太原地?zé)醿?yōu)快鉆井技術(shù)

馮 濤 龔 沖 劉永鵬 張時(shí)中

太原地?zé)醿?yōu)快鉆井技術(shù)

馮 濤 龔 沖 劉永鵬 張時(shí)中

（中石化華北石油工程有限公司河南鉆井分公司，河南 南陽(yáng) 473000）

太原地?zé)衢_(kāi)發(fā)是太原市近年的重點(diǎn)環(huán)保項(xiàng)目，擔(dān)負(fù)著太原新城區(qū)集中供暖的任務(wù)。由于區(qū)塊地層條件復(fù)雜，鉆井中容易出現(xiàn)直井段偏斜、劉家溝組機(jī)械鉆速低、雙石地層垮塌失穩(wěn)、石炭系煤層垮塌掉塊、熱儲(chǔ)層漏失等問(wèn)題，導(dǎo)致鉆井周期長(zhǎng)、成本高，嚴(yán)重影響了該區(qū)塊的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。為此，進(jìn)行了區(qū)塊優(yōu)快鉆井配套技術(shù)研究，在2016年實(shí)鉆4口地?zé)峋幕A(chǔ)上，形成了一套以直井段防斜、劉家溝組鉆井提速、PDC鉆頭選型、雙石地層和煤層井壁穩(wěn)定、熱儲(chǔ)層隨鉆堵漏等技術(shù)為核心的技術(shù)體系?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，鉆井周期大幅度縮短，工程質(zhì)量獲得甲方好評(píng)。

優(yōu)快鉆井；太原；地?zé)峋?/p>

太原地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)，主要區(qū)塊為田莊斷裂以北及汾河斷裂以西的西溫莊-黃陵隆起，以叢式井形式，開(kāi)發(fā)太原盆地寒武系、奧陶系碳酸鹽巖熱儲(chǔ)層[1]。每個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)一般布置1口直井和1～3口定向井，較大平臺(tái)可能布置5口定向井。TD-1井后，先后開(kāi)發(fā)了西-SSSS、西-FHJD、西-GXWL、西-CDL、西-QGY和西-JLQC等多個(gè)井組，為太原市新城區(qū)集中供熱、清潔供暖。

1 工程概況

2016年，中石化華北石油工程有限公司河南鉆井分公司在太原地區(qū)承鉆4口地?zé)峋?，完成進(jìn)尺9 883m，工程質(zhì)量受到甲方好評(píng)。河南鉆井分公司陜北項(xiàng)目部根據(jù)太原區(qū)塊的鉆井技術(shù)難點(diǎn)，組織技術(shù)攻關(guān)，形成了一套以直井段防斜、劉家溝組鉆井提速、PDC鉆頭選型、雙石地層和煤層井壁穩(wěn)定、熱儲(chǔ)層隨鉆堵漏等技術(shù)為核心的區(qū)塊優(yōu)快鉆井技術(shù)體系。

4口地?zé)峋骄@井周期27.72d，較2015年縮短3d以上，其中西-CDL-1井鉆井周期23.46d，一舉刷新了工區(qū)最短鉆井周期記錄。

2016年施工的4口地?zé)峋緮?shù)據(jù)見(jiàn)表1。

2 鉆井技術(shù)難點(diǎn)

2.1 鉆遇地層主要特點(diǎn)

區(qū)塊完鉆垂深2 000～2 500m，定向井井斜30°左右，井底位移達(dá)到1 000m。自上而下鉆遇第四系，第三系靜樂(lè)組，三疊系劉家溝組，二疊系石千峰組、石盒子組，石炭系山西組、太原組、本溪組，奧陶系峰峰組、馬家溝組、亮甲山組、冶里組，寒武系鳳山組、長(zhǎng)山組、崮山組。第四系至第三系地層松軟，可鉆性好；三疊系劉家溝組存在礫石，鉆進(jìn)過(guò)程中憋跳嚴(yán)重，易損傷PDC鉆頭；石炭系含有煤層，極易垮塌；奧陶系和寒武系是熱儲(chǔ)層，有大裂縫和溶洞，漏失嚴(yán)重，部分井組有失返性漏失記錄。

