李 君 辛小亮 付超勝 翟亞杰

（中國(guó)石油新疆油田公司勘探事業(yè)部，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引言

克拉美麗氣田位于準(zhǔn)噶爾盆地腹部陸梁隆起東南部的滴南凸起西端，是新疆油田公司發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)大型氣田。該氣田分為4個(gè)氣藏，目的層為石炭系火山巖，其中滴南凸起東抵克拉美麗山前，西連石西凸起，南臨東道海子凹陷，北接滴水泉凹陷。因此從區(qū)域構(gòu)造位置上看，克拉美麗氣田的地形優(yōu)勢(shì)非常明顯。隨著地質(zhì)認(rèn)識(shí)的加深、地震資料的進(jìn)步，在滴南凸起南帶勘探取得顯著成果。但目前階段，克拉美麗氣田滴南地區(qū)的實(shí)際鉆井速度比較慢，事故復(fù)雜率比較高，導(dǎo)致鉆井周期長(zhǎng)、鉆井成本高，嚴(yán)重制約著該地區(qū)的開發(fā)進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鉆井情況，綜合應(yīng)用優(yōu)快鉆井技術(shù)［1-4］，可以顯著地提高鉆井效率，縮短鉆井周期，加快區(qū)域勘探的步伐。

1 鉆井難點(diǎn)分析

1）滴南地區(qū)地層軟硬變化比較復(fù)雜，地層具有較強(qiáng)的研磨性，容易造成井下事故的發(fā)生。該地區(qū)的地層壓力系統(tǒng)比較復(fù)雜，壓力系數(shù)變化快，壓力系數(shù)為1.2～1.6。

2）克拉美麗氣田上層分布泥巖、安山巖以及凝灰?guī)r，鉆進(jìn)時(shí)容易出現(xiàn)地層的縮徑和漏失。下層石炭系主要以花崗巖為主，巖石的可鉆性差，導(dǎo)致鉆進(jìn)速度較慢。

3）侏羅系主要是以泥巖和砂巖為主，地層承壓能力低，易發(fā)生漏失，鉆井過程中泥巖縮徑比較嚴(yán)重，砂巖容易吸水，形成比較厚的泥餅；三疊系泥巖夾層多且容易造成卡鉆，同時(shí)發(fā)育大套泥巖，巖石壓實(shí)作用較好，但可鉆性差，導(dǎo)致鉆井速度慢。石炭系巖性以火山巖為主，裂縫較為發(fā)育，地層易漏［5］。

目前克拉美麗氣田滴南地區(qū)的鉆井平均機(jī)械鉆速慢，鉆井周期長(zhǎng)，開發(fā)成本高，嚴(yán)重影響開發(fā)的速度和效益。

2 優(yōu)快鉆井技術(shù)

2.1 優(yōu)選個(gè)性化PDC鉆頭

通過對(duì)克拉美麗氣田周緣鄰井資料的分析，可以看出該區(qū)域整體所鉆井的機(jī)械鉆速不高［6］。為了加快鉆井進(jìn)程，提高鉆井效率，各油田普遍采用PDC鉆頭進(jìn)行鉆井。PDC鉆頭具有很高的硬度和耐磨性，能夠在低鉆壓、高轉(zhuǎn)速下取得高鉆速和高進(jìn)尺［7］。如表1所示是滴南地區(qū)5口井的鉆井時(shí)效統(tǒng)計(jì)表，從表1中可以看出，全井平均機(jī)械鉆速在4 m／h左右，平均工期在100 d左右，而PDC鉆頭占有率平均不到50%。針對(duì)機(jī)械鉆速不高的問題，根據(jù)不同層段的地層巖性特征優(yōu)選個(gè)性化PDC鉆頭在石炭系開展提速試驗(yàn)，大膽嘗試PDC鉆頭在石炭系的使用。

