TP267X三開制長裸眼井優(yōu)快鉆井鉆井液技術

汪露，鄧小衛(wèi)

（中國石化西北油田分公司工程監(jiān)督中心，新疆 烏魯木齊 830011）

1 概況

塔河油田鉆遇第四系—震旦系全系列地層［1］，托普臺區(qū)塊位于塔河油田西南部，地質構造位于阿克庫勒凸起西南斜坡，TP267X井為托普臺2區(qū)塊首口三開結構開發(fā)井，TP267X井和鄰井典型井身結構見表1。

2 地層特點與鉆井液技術難點

塔河油田地層特點與鉆井液技術難點主要包括：

1）第四系—三疊系上統(tǒng)哈拉哈塘組為砂泥巖互層，地層可鉆性好，康村組和吉迪克組交界面存在膏質泥巖，易縮徑阻卡，砂巖段滲透性好，易形成厚泥餅，造成起下鉆阻卡。

2）三疊系下統(tǒng)柯吐爾組、二疊系、石炭系卡拉沙依組、志留系柯坪塔格組巖性為火成巖和硬脆性泥頁巖，在鉆井過程中井壁穩(wěn)定性差［2-7］，易坍塌掉塊，造成卡鉆事故和井徑擴大。部分井平均井徑擴大率高達60%，鄰井處理井壁失穩(wěn)復雜長達15 d。

3）二開裸眼段長5 228 m，井底溫度130℃，同一開次揭開多套地層，且存在166 m二疊系地層（易漏失和垮塌），鄰井二疊系處理井漏時間達20 d。石炭系孔隙壓力當量密度1.25 g/cm3，同一裸眼井段康村組孔隙壓力當量密度1.10 g/cm3，鉆具接觸面積大，可能引起鉆具壓差卡鉆。4）三開定向鉆進，小井眼、短半徑定向，狗腿度大，易造成卡鉆，硫化氫質量濃度2 500 mg/m3，孔隙裂縫發(fā)育，極易產(chǎn)生惡性漏失。

表1 TP267X井和鄰井典型井身結構

3 技術措施

3.1 上部地層防阻卡措施

50～4 200 m井段主要揭開第四系—白堊系地層，為砂泥巖互層，地層可鉆性好，滲透性好，易形成厚泥餅阻卡。鉆井液處理思路采取“三低、一高、兩及時”，三低即低密度（盡可能近平衡）、低黏切（滿足攜巖）、低固相；一高即適當高失水（3 000 m以前不控制，3 000～4 200 m適度控制）；兩及時即及時封堵、及時短起下。同時結合大排量沖刷井壁，形成薄、密、韌泥餅，可以避免上部地層阻卡和顯著提高機械鉆速，鉆井液配方為（3.0%～3.5%）膨潤土+0.2%燒堿+0.8%KPAM+0.5%FT-1+（3.0%～5.0%）QS-2+1%NH4HPAN，基本性能見表 2。

表2 聚合物鉆井液基本性能

防阻卡措施主要有以下幾方面：

1）固相控制。100%運轉四級固控設備，使用200目高頻振動篩配合中高速離心機，勤放沉砂灌。

2）中壓失水和黏切控制。3 000 m以淺地層采取0.8%KPAM+0.5%FA367膠液維護處理，不控制失水，使用加足大分子包被劑的聚合物鉆井液［4，8-10］，保持鉆井液包被抑制性能，提速提效；3 000～4 200 m采取0.8%KPAM+1%NH4HPAN+0.5%CMC-LV膠液維護處理，適度控制中壓失水在10 mL以內。在鉆鋌未出導管鞋和表層套管鞋之前，適當控制黏度在60～80 s，其余井段控制黏度在35～40 s，保持動塑比在0.36～0.48。

3）密度控制?？荡褰M底部開始加重，鉆井液密度1.15 g/cm3（3 500 m以前），主要采用石灰石和QS-2提密度（提不上去時采用重晶石粉）。根據(jù)地層孔隙壓力，盡可能近平衡鉆進，白堊系底部密度提至1.20 g/cm3。

