán)鉆井液，進(jìn)行MWD儀器測(cè)試，鉆頭進(jìn)入139.7mm套管后嚴(yán)禁長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)泵測(cè)試儀器；在安全鉆井情況下適當(dāng)提高排量，增強(qiáng)脈沖信號(hào)。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

4.1 巨厚火成巖提速效果明顯

4口新四級(jí)在二疊系巨厚火成巖井段采用了高頻沖擊器與阿特拉鉆頭組合來(lái)提高機(jī)械鉆速，均獲得了理想的提速效果。SHB 1-4H機(jī)械鉆速最低，僅為2.41m/h。其它3口井（SHB 1-2H、SHB 1-3、SHB 1-4H）在火成巖井段的平均機(jī)械鉆速為4.13m/h，相對(duì)于鄰井SHB 1、SHB1-1H分別提高111.11%、78.50%（見(jiàn)表3）。

4.2 防漏失效果顯著

表3 二疊系火成巖機(jī)械鉆速統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)新材料應(yīng)用及堵漏漿鉆進(jìn)技術(shù)，從單井漏失次數(shù)、漏失量及處理時(shí)間上均得到較大控制，其中順北1-5H、順北1-6H井鉆進(jìn)過(guò)程中二開(kāi)無(wú)漏失。5口新四級(jí)累計(jì)漏失量1371.21m3，損失時(shí)間301h，平均單井漏失量274.24m3，損失時(shí)間60.2h，較順北1-1H井有明顯改善（見(jiàn)表4）。

4.3 侵入體實(shí)現(xiàn)安全鉆進(jìn)

新四級(jí)5口井鉆遇火成巖侵入體，厚度均為32m，順北1-3和順北1-6H兩口井鉆遇輝綠巖。順北1-6H井使用DM554H及HF617GH鉆頭鉆穿輝綠巖，該段輝綠巖井徑擴(kuò)大率20%左右，凝灰?guī)r井徑擴(kuò)大率2%～4%。順北1-3井使用PDC（U713M）+扭力沖擊器，進(jìn)尺15m，機(jī)械鉆速達(dá)2.24m/h，段工具后使用史密斯牙輪鉆頭（XR50YODPS）鉆穿侵入體，進(jìn)尺29m，機(jī)械鉆速0.63m/h。

表4 二疊系漏失情況對(duì)比表

4.4 小井眼定向安全成井

順北1-6H井四開(kāi)進(jìn)尺499.07m，機(jī)械鉆速3.12m/h，比設(shè)計(jì)提高65.96%；實(shí)際定向施工周期23.41d，較設(shè)計(jì)周期縮短率為36.73%。區(qū)塊5口超深短半徑水平井均順利成井（見(jiàn)表5）。其中順北1-4 H井完鉆斜深8049.5m,順北1-5H完鉆垂深7576m,創(chuàng)國(guó)內(nèi)定向井斜深和垂深記錄。

表5 四開(kāi)井段時(shí)效分析表

5 結(jié)論和建議

（1）對(duì)順北二疊系多漏層、縱向裂縫發(fā)育漏層等，推廣應(yīng)用全井筒堵漏漿鉆進(jìn)工藝，降低二疊系漏失情況、節(jié)約周期；阿特拉扭力沖擊器與鉆頭的組合提速工具有利于勘探開(kāi)發(fā)的提速提效，可在順北裸眼井推廣。

（2）三開(kāi)165mm井眼使用120mm鉆鋌，剛性偏弱，建議優(yōu)化使用127mm鉆鋌，同時(shí)在易斜井段鉆具組合中采用隨鉆測(cè)量方式監(jiān)控井斜。

（3）深井短半徑小井眼定向工作應(yīng)重視工具和儀器的匹配性，確保儀器工作正常，同時(shí)及時(shí)根據(jù)地層巖性變化做好待鉆井眼軌跡預(yù)測(cè)。

（4）含火成巖侵入體開(kāi)次機(jī)械鉆速慢，考慮通過(guò)分析侵入體理化性能和井壁穩(wěn)定性，開(kāi)展鉆井液性能優(yōu)化保障井眼穩(wěn)定，同時(shí)應(yīng)用新型提速工藝達(dá)到提速目的。

[1] 閆光慶，張金成.中石化超深井鉆井技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展建議[J].石油鉆探技術(shù)，2013，41（2）：1-6.

[2] 楊金龍.塔河地區(qū)二疊系火山巖地層儲(chǔ)集層特征[J].石油勘探與開(kāi)發(fā).2004,31（4）：44-47.

[3] 侯子旭，賈曉斌.玉北地區(qū)深部地層扭力沖擊器提速工藝[J].石油鉆采工藝，2013，35（5）：132-136.

[4] 李雙貴，崔詳.非標(biāo)大水眼高強(qiáng)度鉆桿水力破巖技術(shù)[J].斷塊油氣藏，2013，20（3）：370-372.