鴨西背斜鉆井提速技術試驗及效果分析

郭寶林， 孫慶春

(1.西安石油大學石油工程學院，陜西 西安 710065； 2.西部鉆探定向井技術服務公司，新疆 克拉瑪依 834000； 3.中石化華北石油工程有限公司五普鉆井分公司，河南 新鄉(xiāng) 437000)

鴨西背斜鉆井提速技術試驗及效果分析

郭寶林1,2， 孫慶春1,3

(1.西安石油大學石油工程學院，陜西 西安 710065； 2.西部鉆探定向井技術服務公司，新疆 克拉瑪依 834000； 3.中石化華北石油工程有限公司五普鉆井分公司，河南 新鄉(xiāng) 437000)

鴨兒峽油田白堊系油藏鴨西背斜，地層傾角大、夾層多、研磨性強、可鉆性差。鉆進中直井段易斜；PDC鉆頭選型難度大，定向鉆井時，工具面穩(wěn)定性差、“托壓”嚴重；鉆井液性能要求高，常因與地層配伍性差，導致井下復雜情況發(fā)生，嚴重制約鉆速提高。本文針對制約鉆速提高的難點，通過現(xiàn)場試驗效果分析來闡述鴨西背斜鴨K區(qū)塊鉆井提速措施，包括直井段防斜打直技術、水力振蕩器試驗、PDC鉆頭個性化試驗、鉆具組合選擇和優(yōu)化鉆井液性能等，通過現(xiàn)場試驗，為鴨西背斜鉆井提速積累了成功經驗。

鉆井提速技術；個性化PDC鉆頭；水力振蕩器；防斜打直；鴨K區(qū)塊

0 引言

鴨西背斜鴨K區(qū)塊地處鴨兒峽油田西溝末端且靠近鴨西油區(qū)，油藏埋藏深，主力開采層位白堊系K1g0，兼有鴨兒峽、鴨西、青西油田共同的鉆探難點。地質方面：第四系砂礫巖膠結差，易滲漏；牛胳套-胳塘溝組和柳溝莊組泥巖極易水化膨脹，鉆頭易泥包；第三系白楊河組與白堊系中溝組間不整合面易導致鉆井液漏失、井壁垮塌。工程方面：造斜段滑動鉆進“托壓”嚴重，鉆具易粘卡，工具面穩(wěn)定性差，造斜率低；穩(wěn)斜鉆進效果不理想，起下鉆更換鉆具組合頻繁[1]，嚴重制約著該區(qū)塊的鉆井提速。

近幾年，西部鉆探公司圍繞鴨K區(qū)塊鉆井提速和降低事故復雜為重點，開展了一系列優(yōu)快鉆井的現(xiàn)場試驗，例如：高速牙輪+螺桿復合鉆試驗、脈沖技術試驗、孕鑲式鉆頭試驗、表層鐘擺鉆具試驗、垂鉆系統(tǒng)試驗、水力振蕩器和個性化PDC鉆頭試驗，通過現(xiàn)場試驗效果分析，平均機械鉆速較以往得到明顯提高，實現(xiàn)了該區(qū)塊的優(yōu)快鉆進。

1 鴨K區(qū)塊地質構造概況

鴨K區(qū)塊平均地表海拔2600 m，位于鴨兒峽油田白堊系油藏鴨西背斜構造，地表為丘陵及戈壁，地理位置為鴨兒峽西溝。主力開采層白堊系油層埋藏深、非均質性強、油層縱向、橫向差異大、夾層多、研磨性強[1]。

2 鴨K區(qū)塊地質分層巖石力學分析(見表1，表2)

