鎮(zhèn)涇油田“優(yōu)快鉆井”的現(xiàn)狀與潛力

孫藝偉

(中國石化華北石油局國際工程公司，河南鄭州 450006)

鎮(zhèn)涇油田“優(yōu)快鉆井”的現(xiàn)狀與潛力

孫藝偉

(中國石化華北石油局國際工程公司，河南鄭州 450006)

結(jié)合鎮(zhèn)涇油田鉆井現(xiàn)狀，系統(tǒng)介紹了主要鉆井工程工藝技術(shù)措施，重點(diǎn)分析“優(yōu)快鉆井”面臨的鉆井井漏、井眼穩(wěn)定、定向鉆井工藝技術(shù)優(yōu)化、鉀胺基聚合物鉆井液體系抗鹽侵的維護(hù)處理、“壓穩(wěn)防漏固井”等技術(shù)難點(diǎn)，結(jié)合鉆井實踐提出“優(yōu)快鉆井”的技術(shù)措施與方案，對該地區(qū)鉆井施工具有一定的參考意義。

優(yōu)快鉆井;PDC鉆頭;復(fù)合鉆井;井漏;井斜;軌跡控制;鎮(zhèn)涇油田

1 鎮(zhèn)涇油田鉆井概況

鎮(zhèn)涇油田位于甘肅鎮(zhèn)原、涇川、崇信三縣，礦權(quán)面積2515.6 km2，是中國石化華北石油局主要作業(yè)區(qū)塊。截止2008年已先后針對延9、長6、長8油藏完成鉆井169口。2009年按照“一體化管理、低成本運(yùn)作”以來，針對紅河16～105井區(qū)等的長6、長8油藏進(jìn)行勘探開發(fā)，已完成鉆井150口。隨著“優(yōu)選鉆頭、優(yōu)化參數(shù)、隨鉆堵漏、四合一復(fù)合鉆井”等優(yōu)快鉆井技術(shù)的實施，鉆井速度逐年提高?？傮w上與長慶油田相比，“優(yōu)快鉆井”方面還有一些差距，還有提速提效的潛力。

1.1 鉆遇地層

鎮(zhèn)涇油田主要勘探開發(fā)上古生界油藏，鉆遇典型地層見表1。

1.2 井身結(jié)構(gòu)

鎮(zhèn)涇油田多采用二級井身結(jié)構(gòu)(見表2)。從安全施工角度考慮，設(shè)計地層膠結(jié)疏散的表層井段、洛河水層和目的層段3個必封井段。

1.3 鉆井規(guī)模及主要鉆井綜合技術(shù)指標(biāo)

2008年鎮(zhèn)涇油田進(jìn)行規(guī)模開發(fā)階段，主要鉆井綜合指標(biāo)見表3。由表3可以看出，探井、評價井和開發(fā)井的平均鉆井周期呈逐步下降趨勢，平均機(jī)械鉆速呈逐步增加趨勢。

2 “優(yōu)快鉆井”面臨的主要技術(shù)難點(diǎn)

2.1 鉆井井漏

井漏是影響鎮(zhèn)涇油田鉆井速度和周期的主要因素，直接關(guān)系到“優(yōu)快鉆井”的成敗。應(yīng)用既適合工區(qū)特點(diǎn)，又滿足螺桿鉆具使用要求的隨鉆防堵漏工藝技術(shù)是實現(xiàn)“優(yōu)快鉆井”的首要問題。

2.1.1 鉆井井漏情況

鎮(zhèn)涇油田井漏比較普遍，漏失層位主要有一開第四系(井位在塬上的井)，二開羅漢洞組、洛河組、直羅組、延安組、延長組等地層。

一開井段第四系黃土層暗溝、裂縫、裂隙發(fā)育，無規(guī)律可循。鉆進(jìn)時，粘度較低的鉆井液易沿著裂縫和裂隙漏失而失返，粘度高的鉆井液因循環(huán)壓耗增加而易憋漏地層，井漏的偶然性極強(qiáng)。

