辛小亮，李君，翟亞杰，付超勝 (中石油新疆油田分公司勘探事業(yè)部，新疆 克拉瑪依 834000)

曾東初 (長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100)

準(zhǔn)噶爾盆地瑪東斜坡區(qū)整體構(gòu)造為一西南傾的單斜，局部發(fā)育鼻狀構(gòu)造，儲(chǔ)層巖性主要為砂礫巖、中粗砂巖。礫石多呈次圓狀，分選性差，礫石成分較復(fù)雜[1]。隨著勘探開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械鉆速低，鉆井周期長，井下復(fù)雜事故時(shí)間長等原因，一直制約著瑪東斜坡區(qū)油氣開采的進(jìn)度。為了加快石油開采的速度，降低鉆井成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，國內(nèi)外專家學(xué)者對如何提高鉆井速度的技術(shù)方法做了大量的研究[2～5]。結(jié)合瑪東斜坡區(qū)鉆井地質(zhì)特點(diǎn)、工程難點(diǎn)以及鄰井實(shí)鉆情況等分析，摸索出了適合瑪東斜坡區(qū)鉆井提速配套技術(shù)。通過優(yōu)選高效的PDC鉆頭，優(yōu)選防漏堵漏鉆井液體系，改進(jìn)常規(guī)的扭力沖擊器，提出了適合該地區(qū)特殊的輔助提速工具——多維扭力沖擊器，使鉆進(jìn)速度更快，鉆井周期更短。

1 鉆井提速的難點(diǎn)分析

1.1 地層可鉆性差、易井漏

白堊系及以上部地層可鉆性較好，進(jìn)入克拉瑪依組地層由于巖性突變，含礫石層增多增厚，在鉆進(jìn)過程中容易使得鉆時(shí)變慢。但進(jìn)入侏羅系八道灣組砂礫巖對PDC鉆頭磨損較嚴(yán)重，在八道灣地層承壓能力低，夾層較多，有大段多段煤層出現(xiàn)，在鉆進(jìn)時(shí)容易出現(xiàn)井漏。

1.2 巖性復(fù)雜

白堿灘組地層含大段泥巖，容易吸水膨脹；三疊系百口泉組儲(chǔ)層巖性主要為砂礫巖、中粗砂巖。礫石多呈次圓狀，分選性差，礫石成分較復(fù)雜；黏土礦物主要由伊-蒙混層、綠泥石、高嶺石和伊利石組成。目的層可能具有一定的弱水敏和速敏。因此在鉆井過程中，會(huì)影響井壁的穩(wěn)定性。同時(shí)，該儲(chǔ)層砂礫巖發(fā)育，不利于PDC鉆頭鉆進(jìn)，機(jī)械鉆速低，PDC鉆頭選型困難。

1.3 壓力系統(tǒng)復(fù)雜

根據(jù)鉆井及測井等相關(guān)數(shù)據(jù)分析，瑪東斜坡區(qū)三疊系白堿灘組以上地層不存在壓力異常，從白堿灘組及以下地層普遍存在異常高壓，抗壓強(qiáng)度低，地層承壓能力低，在鉆進(jìn)過程中容易發(fā)生井漏。白堿灘組與下烏爾禾組壓力系數(shù)相差大，高密度泥漿易造成上部層段井漏。根據(jù)對地層的巖性、產(chǎn)狀等特征的分析，三疊系及以下地層易發(fā)生縮徑、垮塌。

2 鉆井提速配套技術(shù)

2.1 優(yōu)選高效PDC鉆頭

圖1 單只鉆頭進(jìn)尺和機(jī)械鉆速

圖2 瑪東斜坡區(qū)八道灣組機(jī)械鉆速對比

侏羅系八道灣組含礫石，可鉆性差，對PDC鉆頭損傷極大，進(jìn)入八道灣組后機(jī)械鉆速明顯變慢，一般的PDC鉆頭無法穿過礫石層。因此，在快速鉆進(jìn)過程中，針對如何提高機(jī)械鉆速，減少因鉆頭問題的起下鉆這一難題，實(shí)時(shí)分析現(xiàn)場情況，不斷進(jìn)行工藝參數(shù)的優(yōu)化。根據(jù)該地區(qū)單只鉆頭進(jìn)尺和機(jī)械鉆速(圖1) ，經(jīng)過優(yōu)選得到了適合八道灣組的高效PDC鉆頭SF56H3、SF55H3。通過測試，5刀翼19mm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；水眼的優(yōu)化布局，有利于鉆頭冷卻和巖屑排出。

