準(zhǔn)噶爾盆地烏夏探區(qū)優(yōu)快鉆井配套技術(shù)研究與應(yīng)用*

楊云鋒，謝建安，辛小亮，劉佩煊，申延晴，付連明

（1.長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北荊州434023；2.中國(guó)石油新疆油田公司勘探公司，新疆克拉瑪依834000）

準(zhǔn)噶爾盆地烏夏探區(qū)優(yōu)快鉆井配套技術(shù)研究與應(yīng)用*

楊云鋒，謝建安，辛小亮，劉佩煊，申延晴，付連明

（1.長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北荊州434023；2.中國(guó)石油新疆油田公司勘探公司，新疆克拉瑪依834000）

準(zhǔn)噶爾盆地烏夏探區(qū)地層巖性復(fù)雜，部分地層壓力變化大，漏失現(xiàn)象嚴(yán)重，風(fēng)城組巖鹽發(fā)育，可鉆性差，機(jī)械鉆速慢，鉆井周期過(guò)長(zhǎng)，嚴(yán)重制約了烏夏探區(qū)的勘探進(jìn)程。通過(guò)綜合分析該區(qū)塊鉆井地質(zhì)特點(diǎn)，有針對(duì)性的開展烏夏探區(qū)鉆井專項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)。通過(guò)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用欠平衡鉆井技術(shù)，優(yōu)選防漏堵漏抗鹽侵鉆井液體系和水泥漿固井技術(shù)，運(yùn)用鉆井集成提速技術(shù)，形成了一套適合烏夏探區(qū)的優(yōu)快鉆井配套技術(shù)。通過(guò)對(duì)比分析2010～2015年烏夏探區(qū)鉆井技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)行攻關(guān)后平均鉆井周期縮短69d，復(fù)雜時(shí)率降低5.8%，平均機(jī)械鉆速提高16.3%，平均月速度提高20.2%。

烏夏探區(qū)；優(yōu)快鉆井；井身結(jié)構(gòu)；欠平衡；水泥漿

烏夏斷裂帶位于瑪湖凹陷北斜坡，ZX72井、FC1井、FN5等井在二疊系風(fēng)城組一段火成巖、云質(zhì)巖儲(chǔ)層相繼獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流后，展示了烏夏探區(qū)深層二疊系風(fēng)城組良好的油氣勘探前景。然而該探區(qū)地層巖性復(fù)雜，部分地層壓力變化大，地層可鉆性差，導(dǎo)致該區(qū)域機(jī)械鉆速低，鉆井周期長(zhǎng)，嚴(yán)重制約了烏夏探區(qū)的勘探進(jìn)程。在深入分析烏夏探區(qū)區(qū)域地質(zhì)特征，參考國(guó)內(nèi)其他油田進(jìn)行烏夏探區(qū)鉆井專項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)。通過(guò)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用欠平衡鉆井技術(shù)，優(yōu)選抗鹽侵鉆井液體系和水泥漿固井技術(shù)，運(yùn)用鉆井集成提速技術(shù)，形成了一套適合烏夏探區(qū)的優(yōu)快鉆井配套技術(shù)。

1　鉆井難點(diǎn)分析

1.1巖性復(fù)雜

烏夏探區(qū)二疊系地層巖性致密，巖石強(qiáng)度高，研磨性強(qiáng)，導(dǎo)致機(jī)械鉆速慢，且二疊系巖性縱向變化大，均質(zhì)性差，建立鉆頭序列困難。二疊系風(fēng)城組地層壓力變化大，井控風(fēng)險(xiǎn)高，風(fēng)城組二段存在鹽巖層，易污染鉆井液影響鉆井液性能的穩(wěn)定性。

1.2漏失嚴(yán)重

二疊系夏子街組、風(fēng)城組裂縫發(fā)育，導(dǎo)致鉆井過(guò)程中鉆井液漏失嚴(yán)重，固井過(guò)程中因儲(chǔ)層裂縫發(fā)育水泥漿易漏失低返，造成固井質(zhì)量差，封隔質(zhì)量難以保證[1]。

2　優(yōu)快鉆井配套技術(shù)

2.1合理設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)

