準噶爾盆地烏夏探區(qū)優(yōu)快鉆井配套技術研究與應用*

楊云鋒，謝建安，辛小亮，劉佩煊，申延晴，付連明

（1.長江大學化學與環(huán)境工程學院，湖北荊州434023；2.中國石油新疆油田公司勘探公司，新疆克拉瑪依834000）

準噶爾盆地烏夏探區(qū)優(yōu)快鉆井配套技術研究與應用*

楊云鋒，謝建安，辛小亮，劉佩煊，申延晴，付連明

（1.長江大學化學與環(huán)境工程學院，湖北荊州434023；2.中國石油新疆油田公司勘探公司，新疆克拉瑪依834000）

準噶爾盆地烏夏探區(qū)地層巖性復雜，部分地層壓力變化大，漏失現(xiàn)象嚴重，風城組巖鹽發(fā)育，可鉆性差，機械鉆速慢，鉆井周期過長，嚴重制約了烏夏探區(qū)的勘探進程。通過綜合分析該區(qū)塊鉆井地質(zhì)特點，有針對性的開展烏夏探區(qū)鉆井專項技術攻關。通過優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)設計，采用欠平衡鉆井技術，優(yōu)選防漏堵漏抗鹽侵鉆井液體系和水泥漿固井技術，運用鉆井集成提速技術，形成了一套適合烏夏探區(qū)的優(yōu)快鉆井配套技術。通過對比分析2010～2015年烏夏探區(qū)鉆井技術指標，進行攻關后平均鉆井周期縮短69d，復雜時率降低5.8%，平均機械鉆速提高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等井在二疊系風城組一段火成巖、云質(zhì)巖儲層相繼獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流后，展示了烏夏探區(qū)深層二疊系風城組良好的油氣勘探前景。然而該探區(qū)地層巖性復雜，部分地層壓力變化大，地層可鉆性差，導致該區(qū)域機械鉆速低，鉆井周期長，嚴重制約了烏夏探區(qū)的勘探進程。在深入分析烏夏探區(qū)區(qū)域地質(zhì)特征，參考國內(nèi)其他油田進行烏夏探區(qū)鉆井專項技術攻關。通過優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)設計，采用欠平衡鉆井技術，優(yōu)選抗鹽侵鉆井液體系和水泥漿固井技術，運用鉆井集成提速技術，形成了一套適合烏夏探區(qū)的優(yōu)快鉆井配套技術。

1　鉆井難點分析

1.1巖性復雜

烏夏探區(qū)二疊系地層巖性致密，巖石強度高，研磨性強，導致機械鉆速慢，且二疊系巖性縱向變化大，均質(zhì)性差，建立鉆頭序列困難。二疊系風城組地層壓力變化大，井控風險高，風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漏失嚴重

二疊系夏子街組、風城組裂縫發(fā)育，導致鉆井過程中鉆井液漏失嚴重，固井過程中因儲層裂縫發(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

2.1合理設計井身結(jié)構(gòu)

合理的井身結(jié)構(gòu)設計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。其壓力分布特點如下：P2w～P2x地層孔隙壓力較低，存在漏失風險；P2x～P1f3頂部地層破裂壓力下降，泥漿安全窗口較窄；P1f1孔隙壓力臺階式抬升，密度窗口進一步減小。針對以上地層壓力分布特征，采用三開井身結(jié)構(gòu)時技套需下至風三段頂部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創(chuàng)造條件；采用四開井身結(jié)構(gòu)時需在P2w底部增加一層技套，封固P2w相對高壓和不穩(wěn)定地層，避免與P2x及P1f3頂部易漏地層在同一裸眼段鉆進。通過對烏夏探區(qū)2010～2015年預探井進行井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降本增效成效顯著，其中5口試驗井共節(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

欠平衡鉆井技術主要以氮氣、泡沫為循環(huán)介質(zhì)的一種鉆井工藝，可減少對產(chǎn)層的損害，有效保護油氣層，降低鉆井成本，提高機械鉆速，延長鉆頭使用壽命，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，對烏夏探區(qū)已部署井位進行井眼穩(wěn)定性分析，優(yōu)化欠平衡鉆井技術使用井段。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城組（P1f）、石炭系（C2b）。根據(jù)鄰井測井資料分析及實鉆情況可知，風城組P1f屬于力學穩(wěn)定地層，巖性以云化的白云巖為主，無井壁坍塌風險；石炭系C2b地層堅硬，可鉆性差，巖性以火成巖為主，井壁失穩(wěn)坍塌風險低。因此，針對烏夏探區(qū)2010～2015年7口探井實施欠平衡鉆井技術，結(jié)果見表1。

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

從表1可以看出，通過實施欠平衡鉆井技術，機械鉆速是常規(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、壓差卡鉆等復雜大幅度降低，既縮短了鉆井周期，又降低了井下復雜的發(fā)生。

2.3防漏堵漏抗鹽侵鉆井液體系[3-5]

烏夏探區(qū)風城組二段存在大段鹽巖層，通過巖心礦物理化特性分析表明，90%以上為NaHCO3和Na2CO3，溶解實驗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)通過對該鉆井液體系處理劑進行優(yōu)選，形成了一套適合巖鹽地層的鉀鈣基聚磺—有機鹽鉆井液體系。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%有機鹽+0.8%降濾失劑LV-CMC+1%低熒光潤滑劑+3%磺化瀝青+0.2%～0.5%CaO+重晶石。針對風城組裂縫發(fā)育的地質(zhì)特征，在以上基漿配方的基礎上進行隨鉆堵漏技術研究。通過流變性和砂床評價試驗，將兩種隨鉆堵漏劑JCM-12、SD-601復配使用，漏失量最少。該探區(qū)攻關井AK1井四開段下部地層采用鉀鈣基聚磺-有機鹽鉆井液體系，安全快速鉆進4950～5670m層巖鹽層。同鄰井FN5井對比，AK1井井眼質(zhì)量大幅提高，泥漿漏失等復雜時率大幅降低，見表2。