4）工程措施。每鉆進200～300 m，短起下一次，及時修整井壁，確保井眼暢通?？荡褰M和吉迪克組交界面加密短起下，在泵壓許可范圍內，盡可能增大排量（50 L/s以上），配合適當?shù)宛ざ龋?5～40 s）沖刷井壁，減小環(huán)空壓耗，釋放泥漿泵功率限制，提升鉆進排量，增強水力破巖能力，同時使用0.5°單彎螺桿增大上部地層井徑擴大率來彌補上部地層縮徑引起的起下鉆困難。

5）屏蔽暫堵。采用石灰石和QS-2提密度（3 700 m以淺地層）的方法暫堵，同時采取瀝青和PB-1復配封堵，加強對上部滲透性好的砂巖封堵，形成良好泥餅質量，預防下部地層提密度時壓差卡鉆。

3.2 二疊系防塌、防漏鉆井液技術

二疊系地層（4 945～5 106 m）為灰綠、深灰色英安巖，垂厚166 m，易發(fā)生井漏和垮塌。處理好井漏和井壁穩(wěn)定的關系尤為重要，密度選擇是關鍵，表3為該區(qū)塊已鉆井二疊系密度選擇和井漏的關系。

表3 鄰井二疊系鉆井液密度和井漏的關系

從表3可知，該區(qū)塊二疊系密度選擇1.28 g/cm3可以順利鉆穿，而鄰井結合電測資料總結的防塌鉆井液密度過高（1.30 g/cm3），電測資料推算出來的地層坍塌壓力無法消除鉆井液濾液入侵引起的坍塌壓力增量。鉆井中地層坍塌壓力有2部分：其一由地應力和巖石力學因素產(chǎn)生，一般情況下都不太大，正常情況下多為0（異常地應力除外）；其二由鉆井液各種作用而產(chǎn)生的坍塌壓力，其增加的值因地層和鉆井液類型而異（因工程師處理措施而異），可達0～2.00 g/cm3，有較大降低空間［9-11］。二疊系火成巖坍塌壓力升高機理為：鉆井液或濾液沿孔隙和裂縫侵入，降低弱界面之間的摩擦；英安巖水敏性不強，防塌防漏關鍵在于嚴封堵，做好封堵前提下才能選擇較低鉆井液密度鉆進。

3.2.1 嚴封堵技術措施

進入二疊系地層前，采用2%QS-2+（1%～2%）PB-1+1.5%FT-1復配封堵。二疊系鉆進過程中如遇起下鉆，在封閉漿中加入（3%～4%）QS-2+1%PB-1+1%FT-1，單獨配制好頂替至二疊系地層。利用起下鉆激動壓力封堵，起下鉆作業(yè)時鉆頭鉆具會刮劃井壁，破壞井壁泥餅，在每次起下鉆下鉆到底后，便是修復和改善泥餅的最佳時期，干加2%超細碳酸鈣和0.5%磺化瀝青，重新形成好的泥餅。

3.2.2 鉆井液性能控制

在二疊系鉆進過程中，鉆井液密度采用1.28 g/cm3，進入二疊系前將鉆井液轉化為KCl-聚璜防塌體系，調整鉆井液性能，將塑性黏度控制在22～28 mPa·s，動切力在8～12 Pa，使鉆井液的流性指數(shù)在0.3～0.5，保證鉆井液達到平板層流型，減少井壁沖刷，加大抗高溫磺化材料的用量（（2%～3%）SMP-2+（2%～3%）SPNH），降低鉆井液的高溫高壓失水（10 mL以內），減小濾液對地層的浸泡深度，減小微裂縫壓力傳遞引起井壁的鏈鎖剝落。