合理的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅能有效避免井漏、井塌、卡鉆等事故的發(fā)生，還可以減少固井水泥、套管的用量，大幅度降低鉆井成本。根據(jù)烏夏斷裂帶完成井地質(zhì)資料分析，熟悉掌握區(qū)域地層壓力分布規(guī)律，烏夏探區(qū)P2w地層自西北向東南地層壓力系數(shù)不斷抬升，區(qū)域內(nèi)存在兩套不同的壓力體系。其壓力分布特點(diǎn)如下：P2w～P2x地層孔隙壓力較低，存在漏失風(fēng)險(xiǎn)；P2x～P1f3頂部地層破裂壓力下降，泥漿安全窗口較窄；P1f1孔隙壓力臺(tái)階式抬升，密度窗口進(jìn)一步減小。針對(duì)以上地層壓力分布特征，采用三開井身結(jié)構(gòu)時(shí)技套需下至風(fēng)三段頂部150m左右，封固J2x、J1b、T2k易垮塌地層和P2x、P1f3頂部破碎易漏層，為下部高壓層安全鉆進(jìn)創(chuàng)造條件；采用四開井身結(jié)構(gòu)時(shí)需在P2w底部增加一層技套，封固P2w相對(duì)高壓和不穩(wěn)定地層，避免與P2x及P1f3頂部易漏地層在同一裸眼段鉆進(jìn)。通過(guò)對(duì)烏夏探區(qū)2010～2015年預(yù)探井進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降本增效成效顯著，其中5口試驗(yàn)井共節(jié)省套管963.7t，平均鉆井周期縮短69天。

2.2欠平衡鉆井技術(shù)

欠平衡鉆井技術(shù)主要以氮?dú)狻⑴菽瓰檠h(huán)介質(zhì)的一種鉆井工藝，可減少對(duì)產(chǎn)層的損害，有效保護(hù)油氣層，降低鉆井成本，提高機(jī)械鉆速，延長(zhǎng)鉆頭使用壽命，有效控制漏失，減少壓差卡鉆等事故得發(fā)生[2]。結(jié)合烏夏斷裂帶已鉆井鉆速緩慢情況，對(duì)烏夏探區(qū)已部署井位進(jìn)行井眼穩(wěn)定性分析，優(yōu)化欠平衡鉆井技術(shù)使用井段。烏夏探區(qū)地層發(fā)育較全，所部屬探井三開段可能鉆遇風(fēng)城組（P1f）、石炭系（C2b）。根據(jù)鄰井測(cè)井資料分析及實(shí)鉆情況可知，風(fēng)城組P1f屬于力學(xué)穩(wěn)定地層，巖性以云化的白云巖為主，無(wú)井壁坍塌風(fēng)險(xiǎn)；石炭系C2b地層堅(jiān)硬，可鉆性差，巖性以火成巖為主，井壁失穩(wěn)坍塌風(fēng)險(xiǎn)低。因此，針對(duì)烏夏探區(qū)2010～2015年7口探井實(shí)施欠平衡鉆井技術(shù)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　2010～2015年欠平衡鉆井實(shí)施情況Tab.1Implementation of underbanlanced drilling between 2010 and 2015

從表1可以看出，通過(guò)實(shí)施欠平衡鉆井技術(shù)，機(jī)械鉆速是常規(guī)鉆井的3～5倍，7口探井均提速1.66～5.11倍，節(jié)約工期8～63d，且井漏、壓差卡鉆等復(fù)雜大幅度降低，既縮短了鉆井周期，又降低了井下復(fù)雜的發(fā)生。

2.3防漏堵漏抗鹽侵鉆井液體系[3-5]