通過優(yōu)選鉆頭，優(yōu)化參數(shù)，成功地使用高效PDC鉆頭鉆穿礫石層，大大節(jié)約了鉆頭成本，而且減少了起下鉆時(shí)間，縮短了鉆井周期。達(dá)14井使用高研磨性、強(qiáng)攻性、雙排齒的SF56DH3鉆頭，首次成功使用PDC鉆頭穿越八道灣組底礫巖。如圖2所示，利用優(yōu)選的高效PDC鉆頭，減少了提下鉆時(shí)間，提高了行程鉆速，在該地區(qū)使用效果明顯。達(dá)15井在八道灣組鉆進(jìn)的機(jī)械鉆速達(dá)到5.09m/h，較往年達(dá)13井提速70%，為該區(qū)塊最快，用56d打到完鉆井深，創(chuàng)區(qū)塊新指標(biāo)。

2.2 多維扭力沖擊器工具提速技術(shù)

在鉆進(jìn)過程中，PDC鉆頭主要是依靠鉆頭上的齒輪對巖石進(jìn)行剪切破壞。當(dāng)鉆遇到比較硬的地層時(shí)，PDC鉆頭容易出現(xiàn)憋壓卡停，導(dǎo)致不能繼續(xù)鉆進(jìn)，從而延長了鉆井周期[6～8]。利用多維扭力沖擊器并配合PDC鉆頭使用，能夠增加PDC鉆頭切削齒吃入地層深度和巖石的破碎速度,抑制或緩解PDC鉆頭在破巖過程中粘滑現(xiàn)象，延長鉆頭使用壽命，增加鉆頭進(jìn)尺，縮短鉆井周期[9]。圖3是多維扭力沖擊器的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置分別由自激振蕩器、射流加旋裝置以及沖擊傳遞桿等幾部分組成。其工作原理是由自激振蕩器和射流加旋裝置形成的旋轉(zhuǎn)脈沖射流，能夠產(chǎn)生有效的扭轉(zhuǎn)沖擊作用，同時(shí)與軸向脈沖射流產(chǎn)生的軸向沖擊聯(lián)合作用，達(dá)到多維沖擊的效果。其軸向沖擊力可以達(dá)到25～42kN，扭轉(zhuǎn)沖擊力可以達(dá)到1.2～2.7kN，沖擊頻率達(dá)到600Hz，可以在礫巖儲(chǔ)層中得到很好的利用，有效地提高了機(jī)械鉆速。

圖3 多維扭力沖擊器的結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 瑪東斜坡區(qū)二開單只鉆頭進(jìn)尺與平均機(jī)械鉆速對比圖

多維扭力沖擊器可以與普通PDC鉆頭配合使用，也可以和螺桿鉆具配合使用。利用多維扭力沖擊器提速工具配合PDC鉆頭鉆進(jìn)，可以減少鉆頭泥包，提高鉆頭的破巖效率，使得提速效果非常明顯。圖4是瑪東斜坡區(qū)二開單只鉆頭進(jìn)尺與平均機(jī)械鉆速對比圖，達(dá)15井在二開段采用多維扭力沖擊器提速工具+DBS鉆頭，提速效果顯著，平均機(jī)械鉆速最高達(dá)到11.3m/h。

表1列出瑪東斜坡區(qū)三開進(jìn)度相近井的鉆頭工具使用數(shù)據(jù)?，斨?井、達(dá)12井、達(dá)14井、達(dá)15井在三疊系白堿灘組(T3b)地層使用多維扭力沖擊器提速工具+DBS鉆頭，與達(dá)13井不用提速工具相比較，提速效果明顯?，斨?井、達(dá)12井、達(dá)15井進(jìn)入克拉瑪依上亞組(T2k2)段在使用多維扭沖工具后機(jī)械鉆速提高明顯，而達(dá)14井不使用多維扭力沖擊器，在進(jìn)入克拉瑪依上亞組(T2k2)、克拉瑪依下亞組(T2k1)段機(jī)械鉆速明顯較低。