表1 2016年4口地?zé)峋こ袒A(chǔ)數(shù)據(jù)表

2.2 主要鉆井技術(shù)難點(diǎn)

①一開(kāi)下部進(jìn)入靜樂(lè)組后，極易發(fā)生井斜。靜樂(lè)組埋深一般在300～400m，巖性為黏土、砂質(zhì)黏土、砂礫石不等厚互層，地層松軟，機(jī)械鉆速較高。西-QGY井組位于田莊斷裂邊緣，同平臺(tái)兩口井一開(kāi)均在320m后井斜突然大幅增加。

②劉家溝組可鉆性差，機(jī)械鉆速低。劉家溝組厚度400m左右，主要為紫紅色-棕紅色泥巖、細(xì)砂巖。該泥巖呈硬脆性，機(jī)械鉆速較低。劉家溝組中下部含有礫石，鉆進(jìn)中憋跳嚴(yán)重，損傷PDC鉆頭。如表2所示，4口井劉家溝組機(jī)械鉆速僅4～5m/h，除西-QGY-2井外，需使用2～3只PDC鉆頭才能鉆穿劉家溝組地層。此外，劉家溝組地層存在微裂縫，鉆進(jìn)中易發(fā)生漏失。

表2 劉家溝組地層PDC鉆頭使用和機(jī)械鉆速情況表

③雙石地層砂泥巖互層，裸眼段井壁存在失穩(wěn)垮塌風(fēng)險(xiǎn)。石千峰、石盒子組存在多種泥巖，包括石千峰組棕紅色泥巖、上石盒子組底部灰色泥巖，下石盒子灰綠色泥巖，如圖1所示。鉆進(jìn)中，需嚴(yán)格控制鉆井液比重，否則極易發(fā)生泥巖垮塌掉塊。

④石炭系地層含多層煤，極易發(fā)生煤層垮塌。區(qū)塊山西組、太原組和本溪組均含有煤層，實(shí)鉆中煤層厚度最大超過(guò)10m。且區(qū)塊煤層較為松軟，易垮塌，區(qū)塊曾有煤層垮塌卡鉆記錄，4口井煤層均有不同程度的垮塌掉塊現(xiàn)象。

⑤三開(kāi)熱儲(chǔ)層極易發(fā)生漏失，且多發(fā)失返性漏失。奧陶系地層以灰?guī)r為主，地層裂縫多，峰峰組、上馬家溝組、下馬家溝組易發(fā)生漏失，但較少發(fā)生失返性漏失。進(jìn)入寒武系鳳山組后，地層以白云巖為主，存在大量溶洞，多發(fā)失返性漏失。特別是地層交界處失返性漏失可能較大，如西-QGY-2井冶里組與鳳山組交界處發(fā)生失返性漏失。

圖1 西-CDL-2井雙石地層泥巖掉塊

3 優(yōu)快鉆井技術(shù)

3.1 直井段防斜打快

采用塔式防斜鉆具組合：445mmPDC鉆頭+730×630雙母接頭+203mm無(wú)磁鉆鋌+203mm鉆鋌×3根+178mm鉆鋌×9根+127mm加重鉆桿×9根+127mm鉆桿，配合無(wú)線MWD隨鉆測(cè)量。第四系地層松軟，緩慢加壓至5～10kN，轉(zhuǎn)速60r/min。進(jìn)入靜樂(lè)組后，嚴(yán)格控制鉆壓10～20kN、轉(zhuǎn)速120r/min、排量34L/s，并控制大鉤下放速度。隨鉆加密測(cè)斜，每根單根測(cè)斜1次，實(shí)時(shí)跟蹤。進(jìn)入劉家溝組后，可緩慢提高鉆壓至40～60kN，以獲得較高的機(jī)械鉆速。