烏夏探區(qū)風(fēng)城組二段存在大段鹽巖層，通過(guò)巖心礦物理化特性分析表明，90%以上為NaHCO3和Na2CO3，溶解實(shí)驗(yàn)表明巖鹽層的白色粉末在室溫下16h后94.25%溶解分散于鉆井液中，滴定結(jié)果顯示白色粉末中NaHCO3占46.6%，Na2CO3占35.1%。室內(nèi)通過(guò)對(duì)該鉆井液體系處理劑進(jìn)行優(yōu)選，形成了一套適合巖鹽地層的鉀鈣基聚磺—有機(jī)鹽鉆井液體系。其配方如下：3～4%搬土+0.2%Na2CO3+0.2～0.3% KOH+0.5～0.7%包被劑PMHA-2+0.5～0.7%降濾失劑SP-8+3%降濾失劑SMP-1+1%降濾失劑SPNH+5～10%KCl+10%有機(jī)鹽+0.8%降濾失劑LV-CMC+1%低熒光潤(rùn)滑劑+3%磺化瀝青+0.2%～0.5%CaO+重晶石。針對(duì)風(fēng)城組裂縫發(fā)育的地質(zhì)特征，在以上基漿配方的基礎(chǔ)上進(jìn)行隨鉆堵漏技術(shù)研究。通過(guò)流變性和砂床評(píng)價(jià)試驗(yàn)，將兩種隨鉆堵漏劑JCM-12、SD-601復(fù)配使用，漏失量最少。該探區(qū)攻關(guān)井AK1井四開段下部地層采用鉀鈣基聚磺-有機(jī)鹽鉆井液體系，安全快速鉆進(jìn)4950～5670m層巖鹽層。同鄰井FN5井對(duì)比，AK1井井眼質(zhì)量大幅提高，泥漿漏失等復(fù)雜時(shí)率大幅降低，見(jiàn)表2。

表2　鉆井液技術(shù)攻關(guān)前后應(yīng)用效果對(duì)比Tab.2Application effect comparison before and after drilling fluid technical problem tackling

2.4超高、超低密度水泥漿固井技術(shù)

2.4.1抗污染超高密度水泥漿固井技術(shù)烏夏斷裂帶風(fēng)城探區(qū)油層的完鉆井深平均在4000m以上，井底溫度、壓力高，完井鉆井液密度達(dá)到2.0g·cm-3以上，需要用高密度水泥漿體系進(jìn)行固井，固井水泥漿設(shè)計(jì)、添加劑的混配異常困難。高密度、高粘度鉆井液在下套管的過(guò)程中活塞效應(yīng)明顯，井眼縮徑、垮塌，造成下套管作業(yè)難，高密度、高粘度水泥漿在頂替高密度、高粘度鉆井液時(shí)環(huán)空流動(dòng)壓耗大，不容易形成紊流，頂替效率低。此外，水泥漿受到鉆井液污染后，流動(dòng)性變差，粘度和動(dòng)切力上升，水泥石強(qiáng)度降低，一、二界面膠結(jié)能力減弱，影響固井質(zhì)量。根據(jù)實(shí)際工程概況，研究出一套膠乳防竄水泥漿體系，水泥漿配方如下：TH.G級(jí)水泥+20%～40%微珠+6%～10%微硅+2%防氣竄劑+4%膨脹劑+3%增塑劑+15～30%膠乳D600G+6%降失水劑+0.6%～2.2%分散劑D145A+0.8%早強(qiáng)劑+0.1%～0.5%消泡劑D047+0.5%懸浮劑D153+1.2%緩凝劑D801，通過(guò)在室內(nèi)進(jìn)行鉆井液及水泥漿體系模擬抗污染試驗(yàn)，水泥漿強(qiáng)度、流變性、流動(dòng)度、失水、稠化時(shí)間等性能均滿足深井固井要求，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用通過(guò)套后成像測(cè)井檢查固井質(zhì)量均達(dá)到合格，固井強(qiáng)度與質(zhì)量滿足完井試油要求。

2.4.2超低密度水泥漿固井技術(shù)烏夏斷裂帶克百探區(qū)和鳳城探區(qū)二疊系風(fēng)城組呈現(xiàn)截然相反的地質(zhì)特征，該區(qū)漏失層段多，下套管過(guò)程中因套管刮削井壁增加激動(dòng)壓力，易破壞井壁穩(wěn)定性，引起下部裸眼段漏失，且井底溫度平均達(dá)到99℃，封固段頂部與底部溫差過(guò)大，對(duì)水泥漿強(qiáng)度影響較大。此外，克百探區(qū)水泥封固段地層破裂壓力低，部分探井封固段地層壓力低至1.10g·cm-3，固井時(shí)易發(fā)生井漏，造成水泥漿漏失低返[6]。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，得到水泥漿配方如下：TH.G級(jí)水泥+24%～60%微珠+11%～35%微硅+4%～8%早強(qiáng)劑SW-1A+4%膨脹劑SNP+（4%～6%降失水劑ST900L+1.1%～1.5%分散劑SXY-2+0.4%～0.5%緩凝劑ST200R）+67%～83%液固比?？税偬絽^(qū)BQ1井、BQ2井等探井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)漏失，水泥膠結(jié)質(zhì)量較好，12MPa試壓30min未降，固井質(zhì)量合格，而鄰井KB1井、FC011井在固井過(guò)程中均出現(xiàn)水泥漿漏失。