2.3 鉆井液體系優(yōu)化

瑪東斜坡區(qū)是新疆油田重點(diǎn)勘探領(lǐng)域。通過對該地區(qū)已鉆井的施工情況分析，二開段容易發(fā)生井漏，施工中需要嚴(yán)格控制鉆井液密度，常規(guī)的鉆井液體系已不能滿足油田現(xiàn)場的施工要求。目前新疆油田主要采用抑制性較強(qiáng)的鉀鈣基聚磺鉆井液體系[10]，其鉆井液體系的主要配方為：4%膨潤土+0.2%Na2CO3+9%KCl+0.5%NaOH+0.8%降濾失劑 SP-8+0.7%復(fù)配銨鹽+0.8%包被劑FA-367+2%磺化酚醛樹脂SMP-1+1.5%褐煤樹脂SPNH+3%～5%磺化瀝青干粉(陽離子乳化瀝青)+1%低熒光潤滑劑+2%隨鉆堵漏劑+0.5%CaO+2%超微細(xì)碳酸鈣QCX-1+1%封堵劑WC-1+重晶石(配方中的百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。采用該鉆井液體系能夠更好地預(yù)防井漏，鉆進(jìn)中以SP-8、NPAN降低鉆井液濾失量，包被劑PMHA-2配合KCl、CaO提高鉆井液的包被抑制能力，陽離子乳化瀝青、SMP-1、SPNH改善鉆井液泥餅質(zhì)量，低熒光潤滑劑提高鉆井液的潤滑能力。一方面加足KCl，保持合理的Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)，提高鉆井液抑制性，減弱巖層的水化分散；另一方面使用大、中分子聚合物復(fù)配抗高溫樹脂類材料，嚴(yán)格控制鉆井液高溫高壓濾失量，同時(shí)加入乳化瀝青、超細(xì)碳酸鈣及其他封堵材料，強(qiáng)化防塌性能。表2是瑪東斜坡區(qū)4口井鉆井液的性能參數(shù)。通過對該4口井鉆井液性能參數(shù)的分析，鉆井液各項(xiàng)性能均能滿足井下需要，井眼穩(wěn)定，無事故復(fù)雜，為安全快速鉆井提供了良好的保障。

表1 三開T3b、T2k2、T2k1地層鉆頭工具使用數(shù)據(jù)表

表2 瑪東斜坡區(qū)幾口井鉆井液性能參數(shù)

3 現(xiàn)場應(yīng)用

表3 瑪東斜坡區(qū)主要鉆井指標(biāo)對比

根據(jù)瑪東斜坡區(qū)地質(zhì)條件和鉆井特點(diǎn)，通過優(yōu)選個(gè)性化鉆頭，改進(jìn)鉆井液體系配方，使用輔助提速工具等技術(shù)措施的實(shí)施，自進(jìn)行瑪東斜坡區(qū)鉆井提速攻關(guān)以來，瑪東斜坡區(qū)共有16口井應(yīng)用了提速配套技術(shù)，各井的技術(shù)指標(biāo)均大幅度提高，平均工期較設(shè)計(jì)提前10d，比鄰井工期提前了34d；平均機(jī)械鉆速由原來的4.02m/h提高到5.92m/h，提高了48%。該區(qū)塊已經(jīng)摸索出了一套具有較強(qiáng)適用性的鉆頭序列，初步形成了瑪東斜坡區(qū)配套的鉆井提速技術(shù)。表3是準(zhǔn)噶爾盆地瑪東斜坡區(qū)近3年主要鉆井指標(biāo)的對比。通過對比分析可以看出，鉆井周期、機(jī)械鉆速等鉆井技術(shù)指標(biāo)都優(yōu)于攻關(guān)前，提速效果較為顯著。

4 結(jié)論

1)通過對工藝參數(shù)的不斷優(yōu)化，優(yōu)選個(gè)性化的鉆頭，首次成功使用高效PDC鉆頭穿越八道灣組底礫巖。達(dá)15井八道灣組鉆進(jìn)機(jī)械鉆速達(dá)到5.09m/h，全井使用鉆頭6只，全井PDC鉆頭占有率達(dá)60%。

2)采用抑制性較強(qiáng)的鉀鈣基聚磺鉆井液體系在瑪東斜坡區(qū)的應(yīng)用，通過控制鉆井液的密度、濾失量、pH值等，使其具有良好的攜帶巖屑、支撐井壁的作用，實(shí)現(xiàn)了安全快速的鉆井，能更好地預(yù)防井漏，有效地保護(hù)了油氣層，從而保證安全鉆進(jìn)。

3)瑪東斜坡區(qū)采用多維扭沖+PDC鉆頭，在三疊系提速效果明顯，其中達(dá)15井在采用提速工具后機(jī)械鉆速達(dá)到5.28m/h。

4)瑪東斜坡區(qū)共有16口井應(yīng)用了提速配套技術(shù)，各井的技術(shù)指標(biāo)均大幅提高，平均工期較設(shè)計(jì)提前10d，比鄰井工期提前了34d；機(jī)械鉆速由鄰井的4.02m/h提高到5.92m/h。通過對現(xiàn)場提速工藝技術(shù)的研究，初步形成了適應(yīng)瑪東地區(qū)配套的鉆井提速技術(shù)。

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