3.2 劉家溝組鉆井提速

采用MWD+單彎螺桿鉆具組合：311mm鉆頭+216mm（0.75～1.25°）螺桿+203mm定向接頭+203mm無(wú)磁鉆鋌+203mm鉆鋌×3根+178mm鉆鋌×9根+127mm加重鉆桿×9根+127mm鉆桿。優(yōu)選河北銳石S1952FC鉆頭，提高PDC鉆頭攻擊性，以提高機(jī)械鉆速。鉆頭入井以5～10kN鉆壓造型0.5m后，再緩慢增大鉆壓。鉆進(jìn)中嚴(yán)格控制鉆壓，劉家溝上部以40～60kN鉆壓鉆進(jìn)，100～150m后，機(jī)械鉆速降低，可適當(dāng)提高鉆壓至80kN。若礫石憋跳嚴(yán)重，應(yīng)適當(dāng)降低鉆壓，減少憋跳，鉆頭后期可增大鉆壓至100kN。在保證機(jī)械鉆速的同時(shí)，盡量增加單只鉆頭進(jìn)尺，防止PDC鉆頭提前失效。

3.3 優(yōu)選PDC鉆頭

根據(jù)大量實(shí)鉆井鉆頭使用數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確科學(xué)地為鉆頭選型提供依據(jù)，區(qū)塊地質(zhì)條件變化不大，根據(jù)實(shí)鉆4口井的鉆頭數(shù)據(jù)和鄰井的鉆頭使用數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，從而優(yōu)選PDC鉆頭是十分有效的[2-4]。

①一開(kāi)推薦使用格銳特444.5mmGS1906TZ，且一開(kāi)鉆頭磨損較小，可以重復(fù)使用以節(jié)約成本。該型鉆頭在西-QGY-2井再次使用后，出井鉆頭仍具有較高的新度。如圖2所示。②劉家溝組采用19mm復(fù)合片5刀翼設(shè)計(jì)，加強(qiáng)鉆頭攻擊性，提高機(jī)械鉆速，推薦使用銳石311.2mmS1952FC。該型鉆頭在西-QGY-2井單只鉆穿劉家溝組，出井后復(fù)合片重度磨損失效，但基本未出現(xiàn)崩齒情況。③二開(kāi)中下部采用16mm復(fù)合片5刀翼設(shè)計(jì)，較小的復(fù)合片以增加鉆頭抗研磨性，增加單只鉆頭進(jìn)尺，減少起下鉆次數(shù)，推薦使用銳石311.2mmS1655FC和格銳特311.2mmGS1605STZ。如圖3所示。④三開(kāi)熱儲(chǔ)層可鉆性較好，盡量單只鉆頭打完三開(kāi)，采用16mm復(fù)合片6刀翼設(shè)計(jì)保證鉆頭抗研磨性，推薦使用格銳特215.9mmGSD1636TZ。該型鉆頭在西-CDL-1井單只鉆頭打完三開(kāi)，進(jìn)尺780m，機(jī)械鉆速13.76m/h。

圖2 444.5mmGS1906TZ重復(fù)使用后出井

圖3 311.2mmS1952FC鉆穿劉家溝出井

3.4 雙石地層井壁穩(wěn)定

雙石地層時(shí)區(qū)塊二開(kāi)復(fù)雜多發(fā)段，技術(shù)上應(yīng)嚴(yán)防死守，操作上應(yīng)精細(xì)負(fù)責(zé)。復(fù)合鉆進(jìn)中，密切監(jiān)視鉆壓和懸重的變化，磨阻異常增大應(yīng)及時(shí)劃眼處理?；瑒?dòng)鉆進(jìn)中，出現(xiàn)憋泵、托壓現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，改善鉆井液流變性能。當(dāng)不適合再繼續(xù)滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)立即停止。鉆井液性能應(yīng)整體保持穩(wěn)定，比重控制在1.12以上，漏斗黏度應(yīng)控制在45～50s，并適當(dāng)增加膨潤(rùn)土的用量。每鉆進(jìn)1根單根，劃眼1～2次，每鉆進(jìn)200m進(jìn)尺，應(yīng)短起下鉆1次，修整井壁。起鉆時(shí)控制速度，嚴(yán)防起鉆抽汲導(dǎo)致泥巖段井壁失穩(wěn)，并每起出1個(gè)整立柱灌漿1次。

3.5 煤層防塌鉆進(jìn)

進(jìn)入山西組地層前，將鉆井液比重提高至設(shè)計(jì)上限，保證對(duì)井壁的物理支撐。煤層段鉆進(jìn)時(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行“進(jìn)一退二”，并加強(qiáng)劃眼，保證無(wú)阻卡后繼續(xù)鉆進(jìn)。鉆穿煤層后，進(jìn)行短起下鉆，驗(yàn)證煤層井壁穩(wěn)定情況。通井起鉆前，應(yīng)替入高粘封閉鉆井液，完全封閉煤層井段。