表2　鉆井液技術攻關前后應用效果對比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

2.4.1抗污染超高密度水泥漿固井技術烏夏斷裂帶風城探區(qū)油層的完鉆井深平均在4000m以上，井底溫度、壓力高，完井鉆井液密度達到2.0g·cm-3以上，需要用高密度水泥漿體系進行固井，固井水泥漿設計、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程中活塞效應明顯，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、高粘度鉆井液時環(huán)空流動壓耗大，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，流動性變差，粘度和動切力上升，水泥石強度降低，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%早強劑+0.1%～0.5%消泡劑D047+0.5%懸浮劑D153+1.2%緩凝劑D801，通過在室內(nèi)進行鉆井液及水泥漿體系模擬抗污染試驗，水泥漿強度、流變性、流動度、失水、稠化時間等性能均滿足深井固井要求，現(xiàn)場應用通過套后成像測井檢查固井質(zhì)量均達到合格，固井強度與質(zhì)量滿足完井試油要求。

2.4.2超低密度水泥漿固井技術烏夏斷裂帶克百探區(qū)和鳳城探區(qū)二疊系風城組呈現(xiàn)截然相反的地質(zhì)特征，該區(qū)漏失層段多，下套管過程中因套管刮削井壁增加激動壓力，易破壞井壁穩(wěn)定性，引起下部裸眼段漏失，且井底溫度平均達到99℃，封固段頂部與底部溫差過大，對水泥漿強度影響較大。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，固井時易發(fā)生井漏，造成水泥漿漏失低返[6]。通過室內(nèi)試驗，得到水泥漿配方如下：TH.G級水泥+24%～60%微珠+11%～35%微硅+4%～8%早強劑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)場實施過程中未發(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井在固井過程中均出現(xiàn)水泥漿漏失。

2.5高效鉆井集成提速技術[7，8]

通過對烏夏探區(qū)地質(zhì)參數(shù)進行分析，建立了地層巖石力學特征性剖面。P2w及以上地層以泥巖為主，可鉆性級值小于5，巖石強度低，較適合PDC鉆頭鉆進。針對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，下部地層巖石強度明顯增大，可鉆性級值處于4.5～6之間，可鉆性變差。經(jīng)室內(nèi)模擬實驗分析結(jié)合現(xiàn)場實鉆情況，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)場應用結(jié)果表明，三疊系地層應用的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地層可鉆性級值為6～7.5，巖石強度高，研磨性強，屬于硬脆性地層，因此鉆探該地層選用渦輪鉆具+孕鑲金剛石鉆頭復合鉆井技術，結(jié)合氣基流體欠平衡鉆井技術，與常規(guī)牙輪鉆進相比，AK1井風二段提速46%，F(xiàn)N7井風一段提速119%，風城組鉆井提速效果明顯。

3　現(xiàn)場應用

根據(jù)烏夏探區(qū)地質(zhì)條件和鉆井特點，通過合理設計井身結(jié)構(gòu)，應用欠平衡鉆井技術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，推廣高效鉆井集成提速技術，有代表性地選擇2011～2015年間技術攻關后5口探井與2010年前的5口探井進行技術指標對比。通過對比分析2010～2015年烏夏探區(qū)鉆井技術指標，進行攻關后平均鉆井周期縮短69d，平均復雜時率降低5.8%，平均機械鉆速提高16.3%，平均月速度提高20.2%。根據(jù)現(xiàn)場應用效果可看出，采用該配套優(yōu)快鉆井技術后，鉆井周期、機械鉆速、月速度和復雜時率均優(yōu)于技術攻關前，綜合提速效果顯著。

表3　配套技術應用前后鉆井指標對比Tab.3Drilling technical index comparison before and after applying matching technology

4　結(jié)論及建議

（1）配套優(yōu)快鉆井技術在烏夏探區(qū)的應用，大幅度提高了機械鉆速，縮短了鉆井周期，降低了復雜時率，同時優(yōu)選防漏堵漏抗鹽侵鉆井液體系，并通過優(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)設計，能有效封隔易垮塌層和易漏地層，增加處理復雜的應變能力，為后續(xù)安全鉆進創(chuàng)造了條件。

（3）欠平衡鉆井技術的應用，不僅能大幅度提高鉆井速度，減少鉆井過程中鉆井液對地層的傷害，還可以避免井漏問題，減少壓差卡鉆等復雜的發(fā)生。

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

（5）通過地層巖石力學特性分析，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+鉆頭復合鉆井技術，建議在烏夏探區(qū)進一步推廣使用，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)快鉆井技術在環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)的應用［J］.石油化工應用，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現(xiàn)方法與現(xiàn)場試驗［J］.天然氣工業(yè)，2012,32（1）：75-80.

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

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

［5］張偉，楊洪，蔣學光，等.快速鉆井液技術的研究與應用—以準噶爾盆地車排子-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的應用-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，周學軍.適用于特定地層的PDC鉆頭個性化設計［J］.天然氣工業(yè)，2013,33（3）：59-63.

［8］穆國臣，陳曉峰，王雪，等.松南地區(qū)深井鉆井提速難點與對策［J］.石油鉆探技術，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目“烏夏地區(qū)鉆井提速配套技術研究與應用（2011XZQ-B-0002）”

楊云鋒（1991-），男，碩士生，主要從事油田化學方面的學習與研究。