瑪湖凹陷西斜坡區(qū)鉆井提速技術(shù)研究與應(yīng)用

嚴(yán) 康 朱雪華 阮 彪 田山川 辛小亮

（1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100；2.中國石油新疆油田公司勘探事業(yè)部，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引言

瑪西斜坡區(qū)位于瑪湖凹陷西環(huán)帶斜坡區(qū)，受上傾斷裂帶、湖相泥巖帶、扇三角洲平原相致密砂礫巖帶三面遮擋的影響，該區(qū)形成了有利的成藏條件。為進(jìn)一步預(yù)探瑪西斜坡區(qū)百口泉組前緣相帶含油氣性，在該區(qū)部署了多口探井，其中部署的M18井獲得高產(chǎn)油流，證實(shí)了瑪西斜坡區(qū)存在有利的油氣相帶。在鉆井過程中井下復(fù)雜狀況頻發(fā)，機(jī)械鉆速低、鉆井周期長，嚴(yán)重制約了該區(qū)油氣勘探開發(fā)的進(jìn)程。在分析瑪西斜坡區(qū)完鉆井地質(zhì)、測井、鉆井資料的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、優(yōu)選鉆頭和提速工具、優(yōu)化鉆井液防漏堵漏配方，使得平均井深在4 000 m左右的探井得以快速、安全完鉆，取得了較好的提速效果。

1 鉆井提速難點(diǎn)

白堊系泥巖發(fā)育，易吸水膨脹而引起地層縮徑和垮塌；西山窖組至三工河組地層以砂巖為主，易漏、易阻卡，同時夾雜煤層，鉆井過程中易造成井壁失穩(wěn)［1］；八道灣組底礫巖發(fā)育，克拉瑪依組發(fā)育砂泥巖夾層，鉆頭優(yōu)選難度大，機(jī)械鉆速低［2］。

通過分析瑪西斜坡區(qū)地層壓力特征發(fā)現(xiàn)該區(qū)上部地層承壓能力低，地層壓力系數(shù)在1.13～1.15；克拉瑪依組為壓力過渡帶，壓力系數(shù)在1.2～1.4；目的層百口泉組存在異常高壓，壓力系數(shù)最高達(dá)到1.7。根據(jù)鄰井實(shí)鉆資料顯示，瑪西斜坡區(qū)進(jìn)入克拉瑪依下亞組后氣測活躍、后效峰值高。瑪西斜坡區(qū)進(jìn)入白堿灘組后，坍塌壓力逐漸升高，井徑變化明顯。除八道灣組和白堿灘組外，該區(qū)全井破裂壓力較高。由此可見，該區(qū)地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜，地層壓力跨度大，給井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化和安全快速鉆井帶來了困難。

瑪西斜坡區(qū)地層漏失層段多，吐谷魯?shù)撞可暗[巖、西山窖組和八道灣組煤層、克拉瑪依組、百口泉組及烏爾禾組砂礫巖均為易漏層，上部地層以滲透性漏失為主，下部地層以裂縫性漏失為主，防漏堵漏難度大。

2 瑪西斜坡鉆井提速配套技術(shù)

2.1 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對瑪西斜坡區(qū)地層壓力特征，為保證探井安全鉆進(jìn)，采用三開井身結(jié)構(gòu)，一開井段采用444.50 mm鉆頭鉆進(jìn)，鉆進(jìn)500 m，下入339.7 mm表套封隔表層疏松層及地表水。二開采用311.15 mm鉆頭鉆至白堿灘組底部50 m左右中完，下入244.5 mm技術(shù)套管至3 300 m左右，封固上部常壓地層，預(yù)防下部地層可能出現(xiàn)的異常壓力，降低復(fù)雜發(fā)生風(fēng)險。三開采用215.90 mm鉆頭鉆至目的層百口泉組，下入139.7 mm油層套管，由于百口泉組至下烏爾禾組存在高壓層段，若兼探下烏爾禾組，需備用一層177.8 mm技術(shù)尾管，以保證鉆井安全。從現(xiàn)場鉆探情況來看，瑪西斜坡區(qū)優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)完全滿足安全快速鉆進(jìn)的要求，鉆井復(fù)雜事故下降，保證了該區(qū)勘探的順利進(jìn)行。

