優(yōu)快鉆井技術(shù)在環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)的應(yīng)用

楊明合，李維軒，劉穎彪，石建剛，徐生江，周鵬高，楊 虎

（1.鉆井工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室防漏堵漏技術(shù)研究室（長(zhǎng)江大學(xué)），湖北武漢 430100；2.新疆油田公司工程技術(shù)研究院，新疆克拉瑪依 834000）

瑪湖凹陷是準(zhǔn)噶爾盆地二級(jí)構(gòu)造單元，環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)勘探工作目標(biāo)是進(jìn)一步深化三疊系-二疊系不整合上下地層巖性油藏富集與高產(chǎn)規(guī)律，擴(kuò)大百口泉組勘探成果，探索和拓展二疊系有利勘探領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量目標(biāo)。凹陷斜坡區(qū)下部地層巖性和壓力系統(tǒng)比較復(fù)雜，區(qū)域壓力變化大，縱向多套壓力系統(tǒng)并存，下部地層可鉆性較差，在某些井段鉆進(jìn)時(shí)機(jī)械鉆速低，井下復(fù)雜情況時(shí)有發(fā)生，致使鉆井周期加長(zhǎng)、鉆井投資增大。

優(yōu)快鉆井技術(shù)是國內(nèi)近幾年提出并迅速發(fā)展起來新的鉆井工藝技術(shù)。其主要研究?jī)?nèi)容是對(duì)各項(xiàng)鉆井技術(shù)應(yīng)用最優(yōu)化理論，結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益綜合分析，確定各項(xiàng)鉆井技術(shù)的最優(yōu)匹配模式。綜合應(yīng)用優(yōu)快鉆井技術(shù)，可以顯著提高鉆井效率，加快新疆油田環(huán)瑪湖地區(qū)勘探開發(fā)步伐，節(jié)約勘探開發(fā)成本。

1 環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)地層鉆井地質(zhì)難點(diǎn)分析

（1）環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)壓力系統(tǒng)復(fù)雜，區(qū)域壓力變化大。由夏72 井區(qū)、瑪13 井區(qū)至瑪北油田、瑪南斜坡，儲(chǔ)層百口泉組試油外推壓力1.0～1.15 g/cm3上升到1.40～1.7 g/cm3，由瑪西斜坡至瑪東斜坡，地層壓力逐步升高。

（2）環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)縱向多套壓力系統(tǒng)并存。地層壓力上低下高，侏羅系及三疊系地層承壓能力低，百口泉組及烏爾禾組儲(chǔ)層安全密度窗口窄，若處于同一裸眼井段，鉆井風(fēng)險(xiǎn)大，井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化難度大。

（3）環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)漏失層段多、漏失壓力低，普遍存在漏失現(xiàn)象，防漏堵漏難度大。在白堊系吐谷魯群組底部的砂礫巖、侏羅系西山窯組和八道灣組的煤層、二疊系克拉瑪依組的砂礫巖等地層，漏失頻繁。

（4）環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)部分地層井壁穩(wěn)定性差，制約井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化。三工河組軟泥巖、八道灣組砂礫巖、克拉瑪依、百口泉組硬脆性泥巖易垮塌，造成鉆井阻卡，水平井的井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化簡(jiǎn)化難度大。

（5）環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)侏羅系八道灣組底部普遍存在礫石發(fā)育，厚度100～350 m 不等，可鉆性差。且克拉瑪依組地層巖性橫向變化大，縱向夾層多，砂礫巖粒徑大小不均，制約PDC 鉆頭優(yōu)選；儲(chǔ)層百口泉組砂礫巖礫徑大，平均厚度150～200 m，PDC 鉆頭突破難度大。

2 環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)優(yōu)化鉆井配套技術(shù)

2.1 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

合理的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要取決于對(duì)地層的巖性、地層壓力及復(fù)雜層位分布等鉆井工程因素的綜合分析結(jié)果。根據(jù)環(huán)瑪湖凹陷斜坡帶地層壓力系統(tǒng)分布規(guī)律研究結(jié)果，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)施工，環(huán)瑪湖斜坡區(qū)井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)逐步趨于成熟?，敽枷莠敱毙逼聟^(qū)域的井身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化演變過程（見圖1），其井身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)基本規(guī)律為：針對(duì)20 世紀(jì)90 年代的瑪北油田標(biāo)準(zhǔn)的三開結(jié)構(gòu)，通過對(duì)技套下深進(jìn)行優(yōu)化，縮短了技套下深；然后從標(biāo)準(zhǔn)三開結(jié)構(gòu)嘗試二開井身結(jié)構(gòu)，即Φ311.2+Φ215.9 mm 復(fù)合，預(yù)留一層技套，到最終簡(jiǎn)化為Φ241.3+Φ215.9 mm 鉆頭復(fù)合井眼。

圖1 瑪北斜坡區(qū)域的井身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化演變過程示意圖

2.2 鉆頭類型優(yōu)選

根據(jù)環(huán)瑪湖地區(qū)已鉆井使用的多種不同類型、尺寸的鉆頭，通過對(duì)鉆頭資料收集、整理、分析，從完鉆井的鉆頭實(shí)際使用效果著手，以鉆頭進(jìn)尺、純鉆進(jìn)時(shí)間為最終評(píng)判結(jié)果，采用比能法對(duì)已使用鉆頭進(jìn)行評(píng)價(jià)優(yōu)選，使得鉆頭選型在定性基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了定量化，既反映鉆頭的使用效果及使用條件，又綜合反映了一只鉆頭在某一地層內(nèi)的鉆井效果。

比能計(jì)算公式為：

對(duì)于砂巖、泥巖地層系數(shù)A=6.23×10-3、B=9.818×10-3、C=0.086；對(duì)于灰?guī)r地層則A=6.11×10-3、B=2.14×10-3、C=0.12。

