新疆油田吉25井區(qū)致密油探井鉆井提速技術(shù)探討

姜興福，張茂林，徐新旗

(西部鉆探準(zhǔn)東鉆井公司，新疆 昌吉 831100)

新疆油田吉25井區(qū)致密油探井鉆井提速技術(shù)探討

姜興福，張茂林，徐新旗

(西部鉆探準(zhǔn)東鉆井公司，新疆 昌吉 831100)

根據(jù)新疆油田吉25井區(qū)地質(zhì)特征、鉆井難點(diǎn)和鉆井實(shí)施技術(shù)現(xiàn)狀，從鉆井工具、鉆井液體系及配套鉆井工藝等方面提出了相關(guān)鉆井提速措施，即在三疊系以上井段采取優(yōu)選PDC鉆頭并優(yōu)化鉆頭組合等鉆井提速技術(shù)；在三疊系以下井段采取多項(xiàng)鉆井提速技術(shù)(包括使用個性化PDC鉆頭、采用自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具、實(shí)施自激式諧振多級脈沖射流鉆井技術(shù)、實(shí)施PDC鉆頭+螺桿復(fù)合鉆井提速技術(shù))；優(yōu)化鉆井液(包括控制鉆井液密度、濾失量和控制鉆井液的抑制性和封堵性)；優(yōu)化配套鉆井工藝?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，采用上述措施可以提高吉25井區(qū)鉆井質(zhì)量和鉆井速度。

吉25井區(qū)；井身結(jié)構(gòu)；機(jī)械鉆速；個性化PDC鉆頭；鉆井液

2011年新疆油田在準(zhǔn)噶爾盆地東部勘探發(fā)現(xiàn)吉25井區(qū)二疊系平地泉組致密油藏，隨著該地區(qū)勘探開發(fā)過程加快，陸續(xù)上鉆了以二疊系梧桐溝組為主要目的層的預(yù)探井或評價井十余口，然而，在鉆探過程中，三疊系-二疊系機(jī)械鉆速慢，井壁易垮塌，而侏羅系和二疊系儲層發(fā)育段易發(fā)井漏等，這不利于該區(qū)的安全快速鉆井[1]。為此，筆者對新疆油田吉25井區(qū)致密油探井鉆井提速技術(shù)進(jìn)行了探討。

1 構(gòu)造地質(zhì)特點(diǎn)

吉25井區(qū)位于吉木薩爾凹陷東斜坡區(qū)由東向西提升，二疊系巖性圈閉構(gòu)造形態(tài)為一整體由西北向東南抬升的單斜，平面上大致呈“類長方形”展布，目的層蘆草溝組井深變化大(2353～4400m)，由于烴源巖內(nèi)部以夾層形式存在致密(白云質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和灰質(zhì)粉砂巖及碳酸鹽巖)儲層空間中，表現(xiàn)為地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裂隙發(fā)育和地層壓力變化大，鉆探實(shí)踐表明壓力系數(shù)為1.20～1.33,其地層軟硬交錯和地層傾角變化大。

2 鉆井技術(shù)難點(diǎn)

2.1地層分布復(fù)雜

在探井實(shí)踐中吉25井區(qū)地質(zhì)剖面上復(fù)雜地層分布較多，新近系、古近系局部發(fā)育膏泥巖、膏巖層吸水膨脹、縮徑，極易遇卡、遇阻，砂礫巖發(fā)育易漏失，進(jìn)一步造成井壁垮塌。侏羅系西山窯組和八道灣組含煤層易發(fā)生垮塌卡鉆及漏失現(xiàn)象，屯河組、西山窯組地層硬脆性泥巖易發(fā)生縮徑、剝落和垮塌等現(xiàn)象。三疊系-二疊系泥巖吸水易造漿和垮塌，在鉆井過程中容易出現(xiàn)掛卡和井壁垮塌等現(xiàn)象。三疊系下統(tǒng)燒房溝組、韭菜園組紅色泥巖和二疊系梧桐溝組(P3wt)深灰色泥巖(伊/蒙混層粘土為主)易發(fā)生井壁垮塌，如區(qū)內(nèi)吉17井,該井在井深2793m(P3wt2)、3036m (P3wt1)處發(fā)生井漏，在井深3045m產(chǎn)生井壁垮塌現(xiàn)象。

