塔里木油田富源區(qū)塊鉆井提速關(guān)鍵技術(shù)

靳大松， 霍如軍， 張家振， 阮大勇， 劉立超， 李志敏， 徐海龍

(1中石油渤海鉆探工程公司第三鉆井公司 2中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院)

0 引言

塔里木盆地的油氣藏普遍為埋深超過(guò)6 000 m的超深層儲(chǔ)層且地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度高[1- 2],已探明油氣資源總量為178×108t,主要油氣藏按儲(chǔ)層類(lèi)型可分為裂縫性致密砂巖氣藏和縫洞型碳酸鹽巖油氣藏[3- 5],其中，縫洞型碳酸鹽巖油氣藏開(kāi)發(fā)前景十分廣闊[6- 7]。近年來(lái)，富源區(qū)塊已成為塔里木盆地碳酸鹽巖油氣藏勘探開(kāi)發(fā)和上產(chǎn)的有利目標(biāo)和主力區(qū)塊。

1 鉆井主要難點(diǎn)

富源區(qū)塊二開(kāi)上部地層可鉆性較強(qiáng)，二開(kāi)下部“硬骨頭”難鉆地層以及儲(chǔ)層碳酸鹽巖地層縫洞發(fā)育存在易垮、易漏、易卡的難點(diǎn)[1- 2]，各段地層的主要鉆井難點(diǎn)為:①富源區(qū)塊二開(kāi)二疊系火成巖，巖性以氣孔—杏仁構(gòu)造的玄武巖為主，硬度強(qiáng)、可鉆性差，對(duì)鉆頭要求高;②富源區(qū)塊造斜點(diǎn)普遍在6 600 m以下，定向段鉆進(jìn)中工具面不穩(wěn)、易托壓現(xiàn)象比較突出，井眼軌跡控制難度高，定向鉆進(jìn)的效率低;③富源區(qū)塊的二疊系火成巖易垮塌卡鉆，鐵熱克阿瓦提組易出鹽水造成井壁失穩(wěn)引發(fā)卡鉆事故[7- 8]。

富源區(qū)塊近2年完鉆的8口井中有6口井在目的層碳酸鹽巖地層發(fā)生井漏，其中4口井油氣侵嚴(yán)重，花費(fèi)大量時(shí)間節(jié)流循環(huán)排污，另外的2口井發(fā)生漏溢轉(zhuǎn)換。

2 鉆井提速關(guān)鍵技術(shù)

2.1 優(yōu)選鉆頭和提速工具

(1)二開(kāi)直井段。二開(kāi)二疊系以上可鉆性較強(qiáng)地層采用高效螺桿+PDC鉆頭。二疊系火成巖地層發(fā)育良好，以玄武巖為主，埋深在4 100～4 500 m，層厚在250～350 m。針對(duì)火成巖鉆進(jìn)，目前主要有4種組合：扭力沖擊器+PDC鉆頭[9- 10]、獅虎獸復(fù)合鉆頭、進(jìn)口牙輪鉆頭、復(fù)合沖擊器+PDC鉆頭[11]。獅虎獸復(fù)合鉆頭、進(jìn)口牙輪鉆頭的壽命低，牙輪掉落的風(fēng)險(xiǎn)高，不推薦使用。相比復(fù)合沖擊器，扭力沖擊器能給鉆頭提供更大的扭矩，因此下部地層推薦使用扭力沖擊器+個(gè)性化PDC鉆頭組合(忍者齒)。

(2)三開(kāi)直井段。二開(kāi)鉆尾塞時(shí)直接使用扭力沖擊器+U516S型平面齒PDC鉆頭，鉆完尾塞直接三開(kāi)鉆進(jìn)，可節(jié)約一趟鉆。三開(kāi)直井段地層巖性以泥巖、粉砂巖為主，巖屑硬度較低，推薦使用平面齒鉆頭，切入地層多，機(jī)械鉆速快。

