復(fù)雜斷層優(yōu)快鉆井配套技術(shù)與應(yīng)用探究

劉源

摘要：研究井區(qū)開發(fā)部署多套井網(wǎng)，井網(wǎng)分布較密，井區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育、地層分布復(fù)雜，鉆井施工中易發(fā)生縮徑、井斜、井漏、垮塌阻卡，鉆速低等問題，從優(yōu)選鉆頭提高機械鉆速，優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)防斜打快，井壁穩(wěn)定鉆井液技術(shù)和低溫早強水泥漿技術(shù)等方面，形成井區(qū)快速鉆井完井配套技術(shù)，確保了鉆井施工質(zhì)量，減少復(fù)雜時間，機械鉆速同比提高 27.65%，鉆井周期縮短 25.73%，取得良好經(jīng)濟效益和社會效益。

關(guān)鍵詞：斷裂發(fā)育;機械鉆速;防斜打快;鉆具組合

1 井區(qū)鉆井技術(shù)難點分析

（1）上部地層易縮，下部地層易垮，地層易漏。地層分布上泥巖發(fā)育，易吸水膨脹蠕變，造成縮徑，起下鉆掛卡嚴(yán)重。前期施工阻卡嚴(yán)重，造成大段劃眼;硬脆性泥巖和煤層易垮塌掉塊，易發(fā)生垮塌卡鉆及漏失;地層造漿嚴(yán)重，造成鉆井液固相污染，泥巖易發(fā)生水敏性垮塌。（2）易出現(xiàn)井斜問題。地層傾角?4°-8°，井區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，由斷裂切割形成多個斷塊，易發(fā)生井斜復(fù)雜，多套井網(wǎng)開發(fā)，單井井間距為?20-25m，井網(wǎng)重疊區(qū)域處井間距較小，要求單井最大水平位移不大于最小井間距的一半，防碰風(fēng)險較高。（3）可鉆性差，機械鉆速低。平均機械鉆速7.85m/h，夾層多、底部含礫造成鉆頭易先期磨損，影響鉆井周期。

2 快速鉆井配套技術(shù)

2.1 優(yōu)選鉆頭，提高機械鉆速

二開選用PDC鉆頭主要結(jié)構(gòu)特點：鉆頭設(shè)計的刀翼薄而長。薄刀翼減小鉆頭與井底的接觸面積，使鉆頭在較小鉆壓下有較好吃入性。?鋼質(zhì)刀翼柔韌性較好，抗沖擊能力強，可防止切削齒鉆遇礫石層時的沖擊破壞。獨特的水道水力設(shè)計，能夠很好的防止鉆頭泥包，對于延長鉆頭使用壽命提高機械鉆速具有很好的效果。為了保證鉆井過程中在不均質(zhì)地層中平穩(wěn)鉆進，又不至于犧牲機械鉆速，該鉆頭采用銳角?PDC 切削齒作為鉆頭的切削元件，提高機械鉆速。PDC切削齒的出露部分的金剛石層平面與母線之間的夾角小于90°，從幾何結(jié)構(gòu)上確保了PDC切削齒的磨損平面在鉆井過程中增大速度較慢，降低了承壓面積的增大速率，提高鉆頭對地層的吃入性，使其能夠在較長的時間內(nèi)以較高的比壓切削地層，從而獲得較快的機械鉆速。井區(qū)鉆井實施中上部地層可鉆性好，進入夾層多，PDC鉆頭易損壞，造成機械鉆速低。鉆井實施中二開鉆頭序列先后經(jīng)歷兩個階段的完善與改進過程：一是先期采用的兩趟鉆方案，即?PDC + 牙輪方案和?PDC + PDC 鉆頭方案。由于大部分井鉆進至50-100m，鉆時較慢，鉆頭出井冠部復(fù)合片嚴(yán)重磨損，采用再下一只?PDC 鉆頭和下入牙輪鉆頭鉆完下部井段方式，由于斷塊地層變化，鉆井機械提高鉆速不多，影響鉆井周期。二是通過臨井區(qū)同地層鉆頭使用和地層可鉆性分析，優(yōu)選鉆頭采用一趟鉆方案，使用一只?PDC 鉆頭完成鉆井進尺，同時大幅提高鉆井速度，形成井區(qū)二開一趟鉆快速鉆井方案。