3.2.3 工程技術措施

由柯吐爾組鉆進時的30 L/s，降低為26 L/s，減小對井壁的沖刷，鉆完二疊系后，在起下鉆過程中，過二疊系井段時剎把操作要平穩(wěn)緩慢，盡量避免在二疊系井段開泵、劃眼；鉆井液需要加重時，單獨在儲備罐配罐重漿，按每個循環(huán)周密度不大于0.02 g/cm3均勻補入，防止鉆井液局部密度過高壓漏地層。

3.3 下部地層防塌措施

石炭系、志留系地層（5 106～6 428 m）泥巖易水化膨脹形成較高的膨脹壓。解決井壁失穩(wěn)主要從物理方法和化學方法2方面著手［12-16］：物理方法主要是提高鉆井液的密度；化學方法主要是提高鉆井液的抑制性能，降低高溫高壓濾失量，防止泥頁巖的水化膨脹來保證井壁穩(wěn)定。同時，要注意坍塌壓力隨時間增加不斷增大，必須“以快制勝”，使下部地層坍塌壓力小于二疊系漏失壓力；否則，窗口為負，未抑制垮塌時二疊系出現(xiàn)井漏，井筒條件會變得十分復雜。鄰井TP35-2井壁失穩(wěn)伴隨井漏，處理復雜時間長達25 d。

3.3.1 快速鉆進技術措施

5 160 m以深井段采用阿特拉PDC鉆頭+扭力沖擊器鉆進，一趟鉆鉆至中完井深，大大提高了鉆井速度，坍塌壓力上升至1.33 g/cm3（常規(guī)四級井身結構下部地層防塌鉆井液密度1.35 g/cm3）。扭力沖擊器與該區(qū)塊該井段使用成熟螺桿相比具有以下優(yōu)勢：扭力沖擊器內部純機械構造能抗300°C以上高溫；沒有最低排量限制，鉆井設備可在安全范圍內正常運轉；使用壽命長，一般都能達到300 h以上。阿特拉PDC鉆頭+扭力沖擊器總進尺1 268 m，純鉆時間301 h，平均鉆速4.21 m/h。

3.3.2 鉆井液性能控制和配方

在鉆進柯坪塔格組6 060 m時，掉塊嚴重，將鉆井液密度提高到1.33 g/cm3，同時配合加大使用磺化瀝青FT-1、聚合醇防塌潤滑劑XCS-3的用量，嚴格控制中壓失水在2.4 mL以內，HTHP（130°C）失水在 9.2 mL以內，掉快情況得到緩解，鉆井液配方為（3%～5%）膨潤 土+0.2%燒 堿+0.5%KPAM+（2%～3%）SMP+（2%～3%）SPNH+（2%～3% ）FT-1+（2%～3% ）XCS-3+（3%～5%）KCl鉆井液性能見表4。

表4 5 106～6 428 m鉆井液性能

3.4 二開長裸眼段中完作業(yè)鉆井液技術

中完難點為：二開中完裸眼長達5 228 m，存在易漏二疊系，柯坪塔格組井壁失穩(wěn)形成大段擴徑段可能引起電測遇阻卡，良里塔格組出油花和稠油，存在很高井控風險，整個中完作業(yè)過程風險高、難度大。

3.4.1 鉆井液技術措施

一趟起下鉆消耗鉆井液60 m3，同時本井在中完作業(yè)中下鉆到底開泵發(fā)生井漏，中完起下鉆作業(yè)頻繁，必須提前儲備好足夠的鉆井液量，保證鉆井液性能不能有太大的波動（膠液補充量太大會引起鉆井液密度偏低，造成柯坪塔格組井壁失穩(wěn)）。下鉆到底采取40 m3稠漿分2段攜巖，封閉漿封至三疊系地層（井底到4 500 m），配制好封閉漿后應取樣做實驗，尤其注意高溫下鉆井液靜切力（懸浮部分巖屑，保證套管能下到底）。