式中：SE-比能，MJ/m3；W-鉆壓，kN；D-鉆頭直徑，mm；N 轉(zhuǎn)速，r/min；Tb-鉆頭扭矩，kN·m；R-鉆速，m/h；P-鉆頭比水功率，kW/cm3。

通過計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，逐步形成了一套適用與該地區(qū)的鉆頭序列。表1 給出了適用于環(huán)瑪湖凹陷的優(yōu)選鉆頭序列：上部井段采用6 刀翼、16 mm 雙排切削齒PDC 鉆頭（FX65DX3）和5 刀翼、19 mm 雙排切削齒PDC 鉆頭（FS2563BGZ），下部井段采用XJDBS的FS2563BGX3 型號(hào)PDC 鉆頭。

表1 適用于環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)鉆頭優(yōu)選結(jié)果

2.3 扭力沖擊器提速技術(shù)

扭力沖擊器配合PDC 鉆頭，能將鉆井液的流體能量轉(zhuǎn)換成扭向的、高頻的、均勻穩(wěn)定的機(jī)械沖擊能量并直接傳遞給PDC 鉆頭，消除鉆頭粘滑現(xiàn)象，減少反沖扭力，有助于提高鉆頭的耐久性，延長(zhǎng)鉆頭使用壽命。在夏91 井、瑪15 井克拉瑪依組砂礫巖地層，試驗(yàn)扭力沖擊器+PDC 鉆頭，機(jī)械鉆速比鄰井提高2 倍左右，提速效果顯著。試驗(yàn)對(duì)比效果（見表2）。

表2 試驗(yàn)扭力沖擊器+PDC 鉆頭（三疊系克拉瑪依組）試驗(yàn)結(jié)果

2.4 優(yōu)化鉆井液體系配方

根據(jù)環(huán)瑪湖區(qū)塊地層特征，對(duì)鉀鈣基聚磺鉆井液體系中抑制劑、包被劑、降失水劑、封堵劑、潤(rùn)滑劑進(jìn)行了評(píng)價(jià)及優(yōu)選，通過不同處理劑組合、配方優(yōu)化等100組室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，最終形成適合環(huán)瑪湖區(qū)塊的鉆井液技術(shù)。

針對(duì)環(huán)瑪湖區(qū)塊漏失特征，對(duì)常用的隨鉆堵漏劑進(jìn)行了評(píng)價(jià)及優(yōu)選，通過不同加量的隨鉆堵漏劑的流變性及砂床評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)可以得知，JCM-12、SD-601 對(duì)流變性影響最小、漏失量最少。通過常規(guī)堵漏技術(shù)研究，評(píng)價(jià)不同架橋離子的形狀（顆粒、纖維、片狀）、尺寸、強(qiáng)度（剛性材料和彈性材料）的合理匹配，形成的適合環(huán)瑪湖區(qū)塊的堵漏劑配方（4#），該配方對(duì)裂縫有較寬的適應(yīng)性，可以封堵1～3 mm 的裂縫，并且能承壓至7 MPa（見表3）。

加入隨鉆堵漏劑，可以形成具有一定強(qiáng)度的非滲透性屏蔽帶，提高泥餅承壓能力及防漏能力?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用23 口井，發(fā)生井漏6 井次，較攻關(guān)前漏失井率降低了27.25 %。通過應(yīng)用橋塞堵漏技術(shù)，井漏復(fù)雜處理時(shí)間短，平均單井漏失量下降28.23 %、平均單井處理時(shí)間下降41.57 %。

3 優(yōu)快鉆井技術(shù)應(yīng)用效果分析

在對(duì)地層壓力、井壁穩(wěn)定性及巖石力學(xué)特性綜合分析的基礎(chǔ)上，環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案不斷優(yōu)化。通過不斷強(qiáng)化鉆井配套技術(shù)，優(yōu)化鉆頭設(shè)計(jì)和不同區(qū)帶攻關(guān)試驗(yàn)，優(yōu)選出一套適用的鉆頭序列。應(yīng)用環(huán)瑪湖區(qū)塊的防漏堵漏技術(shù)，鉆井提速效果明顯。攻關(guān)后，環(huán)瑪湖斜坡帶20 口直井平均機(jī)械鉆速6.10 m/h，提高22 %；平均鉆井周期83.17 d，縮短11.89 d；井下鉆井復(fù)雜事故明顯減少（時(shí)效為0.77 %）（見表4）。

表3 常規(guī)橋接材料封堵承壓性能試驗(yàn)結(jié)果

表4 環(huán)瑪湖斜坡帶鉆井綜合效果對(duì)比

4 結(jié)論

（1）通過對(duì)環(huán)瑪湖斜坡區(qū)地層的巖性、地層壓力及復(fù)雜層位分布等鉆井工程因素的綜合分析，優(yōu)化了套管程序，環(huán)瑪湖斜坡區(qū)井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)逐步趨于成熟。

（2）應(yīng)用比能法對(duì)已使用鉆頭進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，逐步形成了一套適用于環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)的鉆頭序列；結(jié)合井下提速配套工具的有效利用，鉆井提速效果顯著。

（3）根據(jù)環(huán)瑪湖區(qū)塊地層漏失特征，通過不同處理劑組合評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化鉆井液體系配方，防漏堵漏技術(shù)取得良好成效，形成適合環(huán)瑪湖區(qū)塊的鉆井液技術(shù)。

（4）綜合應(yīng)用優(yōu)快鉆井技術(shù)，環(huán)瑪湖凹陷斜坡鉆井提速效果明顯，加快新疆油田環(huán)瑪湖地區(qū)勘探開發(fā)步伐。

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