2.2 防斜打快，確保施工質(zhì)量

（1）優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)。開發(fā)井部署井網(wǎng)重疊區(qū)域處井間距較小，單井最大水平位移的要求嚴(yán)格，二開對防斜打快的鉆具組合進行2 次改進和優(yōu)選，起初?PDC 鉆頭鉆進時使用塔式單扶正器鐘擺鉆具組合，由于井深?800-1000m 膏質(zhì)泥巖吸水蠕變縮徑，泥巖夾層水敏性和應(yīng)力性井壁易跨，存在不同程度的掉塊現(xiàn)象，影響機械鉆速，鉆井中阻卡復(fù)雜和事故發(fā)生頻繁。?通過分析和施工措施針對性改進，優(yōu)選塔式鉆具組合：241.3mmPDC+178DC6 根+158DC15 根+127DP 可更好實現(xiàn)防斜打快。（2）及時測量及監(jiān)控。二開鉆進中從500m-1000m 易出現(xiàn)井斜增大的趨勢，每50-100m 使用自浮式測斜儀測斜。在1400m-1600m 井段根據(jù)單點測斜情況提前預(yù)防，井斜?0.8-1.5°內(nèi)采取打二吊一，或打二單根吊一單根的方式;井斜?1.5-2°時采取中打一吊二的方式，每鉆進50m 測斜一次。（3）優(yōu)化鉆井參數(shù)。二開鉆井參數(shù)采用鉆壓?10-30KN，鉆井排量?40-50l/s，轉(zhuǎn)速?100-120rpm，維持鉆頭噴嘴壓降大于1.5MPa，實施防斜打快效果明顯。

2.3 井壁穩(wěn)定的鉆井液技術(shù)

井壁失穩(wěn)易造成井壁垮塌、縮徑、漏失、卡鉆等井下復(fù)雜情況和事故。?該區(qū)塊已鉆井復(fù)雜統(tǒng)計表明每口井都有不同程度的縮徑、掉塊、掛卡。井區(qū)井壁穩(wěn)定問題一是上部古近系、新近系強水敏性地層縮徑，水敏性坍塌;另一種由地應(yīng)力引起的層理發(fā)育泥頁巖地層的硬脆性坍塌。針對該區(qū)塊地層需采用防塌性及抑制性強的鉆井液體系。復(fù)合鹽體系鉆井液適用于該區(qū)塊鉆井施工，有利于安全高效快速鉆井。（1）合理確定各層位鉆井液密度，保持近平衡鉆井。根據(jù)地層壓力及先期鉆井液資料合理確定各層位鉆井液密度。在滿足地層對鉆井液的密度需求的同時，合理解決密度與機械鉆速的矛盾。保持高液柱壓力物理支撐井壁，防止縮徑、垮塌。（2）提高鉆井液抑制性、抗污染性及穩(wěn)定性。在鉆至?800m之前在鉆井液中加入足量鉀鹽，保證鉆井液中氯離子、鉀離子、鈉離子的含量，保證氯根在?70000mg/l以上提高鉆井液礦化度，強化鉆井液抑制性、封堵性，防止新近系、古近系膏質(zhì)泥巖吸水蠕變縮徑。注意監(jiān)測鉆井液中鈣離子、碳酸根、碳酸氫根的濃度變化，及時維護處理，保持鉆井液中鈣離子濃度400-600mg/l，鉀離子含量25000mg/l，PH值10-11，確保鉆井液的抗污染能力?？焖巽@進中，包被劑消耗量大需及時補充，保證泥漿中包被劑含量不低于0.5%，以確保其抑制性能和泥漿攜帶能力。全井控制泥漿的中壓失水<5ml，降低失水，從一定程度上防止縮徑。（3）在鉆井液中加入足量的白瀝青，使得形成的泥餅致密而堅韌，在井壁形成一層更好的?“?保護膜”，減少鉆井液對井壁的沖刷，防止地層水敏性垮塌。（4）目的層砂巖主要發(fā)育有沖刷充填構(gòu)造、浪成沙紋層理、平行層理，鉆進時有漏失現(xiàn)象發(fā)生。在合理的密度范圍內(nèi)，可加入一定量的堵漏劑，封堵滲漏層。在完鉆前加入一定量的堵漏劑封堵后，預(yù)防井漏的發(fā)生，確保承壓實驗成功。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

本文探索實踐在鉆頭選型、工程技術(shù)參數(shù)、鉆井液體系方面進行優(yōu)選優(yōu)化策略，形成一套井區(qū)快速鉆井完井配套技術(shù)，縮短鉆井周期，節(jié)約成本，具有區(qū)塊開發(fā)進行推廣應(yīng)用價值。實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)快速鉆井，上部松軟地層需充分發(fā)揮水利破巖的效果，采用高轉(zhuǎn)速、低鉆壓鉆井參數(shù)，保證井身質(zhì)量。下部地層優(yōu)選鉆頭與鉆井排量，提高機械鉆速。優(yōu)選鉆具組合，防止井斜;易發(fā)生井斜井段提前采取措施預(yù)防。采用抑制性和防塌性強的復(fù)合鹽鉆井液體系，預(yù)防上部地層縮徑，下部地層垮塌，保證井眼順暢，避免大段劃眼，減少復(fù)雜時間，縮短鉆井周期。（1）2017年優(yōu)選鉆頭全井平均機械鉆速21.94m/h，同比2016年提高27.65%。（2）二開鉆進段施工時間大幅度縮短，平均鉆井周期?9.55 天，同比2016年降低?25.73%。（3）通過固井完井技術(shù)和生產(chǎn)組織管理，平均周期同比降低20.8%。

參考文獻

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[2]快速鉆井中泥球形成的影響因素與控制措施[J]. 張巖，向興金，鄢捷年，吳彬，舒福昌.??中國海上油氣. 2016（05）

（作者單位：中石化勝利石油工程公司黃河鉆井總公司70183隊）