古城7井工程鉆井設計優(yōu)化與鉆井實踐

李文明，李歡歡，李 義

(1.大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院設計中心，黑龍江 大慶163413;2.大慶油田第六采油廠，黑龍江 大慶

163114)

1 概述

大慶油田從2012年開始進行新疆塔東區(qū)塊的開發(fā)，古城7井作為大慶油田在塔東區(qū)塊的首鉆井，大慶油田相關部門為此做了大量的前期調(diào)研和討論，在井身結(jié)構、鉆具組合、鉆頭優(yōu)選和三開實施扭力沖擊器+PDC鉆頭提速試驗等一系列配套設施，最終達到提速的目的。

現(xiàn)場試驗表明:扭力沖擊器配合專用PDC鉆頭提速效果明顯。從鉆速及周期上相比都有突破，僅用181 d就鉆完6789 m的井深，鉆井周期同比古城6井(6169 m井深)縮短了106 d，創(chuàng)出了大慶鉆探有史以來最深鉆井紀錄和塔東區(qū)塊鉆井新紀錄，被譽為新疆塔東區(qū)塊鉆井的“大慶速度”，現(xiàn)場實踐效果良好。

2 古城7井基本情況及難點分析

2.1 古城7井基本情況

古城7井位于塔里木盆地北部坳陷古城低凸起新疆且末縣城北偏西約82 km，東南距古城4井約22.4 km，西距古隆1井約51.5 km，北距古城6井3.2 km。鉆井目的是落實中下奧陶統(tǒng)鷹山組中下部白云巖儲層的含氣性以及探索中下奧陶統(tǒng)鷹山組頂和蓬萊壩組頂表層風化殼巖溶儲層含氣性，目的層位是鷹山組、蓬萊壩組。本井設計井深6588.00 m，實鉆井深 6789.00 m，三開 3735.00～5258.79、5409.01～5613.00 m實施扭力沖擊器+PDC鉆頭提速試驗，層位為卻爾卻克組。

2.2 難點分析

受勘探程度和資料限制，地質(zhì)勘探風險較高，缺少對斷層、漏層、超壓層以及膏巖、鹽巖、火成巖、煤層、礫巖厚度和深度的準確預測，使鉆井施工風險升高，主要有以下難點:

(1)地表地層疏松，鉆表層時易發(fā)生圓井竄漏，需控制好排量與返屑;

(2)上中部井段裸眼段長，地層成巖差、井壁不穩(wěn)定、泥巖易吸水膨脹，要求鉆井液抑制性好，防止井眼縮徑卡鉆;

(3)奧陶系卻爾卻克組地層巨厚，可鉆性差，研磨性強、易塌、易斜，機械鉆速低，應嚴格控制鉆井液性能和鉆井參數(shù)，尋求鉆井提速技術手段;

(4)奧陶系卻爾卻克組地層4300～4400 m井段，易井斜且古城4、古城6兩口井均發(fā)生斷鉆具事故，需加強鉆具探傷檢測，同時做好防斜打快工作;

(5)目的層為奧陶系鷹山組、蓬萊壩組，地層埋藏復雜，埋藏深(＞5000 m)，地溫高，均質(zhì)性差;

(6)產(chǎn)層為高壓裂解氣藏(69.36 MPa/6113.45 m)，且H2S和CO2(48.15%)含量高，井控風險大，對鉆完井設計的井筒完整性要求高，應合理控制鉆井液密度，做好應急預案;

(7)地層硬度高、研磨性強，鉆頭選型難度大;

(8)高溫(110～180℃)、高密度、窄間隙條件下固井難度大，固井質(zhì)量難以保障。

3 古城7井鉆井優(yōu)化設計

利用鄰井實鉆資料，結(jié)合本井施工難點，借鑒慶深氣田和塔里木油田鉆井經(jīng)驗，重點對古城7井鄰井的井身結(jié)構設計、鉆頭選型情況以及出現(xiàn)的事故復雜情況進行了分析。根據(jù)鄰井古城4井和古城6井的鉆完井資料對古城7井進行優(yōu)化設計，優(yōu)化了井身結(jié)構和新工藝新工具鉆井井段，確保了現(xiàn)場施工順利。

3.1 井身結(jié)構優(yōu)化設計

針對塔東區(qū)塊地質(zhì)特點，借鑒慶深氣田和塔里木油田的常規(guī)鉆井井身結(jié)構，并綜合古城7井地質(zhì)情況，進一步優(yōu)化井身結(jié)構，以滿足鉆井提速和勘探開發(fā)需求，其各層套管下深確定依據(jù)如下。

3.2 鉆具組合優(yōu)化設計

非易斜井段采用單螺扶或雙螺扶鐘擺鉆具組合，既能控制井斜，又起到了修整井壁的作用，減少了巖屑上返的阻力，保持環(huán)空暢通，可有效降低起下鉆阻卡顯示和環(huán)空憋漏復雜情況。