二開羅漢洞組與第四系呈不整合交接，過渡帶地層以高孔隙度、高滲透性的粗砂巖和中砂巖為主，縱橫交錯的裂縫、裂隙發(fā)育，普遍存在漏失，嚴(yán)重時有進(jìn)無出。如鎮(zhèn)涇23井漏速達(dá)80 m3/h，且漏失井段較長，難以一次性解決井漏。僅在洛河組平均每口井堵漏作業(yè)時間就達(dá)2～3天。

表1 鎮(zhèn)涇23井鉆遇地層簡表

表2 鎮(zhèn)涇油田井身結(jié)構(gòu)

表3 鎮(zhèn)涇油田2008～2009年度主要鉆井綜合指標(biāo)

洛河組與華池組、安定組交接地帶裂縫、裂隙和節(jié)理發(fā)育，相互交錯的砂巖孔隙、巖石節(jié)理面、裂縫裂隙構(gòu)成了鉆井液漏失的3級通道，存在大型漏失先天條件。

直羅組發(fā)生漏失的概率小于羅漢洞組和洛河組，但因砂巖的孔隙度、滲透率高，鉆進(jìn)時多發(fā)生滲透性漏失。其灰色泥巖、黑色碳質(zhì)泥巖與煤層過渡帶存在裂縫、裂隙易誘發(fā)嚴(yán)重井漏。

延安、延長組井漏不具普遍性，但部分井破碎或斷裂帶漏失，如紅26井2059.68～2060.36 m延長組，鉆進(jìn)時加不上鉆壓、放空，發(fā)生只進(jìn)不出的嚴(yán)重井漏，漏速高達(dá)80 m3/h以上。

2.1.2 防漏堵漏存在的問題

2.1.2.1 防漏堵漏材料需要進(jìn)一步優(yōu)選

單向壓力封閉劑因粒度過于均勻，隨鉆堵漏的廣普性不強(qiáng)。中、粗顆粒復(fù)合堵漏劑，缺少片狀、纖維狀裂隙彌合材料。堵漏材料(包括臨時購入的黃豆、麥秸、海帶、鋸末和水泥等)因單一或不合理的復(fù)配使用都有一定的局限性。

2.1.2.2 一開防漏堵漏存在的問題

針對表層中、小型井漏，采取的隨鉆堵漏比較有效。對少數(shù)裂縫或破碎帶大型井漏，復(fù)合堵漏漿配合靜止堵漏能起到一定的堵漏效果，但不能從根本上解決井漏問題，恢復(fù)鉆進(jìn)后再次發(fā)生井漏的概率很高。強(qiáng)行堵漏既浪費(fèi)人力、物力、財力資源，又損失了鉆井作業(yè)時間。

2.1.2.3 二開防漏堵漏存在的問題

“原漿+3%單向壓力封閉劑”的隨鉆堵漏漿配方，對微裂隙、高滲、節(jié)理發(fā)育和微裂隙地層的防漏堵漏有一定的局限性。

“基漿+土般土+大鉀+單向壓力封閉劑+復(fù)合堵漏劑”的復(fù)合堵漏漿配方，因缺少膨脹性的片狀、纖維狀裂隙彌合材料，靜止堵漏、承壓堵漏難以達(dá)到理想堵漏效果。

2.2 鹽巖層污染

何家坪、ZJ3井區(qū)及涇河水道附近，據(jù)不完全統(tǒng)計，有48口井在白堊系志丹群500～900 m井段鉆遇鹽巖層。因鹽巖溶解，紅河24井鉆井液中的氯離子含量高達(dá)61841 mg/L，導(dǎo)致上覆蓋層失穩(wěn)，形成“糖葫蘆”井眼，鉆井液性能惡化，粘度先增后降，失水持續(xù)增大，切力下降，pH值下降，泥餅變厚，粘滯系數(shù)成倍增加等，易造成起鉆遇卡、下鉆遇阻，增加了鉆井液維護(hù)處理難度，加大了鉆井作業(yè)風(fēng)險，影響“優(yōu)快鉆井”技術(shù)的實施。