2.2 優(yōu)選鉆頭和提速工具

地層巖性變化和力學(xué)特性是優(yōu)選與地層相匹配鉆頭的關(guān)鍵［3］。在相同的鉆井方式下，PDC鉆頭替代牙輪鉆頭是提高機(jī)械鉆速的有效方法［4-5］。PDC鉆頭通過高速扭轉(zhuǎn)沖擊對地層進(jìn)行破碎，其中扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生剪切力，沖擊產(chǎn)生軸向壓力。

八道灣組砂礫巖和克拉瑪依組砂泥巖夾層是瑪西斜坡區(qū)鉆井提速的主要難點(diǎn)。該區(qū)八道灣組底部砂礫巖地層厚度范圍是150～200 m，在該井段采用牙輪鉆頭平均機(jī)械鉆速為1.8 m／h，進(jìn)尺工期為5 d；克拉瑪依組地層厚度范圍是350～400 m，采用常規(guī)PDC鉆頭平均機(jī)械鉆速為2.5 m／h，進(jìn)尺工期為10 d，受砂泥巖地層非均質(zhì)性強(qiáng)、軟硬交錯的影響，PDC鉆頭選型難度較大，制約了三開井段鉆井提速。因此，八道灣組、克拉瑪依組地層是重點(diǎn)提速層位。在八道灣組上部地層泥巖強(qiáng)度低、可鉆性較好，AH6井二開井段選用SP1935L型PDC鉆頭鉆進(jìn)，一趟鉆完進(jìn)尺2 119 m，機(jī)械鉆速達(dá)到16.86 m／h；借鑒AH6井的成功經(jīng)驗(yàn)，AH012井二開井段選用ES1935H型PDC鉆頭鉆進(jìn)，完成進(jìn)尺2 359 m，機(jī)械鉆速為10.21 m／h，通過采用上述兩種型號的PDC鉆頭為該區(qū)兩趟鉆鉆完二開井段打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在八道灣組底部地層主要為含礫粉砂巖，AH6、AH011井采用FX65DSX3型PDC鉆頭鉆進(jìn)時，平均機(jī)械鉆速僅為2.49 m／h和2.64 m／h，鉆頭磨損情況嚴(yán)重，機(jī)械鉆速偏低，結(jié)合兩口井鉆頭磨損情況，AH012、AH013分別采用GP1666、MM65DH3型PDC鉆頭，成功鉆穿八道灣組底部含礫粉砂巖，平均機(jī)械鉆速分別達(dá)到4.16 m／h、3.99 m／h，提速效果明顯。根據(jù)瑪西斜坡區(qū)八道灣組鉆頭實(shí)際應(yīng)用情況及機(jī)械鉆速對比分析，F(xiàn)R1935S、FS2563BG、ES1935H等鉆頭具有較好的效果。在克拉瑪依組，根據(jù)鄰區(qū)三開井段采用阿特拉扭力沖擊器地層提速經(jīng)驗(yàn)，并對比扭力沖擊器和渦輪+孕鑲金鋼石鉆頭兩種技術(shù)的地層適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，優(yōu)選提速性能更佳、防風(fēng)險能力更強(qiáng)的阿特拉扭力沖擊器在瑪西斜坡區(qū)進(jìn)行提速應(yīng)用［6-7］。在AH011井使用扭力沖擊器，其中第一只采用U613M胎體PDC鉆頭配合扭力沖擊器使用，完成進(jìn)尺3 m，機(jī)械鉆速0.33 m／h，起出工具和鉆頭發(fā)現(xiàn)完好無損，表明六刀翼、13 mm切削齒的U613M型胎體PDC鉆頭不適應(yīng)克拉瑪依組砂泥巖互層，改用五刀翼、16 mm切削齒的U516S型鋼體PDC鉆頭配合扭力沖擊器以提高鉆頭攻擊性，完成進(jìn)尺543m，機(jī)械鉆速4.31 m／h，取得了預(yù)期提速效果（表1）。表1中瑪西斜坡區(qū)扭力沖擊器+PDC鉆頭完成總進(jìn)尺2 759 m，平均機(jī)械鉆速為6.16 m／h，較鄰井AH1井和M18井相同層段平均機(jī)械鉆速為2.55 m／h的，同比提高1.4倍，鉆井提速效果明顯。

