吐哈三塘湖盆地石炭系鉆井提速技術(shù)研究與應(yīng)用

摘 要：吐哈三塘湖盆地是吐哈油田增儲(chǔ)上產(chǎn)的主要區(qū)塊之一，盆地石炭系地層巖性復(fù)雜，在鉆井過(guò)程中，因石炭系地層機(jī)械鉆速低、井塌、井漏等事故復(fù)雜導(dǎo)致區(qū)塊平均鉆井周期長(zhǎng)。通過(guò)開(kāi)展鉆速提升、井下安全技術(shù)研究，設(shè)計(jì)優(yōu)選個(gè)性化PDC鉆頭、提速工具，優(yōu)化鉆井液防塌、防漏性能，形成一套三塘湖油田石炭系地層鉆井提速技術(shù)，達(dá)到提高機(jī)械鉆速、降低事故復(fù)雜時(shí)效、縮短鉆井周期的目的。

關(guān)鍵詞：三塘湖盆地;石炭系地層;機(jī)械鉆速;事故復(fù)雜;鉆井周期

石炭系地層巖石硬度高，研磨性強(qiáng)，可鉆性差，易造成鉆頭先期損壞，致機(jī)速低行程短，起下鉆頻繁。石炭系地層平均機(jī)速1.92m/h，平均單鉆進(jìn)尺196.7m，平均口井鉆頭使用5只。石炭系地層含有破碎帶，易剝落掉塊和突發(fā)性井壁坍塌造成井塌，卡鉆和劃眼等事故。前期完成22口井因井壁不穩(wěn)共發(fā)生13次事故，損失時(shí)間1463.85h，事故復(fù)雜率2.96%。石炭系地層裂縫發(fā)育易井漏，以微、中小裂縫為主，且存在一定孔隙。統(tǒng)計(jì)22口井有8井發(fā)生漏失，平均漏失506.16m3，平均損失時(shí)間78.94h/井，事故復(fù)雜率3.51%。

1 巖石力學(xué)參數(shù)的確定

利用聲波時(shí)差、密度、自然伽瑪?shù)葴y(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分析，測(cè)定巖石力學(xué)參數(shù)，得出巖石硬度、抗壓強(qiáng)度。利用室內(nèi)試驗(yàn)、微鉆頭法，測(cè)定巖石可鉆性，確定PDC鉆頭可鉆性級(jí)值。采用ZKZ-1型多功能巖石可鉆性測(cè)定儀進(jìn)行可鉆性實(shí)驗(yàn)，得出馬67井2870-3080m左右井深巖心取樣可鉆性實(shí)驗(yàn)得較高可鉆性級(jí)值約6-7左右;條32井3300-3390m左右井高可鉆性級(jí)值約7-8左右。建立地層三壓力計(jì)算模型，在等效深度法基礎(chǔ)上，計(jì)算得出：石炭系地層破裂壓力在50MPa-120MPa之間，地層孔隙壓力20MPa-40MPa之間，坍塌壓力25MPa-45MPa之間。

2 開(kāi)展個(gè)性化鉆頭設(shè)計(jì)

針對(duì)石炭系地層研磨性強(qiáng)、硬度及抗壓強(qiáng)度大的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種6刀翼抗研磨PDC鉆頭：采用平滑的冠部形狀、中高布齒密度、由5刀翼增加到6刀翼提高抗研磨性，設(shè)計(jì)較小切削齒負(fù)前腳彌補(bǔ)攻擊性，應(yīng)用聚晶金剛石保徑，提高鉆頭穩(wěn)定和使用壽命。優(yōu)選低速大扭矩螺桿配合扭沖提高鉆速，增加單只鉆頭行程。優(yōu)選7頭5級(jí)大扭矩低速螺桿，扭矩增大，鉆壓提高50%以上，增強(qiáng)鉆頭破巖能力，應(yīng)用扭沖配合螺桿，兼顧防斜、保護(hù)鉆頭。應(yīng)用扭力沖擊器，利用部分流體能量，驅(qū)動(dòng)沖擊錘的動(dòng)力部分沿軸心做半圓周往返運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)周向的、均勻穩(wěn)定的沖擊力作用到整個(gè)鉆頭上，解決“粘滑現(xiàn)象”，保護(hù)鉆頭。