2.3 直井段的防斜打直

定向井上直井段的防斜打直關(guān)系到下步定向井造斜、叢式井的防碰及井眼軌跡控制，常規(guī)的“輕壓吊打”防斜措施會影響鉆井效率，同時增加了下步井眼軌跡控制的難度和作業(yè)風(fēng)險。

2.4 定向鉆井

隨著鎮(zhèn)涇油田石油勘探、開發(fā)力度進(jìn)一步加大，叢式定向井平臺越來越多。水平位移＜500 m定向井磁性單點(diǎn)定向、水平位移500～700 m定向井有線隨鉆定向、水平位移＞700 m的定向井無線隨鉆定向，定向工具與工藝措施、地層自然造斜或方位自然漂移控制等在一定程度上影響到了“優(yōu)快鉆井”。

2.5 井眼穩(wěn)定

直羅組中上部和延安組井段，部分泥巖水化膨脹剝落、掉塊周期性垮塌，易造成起鉆遇卡、下鉆遇阻等復(fù)雜情況。

延安組的煤層膠結(jié)性差，在外力作用下容易垮塌，尤其是定向井施工的斜井段，煤層裸露段增加，更易垮塌。如鎮(zhèn)涇32、紅河267等井因煤層垮塌嚴(yán)重影響到測井作業(yè)安全。紅河41井1806～1811.5 m井段因煤層垮塌導(dǎo)致加單根遇阻、巖屑上返困難等井內(nèi)復(fù)雜情況。

3 “優(yōu)快鉆井”工藝技術(shù)措施

3.1 完善井漏的預(yù)防與處理方案

結(jié)合鎮(zhèn)涇油田以往井漏的預(yù)防及處理經(jīng)驗，重點(diǎn)做好堵漏材料優(yōu)選、防漏配方優(yōu)化、堵漏技術(shù)措施的配套與完善。

3.1.1 堵漏材料的優(yōu)選

加量不低于3%的單向壓力封閉劑鉆井液，在正壓差的作用下能有效地封堵砂巖、礫石層、破碎煤層及其它地層的微細(xì)裂縫和孔隙，在負(fù)壓差的作用下，可自動解堵。

多功能屏蔽暫堵鉆井液，在正壓差的作用下可在井壁及很淺的范圍內(nèi)形成有效的屏蔽暫堵環(huán)，從而具防漏堵漏、降低泥漿失水、保護(hù)油氣儲層、提高鉆井液抑制性等功效。

復(fù)合堵漏鉆井液，注入到漏層位置，在正壓差作用下會迅速在井壁上形成暫堵環(huán)，阻止鉆井液漏失。

3.1.2 一開防漏堵漏技術(shù)措施

一開鉆進(jìn)前，預(yù)先配制好隨鉆堵漏漿，控制粘度(馬氏漏斗粘度)60 s以上、土般土含量10%左右。鉆進(jìn)時適時補(bǔ)充高粘CMC膠液，利用第四系黃土層干涸井眼吸水形成的泥餅封堵第四系地層中可能存在的微裂隙。若鉆遇大型井漏強(qiáng)行頂漏鉆進(jìn)，完鉆后再注入復(fù)合堵漏稠漿，以維持井眼穩(wěn)定、保證表層套管順利下入。

3.1.3 二開防漏堵漏技術(shù)措施

3.1.3.1 二開滲透性井漏(漏速 ＜10 m3/h)處理的技術(shù)措施

白堊系的環(huán)河組、華池組和洛河－宜君組，以及侏羅系安定、直羅組等砂巖發(fā)育井段滲透性漏失地層，提前轉(zhuǎn)換“井漿+1.0% ～3.0%多功能屏蔽暫堵劑+1.0%～1.5%單向壓力封閉劑+1.5%高分子處理劑”隨鉆堵漏漿。屏蔽暫堵劑加量控制在3%左右不影響螺桿鉆具的正常使用，隨著進(jìn)尺的增加及時補(bǔ)充。