3.4.2 工程技術措施

對于含易漏二疊系長裸眼段，下鉆開泵必須緩慢，每次開泵泵壓不超過3 MPa。對于起鉆遇阻嚴重井段，井壁刮落的沉砂較多，必須采取分段循環(huán)，起下鉆作業(yè)中精細化操作，不放棄任何一個異常井段、異常點，反復上提、下放甚至接方鉆桿開泵劃眼，電測和下套管之前循環(huán)2周以上，振動篩無明顯返砂方可起鉆。

3.5 小井眼、短半徑定向鉆井液技術

在鉆6 428～6 660 m時使用φ165.1 mm鉆頭，在井深6 428 m處進行裸眼定向鉆進，并且采取彎螺桿導向鉆進，造斜率高達21°/30 m。60%～90%循環(huán)壓力損耗在環(huán)空中，不利于水力能量的有效利用和發(fā)揮，且奧陶系縫洞發(fā)育，容易引發(fā)井漏。要選擇流動性好、靜切力小的低固相聚磺鉆井液，以降低環(huán)空壓耗和壓力激動為主要控制原則，實現(xiàn)確保井內安全、保護儲層、經(jīng)濟合理、易于施工的工程目標［17-18］。鉆井液基本配方：3%膨潤土+0.2%燒堿+0.3%KPAM+3%SMP+3%SPNH+2%FT-1+（6%～8%）原油+0.5%乳化劑，性能見表5。

表5 6 428～6 660 m鉆井液性能

為了保持鉆井液具有一定的懸浮性，在巖屑密度2.60 g/cm3、鉆井液密度1.17 g/cm3的條件下，根據(jù)靜切力公式 τs=5ds（ρs-ρ）/3（其中，τs為巖屑完全懸浮時所需最小 10 min 靜切力值，Pa；ds為巖屑直徑，mm；ρs為巖屑密度，g/cm3；ρ為鉆井液密度，g/cm3）可計算出 φ3 mm巖屑完全懸浮的最小靜切力值為7.15，因此該井鉆井液的終切值為 8～9。 此外，采用了略高的 φ3（2～3）和φ6 值（4.0～7.3），并視其數(shù)值大小，補充膠液和膨潤土漿進行調節(jié)；起下鉆循環(huán)時間打入稠漿并配合鉆具旋轉，破壞形成的巖屑床，嚴格執(zhí)行短程起下鉆措施，以減少巖屑床的形成。

4 應用效果

本井實鉆過程中，通過優(yōu)化上部地層防阻卡技術、二疊系鉆井液密度選擇技術、下部地層扭力沖擊器配合PDC鉆頭快速鉆進技術、二開中完作業(yè)精細化操作技術及短半徑小井眼凈化技術，鉆井周期比設計節(jié)約20 d，較鄰井最大節(jié)約周期72 d，鉆井工程費用大幅度縮減。全井安全無故障，綜合評定為優(yōu)秀，提速提效顯著。TP267X與鄰井設計/實際鉆井周期見表6。

表6 TP267X井與鄰井設計及實際鉆井周期對比

5 結論

1）上部地層采用“三低、一高、兩及時”可以顯著提速和減少阻卡，采用200目高頻振動篩配合中高速離心機可以有效控制固相，運用QS-2和石灰石粉提密度，可以有效封堵和改善泥餅質量。

2）區(qū)塊內二疊系根據(jù)測井資料計算坍塌壓力偏高，建議在加強封堵和抑制情況下，二疊系鉆井液密度控制在1.28 g/cm3，進入石炭系地層密度提至1.30 g/cm3，可以處理好井壁失穩(wěn)和井漏的關系。

3）石炭系下部地層快速安全鉆進要“以快制勝”。建議采取PDC+扭力沖擊器提速提效，縮短濾液浸泡時間，盡可能減緩坍塌壓力上升，保持鉆井液密度（1.30 g/cm3）鉆至中完井深。

4）小井眼短半徑定向應選擇選擇流動性好、靜切力小的低固相聚磺鉆井液，漏斗黏度為45 s，終切值控制在 8～9 ，φ3 值為 2～3，φ6 值為 4.0～7.3， 起鉆前稠漿清掃井眼。

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