3 研究坍塌、漏失機(jī)理，形成防塌、防漏鉆井體系

3.1 石炭系井塌、石炭系漏失機(jī)理研究

利用MiniFlexII臺(tái)式X衍射儀分析全巖礦物組份及粘土礦物組份得出：石炭系地層粘土礦物總量在2.27-9.44%，粘土礦物含量低;粘土礦物中膨脹性組份（蒙脫石、伊蒙混層）占比高，較易水化膨脹、分散，起膠結(jié)作用的粘土礦物吸水膨脹，導(dǎo)致巖石坍塌壓力上升和抗拉強(qiáng)度降低，引起剝落坍塌;石炭系地層破碎，巖石內(nèi)部裂隙及礦物解理發(fā)育;鉆開(kāi)地層構(gòu)造應(yīng)力釋放造成井眼坍塌。通過(guò)表面觀測(cè)及電鏡掃描石炭系地層裂縫發(fā)育，分布規(guī)律差，裂縫寬度以0.1-3mm為主，長(zhǎng)度以5-12cm為主，石炭系地層井漏主要是裂縫性發(fā)育造成。

3.2 防塌鉆井液技術(shù)研究

優(yōu)選ZNP-1抑制劑提高抑制性，控制粘土礦物水化效應(yīng)，原配方基礎(chǔ)上加量提高0.1%滿足石炭系地層抑制粘土礦物水化要求。優(yōu)選高溫降失水劑，強(qiáng)化失水控制，阻緩壓力傳遞。相同加量濃度，HS-2加量3%優(yōu)于其他降濾失劑。優(yōu)選與井溫情況匹配的瀝青材料，實(shí)測(cè)井底溫度與瀝青性能實(shí)驗(yàn)，2500-3500m井段瀝青選用DBFT-201，3500m以下井段選用KH-n、HF-024。提高深部地層封堵造壁效果，優(yōu)化防塌材料基漿配方：6%土粉+0.3%ZNP-1+0.6%NaHPAN+3%HS-2+1.5%PSC。結(jié)合實(shí)驗(yàn)與吐哈聚磺漿體系特點(diǎn)的防塌配方：7%土粉+0.3%ZNP-1+0.6%NaHPAN+4%DBFT-201（HF-024/KH-n）+3%HS-2+1.5%PSC+3%QCX-2+2%QCX-1。

3.3 防漏堵漏鉆井液技術(shù)研究

優(yōu)化防漏配方，提高鉆井液隨鉆防漏能力實(shí)驗(yàn)，配制基漿，用1mm縫板（DL-A2堵漏儀）配方改造后，鉆井液防漏、承壓能力提高。優(yōu)化堵漏材料顆粒配比，將片狀：纖維：顆粒由1：2.5：1（不計(jì)綜合堵漏劑）優(yōu)化為6.3：2.7：1，惡性漏失堵漏成功率、承壓能力提高。確定堵漏配方：井漿+5%綜合堵漏劑+8%單封+6%細(xì)核桃殼+5%中粗核桃殼+3%粗核桃殼+3%QCX-2+5%雷特超強(qiáng)（總濃度35%）

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

現(xiàn)場(chǎng)共實(shí)施6口井，平均井深3523.5m，平均機(jī)速5.53m/h，平均鉆井周期73.18天，事故復(fù)雜時(shí)效0;同比應(yīng)用前，石炭系井段機(jī)速提高85.42%，周期縮短52.86%，事故復(fù)雜由7.95%降為0。

綜上所述，通過(guò)對(duì)地層巖性研究，優(yōu)選個(gè)性化鉆頭，解決上部地層牙輪鉆頭行程鉆速低、下部含礫地層機(jī)械鉆速低的難題，提高機(jī)械鉆速。優(yōu)化復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)，使用低速大扭矩螺桿，解決地層易斜難題，實(shí)現(xiàn)上部地層防斜打快。針對(duì)鹽膏層井段鉆井事故復(fù)雜，優(yōu)化鉆井液性能及短拉方案，完善區(qū)塊鉆井工藝，解決鉆井周期長(zhǎng)、事故復(fù)雜多等難題。

參考文獻(xiàn)：

[1]覃園圓.泥頁(yè)巖水化對(duì)井壁穩(wěn)定性影響研究[D].西安：西安石油大學(xué)，2014.

作者簡(jiǎn)介：

付光軍（1981- ），男，漢族，重慶巫溪人，工程師，主要從事石油鉆井工作。