2.2機(jī)械鉆速低

吉25井區(qū)三疊系以下地層巖性致密,硬度大，機(jī)械鉆速低，極大影響了鉆井周期，三疊系韭菜園組主要為泥巖，夾砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和細(xì)砂巖。二疊系梧桐溝組(P3wt)以灰色泥巖為主，夾泥質(zhì)粉砂巖和細(xì)砂巖，中下部含礫，可鉆性一般。蘆草溝組主要為泥巖和夾砂巖，中上部少量含礫。由于地層巖性均質(zhì)性差，夾層極多且含礫，在油藏凹陷斜坡區(qū)域內(nèi)井深變化大，常規(guī)PDC鉆頭的適用性較差，牙輪鉆頭平均鉆速1.53m/h，PDC鉆頭平均鉆速1.38m/h，臨井對比差異性大，鉆頭選型可比性較低。

3 鉆井提速技術(shù)方案

3.1三疊系以上井段提速技術(shù)

根據(jù)已鉆三疊系以上地層巖性優(yōu)選鉆頭，具體措施如下:①減少刀翼數(shù)量以增大排屑面積，從而保證井眼清潔，這樣在堅(jiān)硬地層或軟地層鉆進(jìn)時都能保持較高鉆速[2]。②根據(jù)地層分析，采用高抗研磨、熱穩(wěn)定齒的PDC鉆頭。通過對四刀翼鉆頭PDC鉆頭進(jìn)行個性化設(shè)計，在二開井段從新近系到燒房溝組地層使用1只牙輪鉆頭和2只四刀翼PDC鉆頭組合鉆至中完井深。以吉33井為例，在該井使用PDC鉆頭鉆套管附件，利用2只PDC鉆頭鉆至中完井深進(jìn)尺2100m，平均機(jī)械鉆速12.78m/h，較區(qū)塊平均機(jī)械鉆速提高52.81%。

3.2三疊系以下井段提速技術(shù)

表1 吉25井區(qū)三疊系、二疊系個性化PDC鉆頭應(yīng)用對比

1)使用個性化PDC鉆頭 三疊系地層主要以泥巖和中砂巖為主，夾細(xì)砂巖、泥質(zhì)砂巖和泥質(zhì)粉砂巖互層，巖石抗壓強(qiáng)度在8000psi(1psi=6894.757Pa)左右，研磨性強(qiáng),具有一定沖擊性，因而采用少刀翼、高抗研磨和熱穩(wěn)定齒的PDC鉆頭以提高機(jī)械鉆速(見表1)。

2)采用自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具 自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具利用井底水力能量增強(qiáng)鉆頭沖擊力，從而優(yōu)化井底流場，通過改善鉆頭和巖石受力狀況以提高機(jī)械鉆速。例如吉251井在二疊系梧桐溝組3374.13～3536m井段采用牙輪鉆頭的平均機(jī)械鉆速為1.62m/h，而吉30井在梧桐溝組3235.03～3814m井段使用該工具+牙輪鉆頭鉆進(jìn)，平均機(jī)械鉆速為1.97m/h，機(jī)械鉆速提高約21%。

3)實(shí)施自激式諧振多級脈沖射流鉆井技術(shù) 該技術(shù)的原理是組合使用脈沖接頭和脈沖鉆頭，通過多次脈沖震蕩疊加以提高射流瞬時沖擊力，增加有效噴射距離和射流到達(dá)井底的瞬時水力能量，從而達(dá)到鉆井提速的目的[3]。如吉251井三開開始下入自激式諧振多級脈沖射流接頭+帶脈沖噴嘴的PDC鉆頭鉆完套管附件后后直接鉆進(jìn)，該鉆頭進(jìn)尺336m，機(jī)械鉆速2.09m/h，比該類型PDC鉆頭同井段機(jī)械鉆速提高23%。

4)實(shí)施PDC鉆頭+螺桿復(fù)合鉆井提速技術(shù) 在吉172H井采用該技術(shù)后，在二疊系梧桐溝組復(fù)合鉆進(jìn)時機(jī)械鉆速最高達(dá)到12.36m/h，最高日進(jìn)尺達(dá)138m，平均機(jī)械鉆速3.23m/h，較直井相同層位機(jī)械鉆速提高48.85%。