3.6 熱儲(chǔ)層隨鉆堵漏

為保護(hù)熱儲(chǔ)層，三開(kāi)漏失原則上嚴(yán)禁采用大顆粒進(jìn)行堵漏。但有效降低漏失速度，控制漏失鉆井液量是十分必要的[5]。奧陶系地層以裂縫性漏失為主，隨鉆加入4%～5%膨潤(rùn)土+（5%～6%）DF-1+0.5%NaOH+0.5%Na2CO3，封堵地層裂隙。西-QGY井組施工過(guò)程中，加入隨鉆堵漏劑后，漏失量有明顯降低，漏失速度降低一半以上，如表3所示。鉆開(kāi)鳳山組前，應(yīng)備足生產(chǎn)水，以應(yīng)對(duì)突發(fā)失返性漏失。

表3 隨鉆堵漏效果

4 結(jié)論與建議

①采用塔式鉆具組合，配合MWD監(jiān)控，小鉆壓高轉(zhuǎn)速的措施，能有效解決太原區(qū)塊直井段易斜問(wèn)題。②優(yōu)選PDC鉆頭，嚴(yán)格控制鉆壓，是解決劉家溝組機(jī)械鉆速低，PDC鉆頭提前失效的有效手段。③雙石地層和太原組煤層失穩(wěn)，可以通過(guò)細(xì)化技術(shù)措施，精細(xì)現(xiàn)場(chǎng)操作有效控制這一情況。④熱儲(chǔ)層井漏與堵漏的矛盾，仍是今后區(qū)塊地?zé)峋@井中的重點(diǎn)矛盾，區(qū)塊失返性漏失目前仍無(wú)較好解決辦法，建議開(kāi)展溶洞、大裂縫等條件下的堵漏技術(shù)研究。

［1］賀鷹.太原盆地西溫莊隆起地?zé)崽锏刭|(zhì)特征［J］.山西焦煤科技，2010（6）：47-49，56.

［2］顧晶，王越之.輪古地區(qū)鉆頭優(yōu)選技術(shù)研究［J］.中國(guó)科技信息，2010（14）：37，42.

［3］王越之，曹光福，陳松平，等.考慮鉆頭指標(biāo)修正的鉆頭評(píng)價(jià)優(yōu)選技術(shù)［J］.長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版），2016（32）：82-85，7.

［4］路小帥，王越之，雷滿，等.利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)鉆頭進(jìn)行優(yōu)選及評(píng)價(jià)［J］.斷塊油氣田，2007（6）：63-65，93.

［5］馬光長(zhǎng).井漏綜合分類及其堵漏方法的選擇［J］.鉆采工藝，1993（4）：15-20.

Optimal and Fast Drilling Technology of Geothermal Well in Taiyuan

Feng Tao Gong Chong Liu Yongpeng Zhang Shizhong
（Henan Drilling Company of Sinopec Huabei Oil Engineering Limited Coporation，Nanyang Henan 473000）

Geothermal drilling development has become an important program in Taiyuan,Shanxi Province,and it undertake the mission of central heating of the city.Because of the complicated formation,excessive deviation in vertical section,low drilling rate in Liujiagou formation,borehole instability in Shiqianfeng&Shihezi formation,coal collapse in carboniferous formation,thermal reservoir leaking,and other problems serious effect the drilling,and it cause the long drilling cycle and high drilling expense.Some studies on optimal and fast drilling techniques had been made to solve the problems mentioned above.Based on the four geothermal well drilling in 2016,a whole set of techniques formed,including deviation prevention in vertical section,faster drilling rate in Liujiagou formation,PDC drilling bit selection,borehole stability in Shiqianfeng&Shihezi formation and carboniferous formation,leaking stoppage in thermal reservoir.The application is good,the drilling cycle has reduced substantially and the quality of the projects get a high praise.

optimal and fast drilling;Taiyuan Block;geothermal well

TE242.9

A

103-5168（2017）09-0128-03

2017-08-03

馮濤（1989-），男，本科，研究方向：石油和天然氣井鉆井工程現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)組織工作。