牛胳套-胳塘溝組地層：地層巖石抗壓強度不高，研磨性低，礫巖非常發(fā)育，對PDC鉆頭沖擊嚴重，可鉆性差。

弓形山組和白楊河組地層：地層巖石抗壓強度低，研磨性低，可鉆性較好。

表1 巖石抗壓強度分級

表2 巖石內摩擦角分級

白堊系中溝組、下溝組地層：地層巖石抗壓強度和研磨性均較高，可鉆性差，對PDC鉆頭抗沖擊和抗研磨能力要求高[1-2]。

3 影響鉆井提速的難點

(1)造斜點通常選在白堊系中溝組，地層研磨性強、可鉆性差(可鉆性7～9級)、機械鉆速低，滑動鉆進時，“托壓”嚴重、需頻繁活動防鉆具粘卡。

(2)夾層多，研磨性強，PDC鉆頭個性化設計和選型難度大；定向鉆進時，工具面穩(wěn)定性差，造斜率難以滿足實鉆要求，作業(yè)效率低。

(3)地層傾角大致直井段易斜，造斜點前負位移超標嚴重，增加了斜井段軌跡控制難度。

(4)承壓載體以鉆鋌為主，增加了入井鉆具的剛性和摩阻，不利于造斜施工。

(5)鉆井液性能要求高，常因與地層配伍性差，易導致井下復雜事故發(fā)生。

4 鉆井提速試驗

4.1 復合防斜打快技術

復合防斜打快技術在已推廣應用的4口井中取得了良好效果。共使用鉆頭6只，總進尺4512 m，平均機械鉆速4.45 m/h。其中第三系地層總進尺3718 m，平均機械鉆速5.57 m/h，比同地層?311 mm井眼平均機械鉆速3.0 m/h提高了85.67%[3-6]。

4.2 Power-V垂鉆技術試驗[7-8]

Power-V儀器主要由電子控制部分和機械導向部分組成。電子控制部分內部傳感器測量到井斜和方位，與設計工具面相比較，控制機械導向部分，決定哪個導向推力塊在設計的方向伸出作用于井壁，實現(xiàn)對井眼軌跡的連續(xù)控制。通過Power-V垂鉆技術可以放開鉆壓，可以有效提高鉆壓敏感地層的機械鉆速；對地層傾角較大地層有很好的防斜糾斜作用；避免傳統(tǒng)的定向鉆進有利于井徑規(guī)則，井眼曲率變化小，可以有效地減少和避免井下復雜事故的發(fā)生，有利于后期作業(yè)。鴨K1-8井?241 mm井眼829～2680 m井段試驗了Power-V垂鉆技術，鉆壓90～120 kN，控制井斜在0.93°以下，平均機械鉆速8.56 m/h，鉆井周期14.32 d，與鴨K1-4井同地層相比，機械鉆速提高22.05%，鉆井周期縮短1.68 d。

4.3 高速牙輪+螺桿復合鉆進試驗(見表3)

4.4 水力脈沖空化射流技術試驗(見表4、表5)

水力脈沖空化射流技術是將水力脈沖射流和自振空化射流耦合，將連續(xù)流動的鉆井液調制成振動脈沖流動，在井底產生水力脈沖、瞬間負壓、空化空蝕作用，以此改變井底流場、巖石應力狀態(tài)達到提高破巖和攜巖效率的作用。在鴨K1-2和鴨K1-3井第三系和白堊系地層使用試驗取得了很好的效果。

表3 第三系含礫地層應用

注：牙輪+螺桿復合鉆進第三系上部礫石層，平均機械鉆速6.62 m/h，相比常規(guī)鉆進機械鉆速5.41 m/h提高了22.36%。

表4 第三系地層鉆進方式對比

針對N2n+N1t夾層難題，采用脈沖技術，平均機械鉆速提高了27.34%。

表5 白堊系地層脈沖鉆進試驗

脈沖[9-10]鉆頭比高速牙輪復合鉆進平均機械鉆速提高了54.25%，單只鉆頭進尺提高了142.99%，在鴨K區(qū)塊白堊系含砂礫巖地層取得突破。

4.5 鉆頭試驗與選型

4.5.1 鉆頭個性化試驗(見表6、表7)

表6 800～2500 m井段個性PDC鉆頭試驗

第三系地層應用效果較好的鉆頭有:T1665B、M1955、SF56H3、FX55SX3；白堊系地層應用效果較好的鉆頭有:TH1654S、M1655SS。

表7 2500～3700 m井段個性PDC鉆頭試驗

注：共試驗2種尺寸、8種型號的PDC[11-15]鉆頭。

4.5.2 孕鑲式鉆頭的試驗

鴨K1-3井孕鑲式鉆頭試驗，鉆進地層K1g1，采用DI281型鉆頭，所鉆井段3127～3288 m，純鉆109 h，進尺161 m，機械鉆速1.48 m/h，鉆進方式為孕鑲+螺桿。

在鴨K1-3井白堊系試驗高速螺桿+孕鑲[16]金剛石鉆頭復合鉆技術，相比常規(guī)鉆進，機械鉆速提高了38.32%。

4.5.3 鉆頭選型推薦(見表8)

表8 鉆頭選型推薦表

注：1 in=25.4 mm；如遇礫巖非常發(fā)育、大礫巖時，需用牙輪鉆頭過渡。

4.6 水力振蕩器應用(見表9、表10)

表9 鴨K1-7井與鴨K1-4井鉆具組合對比

表10 鴨K1-7井與鴨K1-4井鉆進參數(shù)對比(造斜段)