3.1.3.2 非目的層大型井漏處理的技術(shù)措施

鉆遇裂縫、裂隙、破碎帶或溶洞等大型、惡性井漏段，采用復(fù)合堵漏漿、靜止堵漏、承壓堵漏聯(lián)合作業(yè)，利用“井漿+2.0% ～4.0%多功能屏蔽暫堵劑+1.0% ～2.0%單向壓力封閉劑+3.0% ～5.0%復(fù)合堵漏劑+2.0%～4.0%大顆粒堵漏劑”在大裂縫中架橋，纖維材料很好地彌合微裂縫。承壓堵漏作業(yè)時，憋壓不易過高，立壓穩(wěn)定在1.0～2.0 MPa，漏失速度＜1 m3/h即可。若憋壓時，隨著堵漏漿的泵入而立壓不上升，則定量泵入堵漏漿后，起鉆靜止堵漏，同時尋求其它堵漏方案。

3.1.3.3 水泥漿堵漏的技術(shù)措施

針對承壓堵漏無效的非目的層大型井漏，可采用水泥漿自然平衡法或加壓擠入法堵漏。

自然平衡法是注入水泥漿后，井筒的液柱壓力大于漏層壓力，使水泥漿的2/3或3/4進(jìn)入漏層，隨后井筒的液柱壓力與漏層達(dá)到平衡，在此平衡狀態(tài)下候凝以實現(xiàn)堵漏的目的。

加壓擠入法是注完水泥漿后，把鉆具提離水泥面50 m以上，然后循環(huán)鉆井液，利用循環(huán)時的環(huán)空壓耗把水泥擠入漏層，也可直接加壓注水泥漿后關(guān)井口、憋壓、把預(yù)計的水泥漿量擠入漏層，然后起鉆候凝以實現(xiàn)堵漏。

3.1.3.4 目的層堵漏的技術(shù)措施

若目的層發(fā)生較為嚴(yán)重的滲透性漏失時，一般不進(jìn)行堵漏作業(yè)，若繼續(xù)鉆進(jìn)必須進(jìn)行堵漏作業(yè)時，為最大限度地保護(hù)油氣層，建議采用“2.0% ～3.0%多功能屏蔽暫堵劑+1.0%～2.0%單向壓力封閉劑+1.0% ～3.0%復(fù)合堵漏劑+1.0% ～3.0%無滲透油氣層保護(hù)劑”酸溶性的堵漏材料和非滲透保護(hù)油氣層成膜材料進(jìn)行堵漏。

3.2 抗鹽侵鉆井液

立足于自然轉(zhuǎn)換成欠飽和鹽水鉆井液體系和處理劑來抑制鹽層污染，主要通過燒堿或火堿控制、調(diào)節(jié)鉆井液的pH值，緩解鉆具腐蝕、增加處理劑活性。通過聚陰離子纖維素或CMC等處理劑調(diào)節(jié)失水量，嚴(yán)格控制補(bǔ)充新漿，避免鹽巖層進(jìn)一步溶解。如紅河27井施工規(guī)避了紅河23井、紅河24井等井出現(xiàn)的鉆井復(fù)雜問題，取得了較好的應(yīng)用效果。

3.3 “四合一”優(yōu)快鉆井

二開“一趟鉆”鉆完井技術(shù)的關(guān)鍵是底部鉆具組合“四合一”設(shè)計，即PDC鉆頭、單彎螺桿鉆具、接頭、穩(wěn)定器“四合一”。如鎮(zhèn)涇29井井深1901 m，位移291.12 m，φ216 mm PDC鉆頭+φ172 mm×φ210 mm扶正器×1°單彎螺桿+定向直接頭+短鉆鋌×3 m+φ208 mm穩(wěn)定器×1.50 m+無線隨鉆接頭(配合無線儀器)+φ165 mm鉆鋌×12根+127 mm鉆桿的“四合一”鉆具組合，二開1514.57 m的直井段、造斜段、增斜段鉆進(jìn)任務(wù)和穩(wěn)斜段“一趟鉆”鉆完，鉆井周期7.79天。