該地區(qū)上部白堊系、侏羅系地層可鉆性高，為了加快鉆井的速度可以采用個(gè)性化PDC鉆頭，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)兩趟鉆。結(jié)合上部地層巖層巖石特性選用窄刀翼大排泄槽，提高鉆頭防泥包能力；針對(duì)礫石夾層，選用優(yōu)質(zhì)H3復(fù)合片，提高鉆頭抗沖擊性，為提高機(jī)械鉆速，選用五刀翼19 mm齒提高鉆頭攻擊性；最終確定選用DBS鉆頭SF55H3。SF55H3鉆頭的設(shè)計(jì)特點(diǎn)為：① 5刀翼16 mm主切削齒，H3系列切削齒，具有優(yōu)異的抗沖擊性和抗研磨性；② 鋼體鉆頭，中密度布齒，攻擊性較強(qiáng)；③ 大刀翼大排屑槽設(shè)計(jì)、三主刀翼兩副刀翼設(shè)計(jì)；④ 低螺旋度刀翼，長(zhǎng)保徑設(shè)計(jì)；⑤ 水眼優(yōu)化布局，利于鉆頭冷卻和巖屑排出；⑥ A-B涂層防泥包設(shè)計(jì)。

通過優(yōu)選個(gè)性化PDC鉆頭，第二次開鉆成功實(shí)現(xiàn)兩趟鉆，二開段機(jī)械鉆速提高50%，單趟鉆進(jìn)尺提高1.5倍，二開段工期節(jié)約15 d。如圖1所示是克拉美麗氣田二開段單趟進(jìn)尺對(duì)比圖，DT1井和M6井利用優(yōu)選的鉆頭，單趟進(jìn)尺明顯高于DX241井和DX26井，鉆井速度得到顯著提高。

表1 滴南地區(qū)鉆井時(shí)效統(tǒng)計(jì)表

圖1 克拉美麗氣田二開段單趟進(jìn)尺對(duì)比圖

2.2 多維扭力沖擊器提速技術(shù)應(yīng)用

該地區(qū)二疊系、三疊系大段泥巖或砂泥巖互層，可鉆性差。從鄰井資料來看，機(jī)械鉆速普遍偏低。針對(duì)這一現(xiàn)狀，在M6井、M5井和DQ1井成功應(yīng)用多維扭力沖擊器提速工具（3DXC），取得明顯效果。3DXC通過軸向脈沖射流給鉆頭施加軸向沖擊力，通過旋轉(zhuǎn)脈沖射流給鉆頭施加圓周方向沖擊力（扭轉(zhuǎn)沖擊），從而提高鉆頭破巖效率，抑制鉆頭粘滑振動(dòng)，延長(zhǎng)底部鉆具的壽命。通過3DXC＋PDC鉆頭提速措施的應(yīng)用，二疊系、三疊系的鉆井機(jī)械鉆速大幅度提升，大大縮短了各井的施工周期。如圖2是克拉美麗氣田各井二疊系、三疊系鉆井機(jī)械鉆速對(duì)比圖，從圖2中可以看出，將多維扭力沖擊器提速工具結(jié)合PDC鉆頭運(yùn)用于M6井、DQ1井和M5井，機(jī)械鉆速得到了明顯提高。