3.3優(yōu)化鉆井液體系

1)控制鉆井液密度 吉25井區(qū)三疊系～二疊系地層坍塌類型如下：①強(qiáng)水敏性地層(蒙脫石含量高達(dá)80%以上)及鈣、膏泥巖的水敏性坍塌；②由地應(yīng)力引起的泥頁巖地層硬脆性坍塌。要避免產(chǎn)生上述現(xiàn)象，控制鉆井液密度是實(shí)現(xiàn)平衡壓力鉆井和保護(hù)油氣層的關(guān)鍵。因此，在鉆井過程中,應(yīng)根據(jù)隨鉆檢測到的地層壓力合理選擇鉆井液密度。

2)控制鉆井液濾失量 通過分析該區(qū)井眼情況、起下鉆遇阻等情況，采取以下措施控制鉆井液濾失量：在進(jìn)入侏羅系井段濾失量不大于6ml；在三疊系和二疊系水敏性泥巖地層應(yīng)選擇濾失量低的鉆井液，在揭開油氣層前要調(diào)整鉆井液性能并降低鉆井液濾失量,以減小濾液對油氣層的損害。

3)控制鉆井液的抑制性和封堵性 為了控制鉆井液的抑制性和封堵性，可以通過K+、Ca2+的復(fù)配使用以強(qiáng)化對井壁和鉆屑的抑制作用。實(shí)際鉆進(jìn)中應(yīng)將Ca2+濃度控制在400～600mg/L，而K+濃度應(yīng)大于25000mg/L。補(bǔ)充CaO時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%。鉆進(jìn)中以PMHA-2和KCl加強(qiáng)包被抑制，以SP-8、SPNH控制鉆井液濾失量,以SMP-1、陽離子乳化瀝青改善濾餅質(zhì)量并增強(qiáng)濾餅的防透性，力爭做到井下不阻不卡，保證鉆井安全。

3.4優(yōu)化配套鉆井工藝

優(yōu)化配套鉆井工藝措施的具體內(nèi)容主要包括以下幾方面：①在煤層段和三疊系、二疊系泥巖井段控制鉆進(jìn)速度，防止抽吸和壓力激動造成井壁失穩(wěn)，提鉆時灌好泥漿，防止井壁垮塌。②加強(qiáng)固控設(shè)備的使用，振動篩使用細(xì)目篩布80+100目，最大化清除有害固相，從而滿足鉆井液性能要求。③加強(qiáng)監(jiān)控井身質(zhì)量和短程提下鉆措施，有效修復(fù)井壁以維護(hù)井壁穩(wěn)定性。④針對不同地層，采取材料匹配等措施以提高防漏和堵漏效果。

4 結(jié) 語

針對新疆油田吉25井區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)，分析了該地區(qū)的鉆井技術(shù)難點(diǎn)，提出了相關(guān)具體措施，即在三疊系以上井段采取優(yōu)選PDC鉆頭并優(yōu)化鉆頭組合等鉆井提速技術(shù)；在三疊系以下井段采取多項(xiàng)鉆井提速技術(shù)(包括使用個性化PDC鉆頭、采用自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具、實(shí)施自激式諧振多級脈沖射流鉆井技術(shù)、實(shí)施PDC鉆頭+螺桿復(fù)合鉆井提速技術(shù))；優(yōu)化鉆井液(包括控制鉆井液密度、濾失量和控制鉆井液的抑制性和封堵性)；優(yōu)化配套鉆井工藝。實(shí)際應(yīng)用表明，采用上述措施可以提高鉆井機(jī)械鉆速。今后，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化鉆井工程技術(shù)參數(shù)，在加強(qiáng)高壓噴射鉆井技術(shù)的基礎(chǔ)上,在水平井小井眼鉆井中繼續(xù)開展“PDC鉆頭+減速渦輪”復(fù)合鉆井技術(shù)試驗(yàn)[4]。

[1]周煜輝,趙凱民,沈宗約,等.小井眼鉆井技術(shù)[J].石油鉆采工藝,1994，16(2)：16-19.

[2]劉偉，李麗，潘登雷，等.陸相深井鉆井完井技術(shù)[J].天然氣工業(yè)，2008，28(8)：76-78.

[3]劉偉，李麗，吳建忠，等.川西地區(qū)須家河組致密氣藏鉆井提速新思路[J].天然氣技術(shù)，2009，14(2)：34-36.

[4]譚春飛,蔡鏡侖.利用渦輪鉆具提高深井鉆速的試驗(yàn)研究[J].石油鉆探技術(shù),2003，31(5)：30-32.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.12.029

TE242

A

1673-1409(2012)12-N090-02