易斜井段借鑒海塔、方正等區(qū)塊防斜打快經(jīng)驗，建議應用垂直鉆井系統(tǒng)，實現(xiàn)控斜打快。利用LANDMARK軟件進行各開次鉆具組合校核。

3.3 鉆頭優(yōu)選

目前塔東區(qū)塊已鉆井數(shù)量有限，迄今共鉆不到40口井，且多為2005年以前施工的井，應用鉆頭型號繁多，單鉆頭進尺少，部分井單井用鉆頭超過70只，劃眼用鉆頭超過10%，鉆頭失效嚴重，所以開展鉆頭優(yōu)化設計需求迫切。

圖1 二開鉆具校核圖

圖2 三開鉆具校核圖

圖3 四開鉆具校核圖

在進行古城7井鉆頭設計時，借鑒了大慶深層鉆頭優(yōu)化經(jīng)驗，并根據(jù)塔東區(qū)塊特點進行鉆頭優(yōu)化，主要思路是:優(yōu)先使用PDC鉆頭，在礫巖層和“黑被子”地層配合使用牙輪鉆頭;提高上部地層鉆進排量，增大鉆井液上返速度和水功率，減少二次破巖，預防鉆頭“泥包”，提高機械鉆速。重點強化鉆頭保徑和使用壽命，探索動力鉆具+孕鑲金剛石鉆頭提速可行性，建立鉆頭應用序列，提高鉆井速度。

根據(jù)古城4、古城6井資料預測古城7井4000～4500 m井段巖石硬度平均值＜15000 psi(103.35 MPa)，并繪制了古城7井巖石硬度預測曲線圖，見圖4。

圖4 古城7井巖石硬度預測曲線圖

3.4 鉆井液優(yōu)化設計

針對塔東區(qū)塊古城構造地質(zhì)特點，開展抗高溫、防塌鉆井液體系及維護技術研究，保障鉆井施工的順利進行。

一開0～800 m:設計使用高粘切、低失水、護壁性強的膨潤土－聚合物鉆井液體系，主要解決第四系和新近系上部井段地層松散、流沙層易坍塌的問題。

二開800～3352 m:三疊系以上井段采用優(yōu)質(zhì)大分子強包被聚合物鉆井液體系。選用大、中、小分子聚合物復配，抑制地層造漿，配合適量潤滑劑，改善泥餅質(zhì)量，減少濾失量，充分利用四級固控設備，徹底除去無用固相，調(diào)整優(yōu)化鉆井液流型，主要解決泥巖吸水膨脹，起下鉆阻卡嚴重，鉆頭易泥包的問題;進入三疊系加入3%KCl轉(zhuǎn)化為KCl－聚合物體系，進一步增強鉆井液的抑制性;進入石炭系標準灰?guī)r頂段轉(zhuǎn)換使用聚磺泥漿體系，增加抗溫能力。加足大分子聚合物，使用瀝青粉和潤滑劑，控制粘切和失水，提高懸浮、攜巖和抑制能力，主要預防地層垮塌、降低和減少短起下的難度，保證測井下套管安全順利等。

三開3352～5603 m:設計使用KCl－聚磺鉆井液體系，重點做好奧陶系地層上部滲漏和坍塌問題。

四開5603～6588 m:設計使用KCl－聚磺鉆井液體系，主要解決奧陶系、寒武系泥巖強造漿，膏巖和高壓鹽水層、灰?guī)r層污染問題。奧陶系目的層鉆進鉆井液加入1%～2%Ⅰ型屏蔽暫堵劑和1%～2%Ⅱ型屏蔽暫堵劑Ⅱ型隨鉆堵漏劑，同時備用高濃度堵漏鉆井液，做好防漏和堵漏工作。在目的層段后必須加強H2S檢測與防護，鄰井有H2S顯示的要提前在鉆井液中預加0.05% ～2%除硫劑，并提高pH值至9.5以上。

4 古城7井現(xiàn)場施工情況

4.1 井身結(jié)構

由于在井身結(jié)構設計時進行了優(yōu)化，使井身結(jié)構設計較適應實際情況，與鉆井現(xiàn)場實際井身結(jié)構符合率相當高。

4.2 實鉆鉆頭情況

在古城7井實鉆過程中，使用了扭力沖擊器配合PDC鉆頭使用和螺桿來提高鉆速，縮短鉆井周期，取得了顯著提速和縮短周期的效果。古城7井實鉆鉆頭使用情況見表1。

表1 古城7井鉆頭使用情況

4.3 三開扭力沖擊器配合PDC鉆頭的使用

古城7井在三開井段使用了扭力沖擊器配合PDC鉆頭使用，進行提速試驗，來達到提速的目的。

4.3.1 扭力沖擊器試驗井段的基本情況

在三開井段共試驗了4趟扭力沖擊器的應用，分別是:

第一趟:扭力沖擊器+MD1646GU，試驗井段3735～4621.6 m，累計進尺886.6 m，純鉆時間153 h，平均機械鉆速5.80 m/h;單只鉆頭進尺886.6 m，扭力沖擊器累計使用時間173 h。本趟鉆進各項參數(shù)為:鉆頭壓降2.7～3.5 MPa，水眼W16×6，鉆壓80～100 kN，扭矩12～14 kN·m，排量32.0 L/min，泵壓19～21 MPa，轉(zhuǎn)速60～75 r/min。

第二趟:扭力沖擊器+U416M，試驗井段4621.6～5136.55 m，累計進尺514.95 m，純鉆時間129 h，平均機械鉆速3.99 m/h;單只鉆頭進尺514.95 m;扭力沖擊器累計使用時間140 h。本趟鉆進各項參數(shù)為:鉆頭壓降2.8～3.3 MPa，水眼W16×6，鉆壓80～100 kN，扭矩13～18 kN·m，排量32.0 L/min，泵壓19.5～22 MPa，轉(zhuǎn)速60～75 r/min。

第三趟:扭力沖擊器+U516M，試驗井段5136.55～5258.79 m，累計進尺122.24 m，純鉆時間63 h，平均機械鉆速1.94 m/h;單只鉆頭進尺122.24 m;扭力沖擊器累計使用時間72 h。本趟鉆進各項參數(shù)為:鉆頭壓降2.0～2.5 MPa，水眼W16×7，鉆壓80～120 kN，扭矩13～18 kN·m，排量32.0 L/min，泵壓21～23 MPa，轉(zhuǎn)速60～75 r/min。

第四趟:扭力沖擊器+U513M，試驗井段5409.01～5613.00 m，累計進尺203.99 m，純鉆時間51 h，平均機械鉆速4.00 m/h;單只鉆頭進尺203.99 m;扭力沖擊器累計使用時間58 h。本趟鉆進各項參數(shù)為:鉆頭壓降2.0～2.3 MPa，水眼W18×5，鉆壓80～130 kN，扭矩15～17 kN·m，排量32.0 L/min，泵壓21～23 MPa，轉(zhuǎn)速60～65 r/min。

4.3.2 扭力沖擊器試驗井段與鄰井同井段對比情況

表2 古城7井扭力沖擊器試驗井段與鄰井對比情況表

圖5 古城7井與古城6井鉆時對比圖

4.4 古城7井全井施工周期對比

古城7井自一開開鉆至四開鉆進至設計井深6588 m，共施工145.07 d，比設計鉆井周期264 d縮短了118.93 d。同比古城4井完鉆鉆進至6550.00施工376.62 d縮短了231.55 d。同比古城6井完鉆鉆進至6169.00 m施工261.79 d縮短了116.72 d。從一開到四開加深井深(6789 m)完鉆共用152.44 d。詳情見表3及圖6。

表3 古城7井施工進度與古城7井設計及古城6井施工進度對比數(shù)據(jù)表

圖6 古城7井施工進度與古城7井設計及古城6井施工進度對比圖

4.5 經(jīng)濟效益比較

按扭力沖擊器試驗井段計算古城7井節(jié)約的成本，考慮節(jié)省鉆機日費、節(jié)省鉆頭費用、節(jié)省的時間內(nèi)鉆井液維護費用等，共計為古城7井使用扭力沖擊器累計節(jié)省的鉆井成本，成本結(jié)余遠遠超千萬元，經(jīng)濟效益可觀。

5 結(jié)論

(1)古城7井提速效果非常明顯，原因包括其井身結(jié)構優(yōu)化設計，鉆井液性能以及施工技術，均符合塔東區(qū)塊的地質(zhì)和勘探要求，為日后塔東區(qū)塊鉆井施工設計提供了參考。

(2)古城7井三開試驗了阿特拉的扭力沖擊器，扭力沖擊器配合專用PDC鉆頭提速效果明顯。從鉆速及周期上相比都有突破，總體機械鉆速提高1.69倍。也為以后在新疆塔東區(qū)塊鉆遇卻爾卻克組“黑被子”地層找到了較好的技術方法。

(3)使用鐘擺鉆具組合，配合扭力沖擊器鉆井，井身質(zhì)量良好，具有穩(wěn)斜降斜效果，古城7井井斜角由1.9°降至1.1°，井眼規(guī)則，起下鉆順利，沒有阻卡現(xiàn)象。

(4)在合適的井段應用扭力沖擊器配合專用PDC能夠大幅度提高機械鉆速并縮短鉆井周期，結(jié)余鉆井成本，有很大的經(jīng)濟效益。

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