圖2 克拉美麗氣田各井二疊系、三疊系鉆井機(jī)械鉆速對(duì)比圖

石炭系地層巖性為火山巖，裂縫較發(fā)育，地層易漏。根據(jù)鄰井實(shí)鉆資料的分析，石炭系鉆井機(jī)械鉆速普遍偏低，尤其石炭系進(jìn)尺較多時(shí)，鉆井機(jī)械鉆速進(jìn)一步降低。在首輪實(shí)施的DT1井，通過在石炭系中上部采用提速工具＋PDC鉆頭提速，平均機(jī)械鉆速達(dá)到4.4 m／h。在后續(xù)實(shí)施井中，石炭系中上部采用提速工具＋PDC鉆頭或采用PDC鉆頭提速，中下部采用長(zhǎng)壽命高效牙輪，提高行程鉆速。如表2所示是滴南地區(qū)石炭系鉆井機(jī)械鉆速和鉆頭選型對(duì)比表，通過表2可以看出，石炭系中上部提速效果顯著，2015年鄰井平均機(jī)械鉆速為1.96 m／h，2016年實(shí)施井平均機(jī)械鉆速為3.23 m／h，提速65%；2015年中部下部鄰井平均機(jī)械鉆速為0.91 m／h，2016年實(shí)施井平均機(jī)械鉆速為1.2 m／h，提速24%，提速效果顯著。

表2 滴南地區(qū)石炭系鉆井機(jī)械鉆速和鉆頭選型對(duì)比表

2.3 優(yōu)化防漏堵漏技術(shù)

本地區(qū)石炭系地層壓力系數(shù)低、火成巖厚度大，裂縫發(fā)育，極易發(fā)生井漏。如表3所示是克拉美麗氣田山前石炭系井漏統(tǒng)計(jì)情況。從表3中可以看出，該地區(qū)鉆井液的漏失量是比較大的，必須采取相應(yīng)的防漏堵漏技術(shù)來降低井下漏失風(fēng)險(xiǎn)。鉆井液配方為：4%坂土＋0.2%Na2CO3＋0.3%KOH＋0.8%JT888（SP-8、MAN101）＋ 0.8%PMHA-2（MAN104、FA367）＋0.7%復(fù)配銨鹽＋2%SMP-1（粉）＋1.5%SPNH＋1%低熒光潤(rùn)滑劑＋3%～5%磺化瀝青粉（陽(yáng)離子乳化瀝青）＋2%TP-2（JCM-12、TP-6、YLXD、BAM-2、YB-1、GDJ-IV）＋1%ZL＋2%QCX-1＋重晶石。鉆進(jìn)中K+濃度控制在大于25 000 mg／L，Ca2+濃度控制在300～600 mg／L。CaO的補(bǔ)充采取逐步增多的方式，初次加入量控制在0.2%以內(nèi)，最大加量不超過0.5%。在鉆井液中加入隨鉆堵漏劑（TP-2、JCM-12、TP-6、YLXD、BAM-2、YB-1、GDJ-IV）顆?；蚶w維2%～3%、膠凝劑（如1%ZL或0.5%APSORB-1、ZND）、凝膠纖維劑等，提高鉆井液的防滲漏性，對(duì)地層的微孔、裂縫進(jìn)行先期封堵。

表3 克拉美麗氣田山前石炭系井漏統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)以往隨鉆堵漏的經(jīng)驗(yàn)［8］，在鉆井液中隨鉆加入締合型變形活塞凝膠堵漏劑APSORB-1防漏效果明顯。根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究評(píng)價(jià)結(jié)果表明，在鉆井液中加入4%的YB-1或在其他防漏、堵漏措施中配合加入YB-1都可明顯縮短提高地層承壓能力所需的時(shí)間。鉆井中一旦發(fā)生井漏，應(yīng)根據(jù)漏失情況和漏失特點(diǎn)，采用不同比例和不同濃度的橋堵漿對(duì)漏層進(jìn)行及時(shí)、有效的橋塞封堵。

根據(jù)鉆井液漏失速度可采取相應(yīng)的技術(shù)措施，當(dāng)漏失速度小于等于5 m3／h時(shí)，采取起鉆靜止堵漏；高坂含坂土漿＋3%～5%綜合堵漏劑。當(dāng)漏失速度大于5 m3／h且小于15 m3／h時(shí)，使用10%～12%堵漏劑（綜合堵漏劑、核桃殼、云母、鋸末等），若一次不成功，視堵漏效果可調(diào)整配方反復(fù)堵1～2次。當(dāng)漏失速度大于等于15 m3／h且小于等于25 m3／h時(shí)，使用10%～15%堵漏劑（綜合堵漏劑、核桃殼、DF-1、云母、鋸末等），若一次不成功，視堵漏效果可調(diào)整配方反復(fù)堵1～2次。當(dāng)完全性漏失時(shí)，使用0～15%濃度的橋漿堵漏，其堵漏劑為2%綜堵＋2%～3%核桃殼（3～5 mm）＋6%～10%KZ系列的橋漿堵漏，成功后進(jìn)行承壓（原則上要有5～10 m3堵漏鉆井液擠入地層）。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