在斜井段和水平段鉆進過程中，鉆柱貼合在下井壁上，鉆柱重力在垂直于井壁方向的分力N會產生摩擦阻力，從而導致鉆壓不能完全有效地施加于鉆頭之上。特別是定向鉆進中鉆柱長時間貼合在下井壁上產生的靜摩擦阻力往往更大，一旦大于鉆井過程中施加的鉆壓就會造成“托壓”現(xiàn)象，猛然加壓又會導致鉆柱“蛙動”[17]，影響機械鉆速和井內工具使用效率：在使用水力振蕩器后，鉆井液的動能轉化為機械能，使鉆柱產生3～10 mm的軸向蠕動，這種蠕動使井底鉆具組合與井壁處于動摩擦狀態(tài)，通過鉆具傳遞給鉆頭，形成周期性連續(xù)柔和變化的鉆壓[18]。在鴨K1-7井和鴨K1-4井造斜段試驗水力振蕩器[19]，取得一定效果，但在鉆具組合選配、工具安放位置仍需考量,力爭獲得更好的提速效果。

4.7 其他提速建議

4.7.1 加重鉆桿[20]取代鉆鋌承壓

以往的定向井主要以鉆鋌為承壓載體，不僅增加鉆柱與井壁間的摩阻，加劇“托壓”，還增加了鉆具事故機率。鉆鋌剛性強，在旋轉鉆進中，交變應力作用，鉆鋌易折斷，而采用加重鉆桿代替鉆鋌不僅可減少鉆具與井壁間的摩阻，降低鉆具事故風險，還可減緩“托壓”，有利于定向造斜的順利施工。

4.7.2 優(yōu)化鉆井液性能[21-22]

提高鉆井液的抑制性，保證井壁穩(wěn)定；提高鉆井液的潤滑性，有效解決“托壓”和粘卡；改善鉆井液的流變性，提高鉆屑攜帶能力。

5 結語

(1)應用復合防斜打快技術和垂直鉆井系統(tǒng)提速效果顯著，且仍存在提速空間。

(2)針對不同地層和巖性，優(yōu)選PDC鉆頭提速顯著，提速空間大，因此，應加大PDC個性化鉆頭現(xiàn)場試驗，甄選出針對本區(qū)塊的PDC鉆頭。

(3)水力振蕩器的現(xiàn)場應用表明新工具、新工藝對鉆井提速有一定幫助作用，后期還應做好加強新工具、新工藝的研發(fā)力度及對新工具發(fā)揮最佳性能的各項參數(shù)加強現(xiàn)場試驗和數(shù)據分析。

(4)優(yōu)化鉆井液性能可提高與地層配伍性，降摩阻，利于攜帶鉆屑，保持井壁穩(wěn)定。

(5)應用加重鉆桿降摩阻、減緩托壓，有利于定向造斜，還可降低鉆具剛性，防止鉆具事故發(fā)生，實現(xiàn)安全鉆進。

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Experiment of Improving Drilling Speed in Anticline of West Yaerxia and Effect Analysis/

GUOBao-lin,SUNQing-chun

(1.College of Petroleum Engineering, Xi’an Petroleum University, Xi’an Shaanxi 710065; 2.China Petroleum Western Directional Drilling Technology Services Company, Karamay Xinjiang 834000, China; 3.Wu-pu Drilling Company of North China Petroleum Bureau, SINOPEC, Xinxiang Henan 453700, China)

Yaerxia oilfield is located in the anticline of west Yaerxia Cretaceous reservoir with high formation dip, much interlayer, strong abrasiveness and poor drillability. Deviation often occurs in vertical drilling and tool face stability is poor with serious back pressure in directional drilling, the selection of PDC bit types is difficult. Due to the poor compatibility with the formations, complicated downhole problems would be caused, which seriously restrict the drilling speed-increasing, the drilling fluid performance should be suitable. Aiming at the difficulties of restricting drilling speed-increasing, through the analysis on the field test results, this paper illustrates the drilling speed-increasing measures in Ya K block, including deviation control with straight well drilling, hydraulic oscillator test, PDC bit personalized test, bottom hole assembly selection and optimization of drilling fluid performance, etc. By the field tests, successful experience of the drilling speed-increasing has been accumulated for Ya K block.

drilling speed-increasing; personalized PDC bit; hydraulic oscillator; deviation control with straight well drilling; Ya K block

2016-04-23；

2017-01-06

郭寶林，男，漢族，1985年生，工程師，石油工程專業(yè)，西安石油大學在職研究生，主要從事特殊工藝井的研究和技術服務，陜西省西安市灞橋區(qū)紅旗鄉(xiāng)五星村，gbl1206@163.com。

P634

A

1672-7428(2017)02-0053-04