截止2009年，已有15口定向井，平均鉆井周期＜10天，平均機(jī)械鉆速高達(dá)19.94 m/h以上。

3.4 直羅組和延安組泥巖防塌

針對直羅組中上部和延安組泥巖坍塌問題，提前轉(zhuǎn)換成具有“物化封固－抑制水化－化學(xué)反滲透－有效應(yīng)力支撐”多元協(xié)同作用的防塌鉆井液。合理調(diào)節(jié)鉆井液流變性，將塑性粘度控制在10～20 mPa·s，屈服值控制在5～10 Pa，使鉆井液流性指數(shù)控制在0.3～0.5之間，保證鉆井液呈平板層流，減少鉆井液對井壁的沖蝕和擾動。

3.5 煤層鉆井技術(shù)

鉆煤層時嚴(yán)格控制鉆井液密度，抑制煤層坍塌壓力。提前30 m向鉆井液中補(bǔ)充1.5%～2%單向壓力封閉劑、1% ～2%無熒光磺化瀝青和1%防塌潤滑劑，優(yōu)化鉆井液性能，控制鉆井液粘度、失水、潤滑性、抑制性、攜巖性和防塌性能，減輕鉆井液對裂縫的侵入，鉆井液中適當(dāng)加入表面活性劑，以降低毛細(xì)管效應(yīng)對煤層強(qiáng)度的影響。加強(qiáng)煤層上、下泥頁巖井段的防塌，減小泥頁巖垮塌對煤層的影響。盡量采用結(jié)構(gòu)簡單的鉆具組合以減小煤層段井壁碰撞和起下鉆時掛拉。盡量減少鉆井液對煤層的浸泡和擾動時間。

煤層中鉆進(jìn)，每鉆進(jìn)5 m劃眼1～2次，每鉆完一個單根劃眼2次。密切注意振動篩上巖屑返出情況，發(fā)現(xiàn)掉塊增多等井壁坍塌征兆，則必須停止鉆進(jìn)，調(diào)整鉆井液性能，并反復(fù)劃眼循環(huán)，直至井眼穩(wěn)定、返出巖屑正常?？刂沏@速，密切關(guān)注扭矩、泵壓變化，遇阻不可強(qiáng)拉強(qiáng)壓，盡量開動轉(zhuǎn)盤活動鉆具。煤層井段以復(fù)合鉆進(jìn)方式快速穿過，避免在煤層段滑動鉆進(jìn)。煤層鉆進(jìn)時，適當(dāng)降低鉆井液排量、降低轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速。起下鉆作業(yè)時，操作平穩(wěn)，嚴(yán)格控制起下鉆速度，遇復(fù)雜情況需要開泵時，避免在煤層井段開泵，避免鉆具在煤層段旋轉(zhuǎn)，最大限度減少鉆井液對煤層的沖刷，減少激動壓力對煤層井壁穩(wěn)定的影響。

3.6 壓穩(wěn)防漏固井

鎮(zhèn)涇油田漏失層位多、井漏頻繁發(fā)生，固井前認(rèn)真做好室內(nèi)實驗，優(yōu)化水泥漿性能，完善固井施工方案，同時要求鉆井隊做好井眼準(zhǔn)備，必要時通過地層承壓試驗，檢驗堵漏效果，驗證井眼承壓能力是否符合固井要求。

固井施工過程中，針對漏失層位采用壓力節(jié)點(diǎn)控制，在水泥漿到達(dá)漏失層位時適當(dāng)降低頂替排量，控制井口壓力在3 MPa以內(nèi)，解決固井井漏的問題。

4 認(rèn)識與建議

(1)“四合一”鉆具組合具備塔式鐘擺鉆具的防斜能力、多穩(wěn)定器鉆具結(jié)構(gòu)的穩(wěn)斜穩(wěn)方位能力、復(fù)合鉆井的滑動可調(diào)性、PDC鉆頭加螺桿復(fù)合鉆井等綜合優(yōu)勢，是實現(xiàn)定向井二開“一趟鉆”完鉆的關(guān)鍵技術(shù)。

(2)優(yōu)化定向井剖面設(shè)計，充分發(fā)揮上部地層可鉆性好、定向效率高、洛河組容易調(diào)整軌跡的優(yōu)勢，提高上部井段施工效率，最大限度減小下部井段控制井眼軌跡的難度。