表1 瑪西斜坡區(qū)扭力沖擊器+PDC鉆頭應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)表

2.3 優(yōu)選鉆井液防漏堵漏技術(shù)

以JT888（SP-8、MAN101）、NPAN等降低濾失量，調(diào)整鉆井液流變性［8］；以高分子聚合物PMHA-2協(xié)同KCl加強(qiáng)包被、抑制泥巖水化膨脹；以加入的CaO和KCl來調(diào)控Ca2+、K+濃度，從而強(qiáng)化對井壁和鉆屑的抑制作用［9］；以SMP-1（粉）、SPNH、低熒光潤滑劑、磺化瀝青粉改善濾餅質(zhì)量，提高對微裂隙或破裂地層的粘結(jié)力和井壁強(qiáng)度；加入2%～3%隨鉆堵漏劑和1%～2%ZL膠凝劑預(yù)防井漏，達(dá)到快速有效封堵復(fù)雜地層，降低儲層傷害的目的。根據(jù)瑪湖凹陷瑪西斜坡區(qū)地層漏失的特點(diǎn)，將顆粒狀JCM-12與纖維狀TP-2的隨鉆堵漏劑復(fù)配使用取得良好的堵漏效果。

通過對鉀鈣基聚磺鉆井液中的包被劑、抑制劑、降濾失劑、封堵劑進(jìn)行室內(nèi)評價優(yōu)選，形成適合瑪湖凹陷西斜坡區(qū)的鉆井液體系：4%坂土+0.5%KOH+7%KCl+0.2%～0.5%CaO+0.2%Na2CO3+0.5%NPAN+0.8%PMHA-2（MAN104）+2%SPNH+0.8%JT888+2%SMP-1（粉）+2%QCX-1+1%WC-1+1%低熒光潤滑劑+3%磺化瀝青粉+2%～3%隨鉆堵漏劑+1%～2%ZL膠凝劑+重晶石。該體系應(yīng)用表明，井下復(fù)雜時率降至1.13%。

3 應(yīng)用效果

通過優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、優(yōu)選鉆頭和提速工具、合理使用優(yōu)化防漏堵漏配方，瑪西斜坡區(qū)實(shí)現(xiàn)二開兩趟鉆完成進(jìn)尺，三開井段10 d完成進(jìn)尺?，斘餍逼聟^(qū)完鉆井技術(shù)指標(biāo)對比如表2。

表2 瑪西斜坡區(qū)鉆井技術(shù)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

對比瑪西斜坡區(qū)采用配套提速技術(shù)前后，在平均井深減少104 m的情況下，鉆井周期縮短39 d，機(jī)械鉆速提高41.20%，復(fù)雜時率由2.50%降至0.84%，綜合提速效果明顯。

4 結(jié)論與建議

1）優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)能夠滿足瑪西斜坡區(qū)安全快速鉆井的需求，優(yōu)化后的防漏堵漏鉆井液配方體系能有效降低井下復(fù)雜發(fā)生率，縮短鉆井周期。

2）二開井段上部地層優(yōu)選PDC鉆頭鉆進(jìn)八道灣組底礫巖地層，取得了良好的提速效果，實(shí)現(xiàn)了兩趟鉆鉆完二開井段，減少了鉆井時間。

3）三開井段采用阿特拉扭力沖擊器+PDC鉆頭鉆進(jìn)，鉆穿克拉瑪依組，實(shí)現(xiàn)了在克拉瑪依組砂泥巖夾層的鉆井提速，建議在瑪西地區(qū)具有類似地層進(jìn)行推廣使用。