2.5高效鉆井集成提速技術(shù)[7，8]

通過(guò)對(duì)烏夏探區(qū)地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行分析，建立了地層巖石力學(xué)特征性剖面。P2w及以上地層以泥巖為主，可鉆性級(jí)值小于5，巖石強(qiáng)度低，較適合PDC鉆頭鉆進(jìn)。針對(duì)K、J1b中下部地層，選擇5刀翼、19mm切削齒鋼體PDC鉆頭，J1b底部礫巖層選擇6刀翼、16mm雙排切削齒胎體PDC鉆頭，同鄰井鉆探情況相比，F(xiàn)N7井、AK1井等同層位使用PDC鉆頭機(jī)械鉆速明顯高于牙輪鉆頭。P2w、P2x及P1f3地層巖性變化較大，中上部地層為泥巖與泥質(zhì)粉砂巖不等厚互層，下部地層巖石強(qiáng)度明顯增大，可鉆性級(jí)值處于4.5～6之間，可鉆性變差。經(jīng)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)分析結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)鉆情況，P2w、P2x及P1f3段地層使用扭力沖擊器+6刀翼、16mm切削齒PDC鉆頭或Newdrill工具+6刀翼、16mm切削齒PDC鉆頭?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，三疊系地層應(yīng)用的6口探井平均提速2.42倍，單井節(jié)約工期9.5d，二疊系地層應(yīng)用的2口探井平均提速2.71倍，單井節(jié)約工期17d。P1f2、P1f1地層可鉆性級(jí)值為6～7.5，巖石強(qiáng)度高，研磨性強(qiáng)，屬于硬脆性地層，因此鉆探該地層選用渦輪鉆具+孕鑲金剛石鉆頭復(fù)合鉆井技術(shù)，結(jié)合氣基流體欠平衡鉆井技術(shù)，與常規(guī)牙輪鉆進(jìn)相比，AK1井風(fēng)二段提速46%，F(xiàn)N7井風(fēng)一段提速119%，風(fēng)城組鉆井提速效果明顯。

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

根據(jù)烏夏探區(qū)地質(zhì)條件和鉆井特點(diǎn)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)，應(yīng)用欠平衡鉆井技術(shù)和防漏堵漏抗鹽侵鉆井液體系，優(yōu)選超高、超低密度水泥漿固井技術(shù)，推廣高效鉆井集成提速技術(shù)，有代表性地選擇2011～2015年間技術(shù)攻關(guān)后5口探井與2010年前的5口探井進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)對(duì)比。通過(guò)對(duì)比分析2010～2015年烏夏探區(qū)鉆井技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)行攻關(guān)后平均鉆井周期縮短69d，平均復(fù)雜時(shí)率降低5.8%，平均機(jī)械鉆速提高16.3%，平均月速度提高20.2%。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果可看出，采用該配套優(yōu)快鉆井技術(shù)后，鉆井周期、機(jī)械鉆速、月速度和復(fù)雜時(shí)率均優(yōu)于技術(shù)攻關(guān)前，綜合提速效果顯著。

表3　配套技術(shù)應(yīng)用前后鉆井指標(biāo)對(duì)比Tab.3Drilling technical index comparison before and after applying matching technology

4　結(jié)論及建議

（1）配套優(yōu)快鉆井技術(shù)在烏夏探區(qū)的應(yīng)用，大幅度提高了機(jī)械鉆速，縮短了鉆井周期，降低了復(fù)雜時(shí)率，同時(shí)優(yōu)選防漏堵漏抗鹽侵鉆井液體系，并通過(guò)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)大大節(jié)約了鉆井成本，為鉆井提速和加快烏夏探區(qū)的勘探步伐提供了有力保障。

（2）合理的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能有效封隔易垮塌層和易漏地層，增加處理復(fù)雜的應(yīng)變能力，為后續(xù)安全鉆進(jìn)創(chuàng)造了條件。