(3)優(yōu)選堵漏材料，完善適應(yīng)工區(qū)地層特點(diǎn)和螺桿鉆具使用要求的隨鉆堵漏工藝技術(shù)措施，是實現(xiàn)“優(yōu)快鉆井”的基礎(chǔ)。

(4)針對部分井區(qū)地層含礫問題，嘗試高效三牙輪鉆頭配合單彎螺桿鉆具復(fù)合鉆進(jìn)，提高鉆井速度。

(5)定向井下部井段滑動鉆進(jìn)調(diào)整軌跡時，合理送鉆使反扭角穩(wěn)定在一個較小范圍內(nèi)，有利于減少滑動鉆進(jìn)時間，提高軌跡調(diào)整效率。

(6)進(jìn)一步完善抗鹽侵的“鉀胺基聚合物鉆井液體系”，以減少鉆井復(fù)雜時間，提高鉆井速度。

(7)針對鎮(zhèn)涇油田固井漏失、環(huán)空竄槽、水泥返高不夠和污染油氣層、第二界面膠結(jié)質(zhì)量不理想等問題，開展低密度高強(qiáng)度水泥漿體系(HLC水泥漿體系)的攻關(guān)研究，提高固井質(zhì)量。

(8)完善鉆井設(shè)備及輔助配套設(shè)施，完善生產(chǎn)組織管理，科學(xué)、合理地組織、安排各崗人員進(jìn)行平行交叉作業(yè)，減少設(shè)備維修、保養(yǎng)等輔助作業(yè)時間，提高鉆井效率。

(9)通過引進(jìn)、消化、推廣應(yīng)用新技術(shù)，實施快速鉆井、快速測井、快速完井等綜合配套工藝技術(shù)，實現(xiàn)“優(yōu)快鉆井”目標(biāo)。

［1］楊成超.陜北地區(qū)小位移深造斜點(diǎn)定向井施工技術(shù)探討.西部探礦工程，2006，(5).

［2］許庭云，熊大富.華北分公司鎮(zhèn)涇油田鉆井防漏堵漏技術(shù)探討［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2009，(8).

［3］祃樹攀，魏紅利，苗克順.水基無粘土低固相鉆井液在鎮(zhèn)涇工區(qū)的應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(7):25－27，36.

［4］俞憲生.鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)涇工區(qū)鉆井堵漏技術(shù)措施［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009，36(6):19 －20，23.

［5］李文明，陳紹云，劉永貴.優(yōu)快鉆井配套技術(shù)在希50－54井應(yīng)用實踐［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(6):04 －06，12.

The Present Situation of High Quality and High Speed Drilling of Zhenjing Oilfield and the Potential

SUN Yi-wei
(North China Petroleum Bureau，Sinopec，Zhengzhou Henan 450006，China)

Based on the present drilling situation of Zhenjing oilfield，the paper systematically introduced the main technology measures of drilling engineering，analyzed the technical difficulties of high quality and high speed drilling:drilling well leakage，borehole stability，optimization of directional drilling technology，maintenance of resistance to salt erosion by potassium amine group polymer drilling fluid and leakproof by steady pressure well cementing.According to the drilling practice，the high quality and high speed drilling was put forward，which could be the reference to the drilling construction in Zhenjing oilfield.

high quality and high speed drilling;PDC bit;compound drilling;lost circulation;borehole deviation;trajectory control;Zhenjing oilfield

TE242

A

1672－7428(2011)07－0040－04

2011－03－05

孫藝偉(1966－)，男(漢族)，山東煙臺人，中國石化華北石油局國際工程公司工程師，物理化學(xué)專業(yè)，從事石油工程管理工作，河南省鄭州市伏牛路197號。

注:本文撰寫過程中還參考了《長慶地區(qū)井下事故與復(fù)雜的預(yù)防》(張連水.長慶鉆井工程總公司技術(shù)交流材料匯編)和《定向井二開“一趟鉆”鉆完井技術(shù)研究》(姚戰(zhàn)利，袁立志.長慶鉆井工程總公司技術(shù)交流材料匯編)。