在對(duì)地層壓力、巖石可鉆性以及巖石力學(xué)特性進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，對(duì)克拉美麗氣田滴南地區(qū)鉆頭防漏堵漏技術(shù)進(jìn)行了不斷的改進(jìn)和優(yōu)化。通過不斷優(yōu)化鉆井配套技術(shù)，優(yōu)選出適用的個(gè)性化PDC鉆頭，采用了特殊的提速輔助工具多維扭力沖擊器配合PDC鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，提速效果明顯?？死利悮馓锝鼉赡旮骶┕?duì)比見圖3，從圖3中可以看出，對(duì)比2015年實(shí)施的DX1井、DX17井、DX26井以及DX241井的幾口井，2016年通過優(yōu)快鉆井技術(shù)在該地區(qū)M6井的應(yīng)用，使得鉆井周期大大縮短，節(jié)約了鉆井成本。2015-2016年克拉美麗氣田滴南地區(qū)所鉆井的綜合效果對(duì)比見表4。從表4中可以看出，較2015年，2016年克拉美麗氣田滴南地區(qū)所鉆井的完鉆周期縮短、平均機(jī)械鉆速大幅提升，其中M6井由開鉆至完鉆僅用了45 d，平均機(jī)械鉆速達(dá)9.05 m／h，較往年提速72%，取得了本區(qū)塊的新突破。

圖3 克拉美麗氣田各井施工對(duì)比圖

表4 克拉美麗氣田鉆井綜合效果對(duì)比表

通過合理選用鉆頭，三牙輪與PDC鉆頭優(yōu)化搭配，DT1井使用單只鉆頭的進(jìn)尺達(dá)2 176 m，機(jī)械鉆速為12.57 m／h，順利穿過三工河組多套含礫砂巖和八道灣組砂礫巖層，第二次開鉆工期較鄰井有了明顯的縮短，較設(shè)計(jì)提前13 d完鉆。石炭系使用單只鉆頭的進(jìn)尺均在300 m以上，機(jī)械鉆速達(dá)4.4 m／h，較鄰井使用三牙輪鉆頭機(jī)械鉆速得到了很大提高，為本區(qū)塊石炭系使用PDC鉆頭鉆井提速起到了良好的示范效果。

4 結(jié)論

1）通過對(duì)克拉美麗氣田滴南地區(qū)地層的巖性、地層壓力以及可鉆性等鉆井工程因素的綜合分析，優(yōu)選出個(gè)性化PDC鉆頭，采用特殊的輔助提速工具多維扭力沖擊器以及優(yōu)選防漏堵漏技術(shù)，使得該地區(qū)鉆井提速效果明顯。

2）將克拉美麗氣田該地區(qū)2016年與2015年所鉆的井進(jìn)行了對(duì)比，通過對(duì)鉆井綜合效果的對(duì)比，采用新的技術(shù)方法和特殊提速輔助工具多維扭力沖擊器后，可以看出攻關(guān)前后鉆井提速效果顯著，逐步形成了適用于克拉美麗氣田滴南地區(qū)的鉆井提速技術(shù)方法。

3）綜合應(yīng)用優(yōu)快鉆井技術(shù)，克拉美麗氣田滴南地區(qū)鉆井提速效果明顯，加快了新疆油田滴南地區(qū)勘探開發(fā)的步伐。

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