（3）欠平衡鉆井技術(shù)的應(yīng)用，不僅能大幅度提高鉆井速度，減少鉆井過(guò)程中鉆井液對(duì)地層的傷害，還可以避免井漏問(wèn)題，減少壓差卡鉆等復(fù)雜的發(fā)生。

（4）正確選用水泥漿配方，優(yōu)選固井技術(shù)，是古井質(zhì)量達(dá)到優(yōu)質(zhì)的重要保證。

（5）通過(guò)地層巖石力學(xué)特性分析，建立了一套自上而下的適合烏夏探區(qū)各地層的輔助提速工具+鉆頭復(fù)合鉆井技術(shù)，建議在烏夏探區(qū)進(jìn)一步推廣使用，加快烏夏探區(qū)的勘探步伐。

［1］楊明合，李維軒，劉穎彪，等.優(yōu)快鉆井技術(shù)在環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)的應(yīng)用［J］.石油化工應(yīng)用，2013，33（3）：23-26.

［2］楊雄文，周英操，方世良，等.控壓欠平衡鉆井工藝實(shí)現(xiàn)方法與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)［J］.天然氣工業(yè)，2012,32（1）：75-80.

［3］王勁松，亢德峰，藍(lán)強(qiáng).雙聚磺胺基聚醇鉆井液在渤南低滲油田的應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2010,27（3）：51-54.

［4］邱春陽(yáng)，秦濤，王寶田，等.準(zhǔn)噶爾盆地中部4區(qū)塊侏羅系井壁穩(wěn)定鉆井液技術(shù)［J］.鉆采工藝，2015,38（5）：77-80.

［5］張偉，楊洪，蔣學(xué)光，等.快速鉆井液技術(shù)的研究與應(yīng)用—以準(zhǔn)噶爾盆地車排子-中拐地區(qū)為例［J］.天然氣工業(yè)，2012,32（2）：60-62.

［6］張偉，魏瑞華，楊洪，等.超低密度水泥漿固井技術(shù)的應(yīng)用-以百泉1井為例［J］.天然氣工業(yè)，2012,32（4）：69-71.

［7］劉志鵬，曾恒，周學(xué)軍.適用于特定地層的PDC鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì)［J］.天然氣工業(yè)，2013,33（3）：59-63.

［8］穆國(guó)臣，陳曉峰，王雪，等.松南地區(qū)深井鉆井提速難點(diǎn)與對(duì)策［J］.石油鉆探技術(shù)，2011,39（6）：19-22.

Research and application of the matching optimized fast drilling in wu-xia exploration area,junggar basin*

YANG Yun-feng，XIE Jian-an，XIN Xiao-liang，LIU Pei-xuan，SHEN Yan-qing，F(xiàn)U Lian-ming
（1.College of Chemical and Environmental Engineering,Yangtze University,Jingzhou,434023,China；2.Exploration Division of Xinjiang Oilfield Company,Petrochina,Karamay 834000,China）

Wu-Xia exploration area of Junggar is a complex formation with complex lithologies,changeable regional pressure,serious formation leakage and existence of gypsolith of Fengcheng formation,leading to poor drillability,low ROP and long drilling circle,which greatly hinders the exploration progress in Wu-Xia exploration area.Through a comprehensive analysis of drilling geological characteristics of this block,efforts have been made to tackle the technical difficulties in drilling acceleration,and a complete set of techniques have been developed for drilling acceleration through such measures as optimization of wellbore configuration,using underbalanced drilling and lost circulation prevention and salt-tolerant drilling fluid,optimizing slurry cementing and using integration technology of drilling.By comparing the analysis of tech-economic indication of drilling in Wu-Xia exploration area from 2010 to 2015,drilling period of the wells to which techniques have been applied was shortened to 69 d,and downhole trouble rate was down by 5.8%,and the average rate of penetration was up by 16.3%,and monthly drilling rate was improved by 20.2%.

Wu-Xia exploration area；optimal and fast drilling；well bore configuration；underbalanced drilling；oilwell cement slurry

TE22

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20161140

2016-08-13

中石油股份公司鉆井科研項(xiàng)目“烏夏地區(qū)鉆井提速配套技術(shù)研究與應(yīng)用（2011XZQ-B-0002）”

楊云鋒（1991-），男，碩士生，主要從事油田化學(xué)方面的學(xué)習(xí)與研究。