(3)三開(kāi)及四開(kāi)定向段。使用獅虎獸鉆頭代替PDC鉆頭定向。獅虎獸鉆頭兼顧牙輪鉆頭的特性，定向時(shí)工具面穩(wěn)定，上提下放活動(dòng)鉆具次數(shù)明顯減少，節(jié)約鉆井周期同時(shí)保證具有良好的定向施工效果；其次托壓釋放后并不會(huì)出現(xiàn)蹩泵，只需要重新調(diào)整工具面即可。

定向段在滿(mǎn)足中靶的情況下，將原設(shè)計(jì)的穩(wěn)斜段優(yōu)化為造斜段，并考慮自然造斜率，降低設(shè)計(jì)狗腿度，實(shí)現(xiàn)少定多導(dǎo)、降低井眼軌跡控制難度。

2.2 強(qiáng)化鉆進(jìn)參數(shù)和優(yōu)化鉆具組合

在機(jī)泵條件滿(mǎn)足的前提下，采用大鉆壓、大扭矩、大排量、高泵壓、高轉(zhuǎn)速的“三大兩高”的鉆井參數(shù)，其中大鉆壓、大扭矩使鉆頭更快更深切入地層，提高了破碎效率；大排量、高泵壓增大了鉆頭水功率和環(huán)空返速，保持井筒清潔。既可提高機(jī)械鉆速，又能有效預(yù)防事故復(fù)雜[12- 13]。在實(shí)鉆中，不同井段推薦的強(qiáng)化參數(shù)范圍見(jiàn)表1所示。

表1 不同井段強(qiáng)化的鉆井參數(shù)推薦范圍

同時(shí)優(yōu)化鉆具組合，三開(kāi)可用?127 mm非標(biāo)準(zhǔn)鉆桿替代設(shè)計(jì)中的部分?101.6 mm鉆桿。二、三開(kāi)直井段鉆進(jìn)時(shí)可使用MWD隨鉆測(cè)斜，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井斜、方位，充分解放鉆壓。

2.3 特殊地層事故復(fù)雜防控

(1)二疊系玄武巖防塌防卡措施。首先，保障良好的攜砂性是減少卡鉆的有效手段。進(jìn)入二疊系前調(diào)整好鉆井液密度及性能，黏度控制在65 s以上，初切1.5～2 Pa，終切6～8 Pa，動(dòng)切4～6 Pa。其次，制定合理操作規(guī)程。鉆進(jìn)采取接單根方式，接單根時(shí)間控制在5 min內(nèi)，鉆完單根井口預(yù)留不少于6 m，上提鉆具前在井底循環(huán)至少5 min，做到晚停泵、早開(kāi)泵。起下鉆及接單根過(guò)程盡量減少劃眼時(shí)間，不針對(duì)同井段進(jìn)行反復(fù)劃眼。在鉆具組合中接入隨鉆震擊器，為解除卡鉆提供有效的保障。

(2)緩解定向托壓的措施。富源區(qū)塊定向井的造斜點(diǎn)較深，定向段及水平段鉆進(jìn)時(shí)由于鉆具自身重量的作用，在靜止或滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)，井下鉆具易貼向井壁低邊，易造成粘附卡鉆[14]。鉆井液中添加抗溫降濾失劑、防塌封堵劑形成優(yōu)質(zhì)濾餅，保證斜井段的井壁穩(wěn)定。同時(shí)，添加潤(rùn)滑劑以加強(qiáng)濾餅的潤(rùn)滑性能，抗溫降失水劑和防塌封堵劑以維持低HTHP 濾失量，保持優(yōu)良的流變性與潤(rùn)滑性，控制適當(dāng)高的動(dòng)塑比，滿(mǎn)足井眼巖屑凈化和巖屑懸浮。

定向滑動(dòng)鉆進(jìn)中及時(shí)活動(dòng)鉆具防止卡鉆，監(jiān)測(cè)返出巖屑判斷鉆井液性能是否滿(mǎn)足防塌要求。另外，如前所述，采用獅虎獸復(fù)合鉆頭和水力振蕩器，減輕托壓現(xiàn)象。

(3)鹽水層事故復(fù)雜預(yù)防措施。奧陶系鐵熱克阿瓦提組、桑塔木組可能會(huì)鉆遇鹽水層，該地區(qū)鹽水層高壓低滲[15- 16]，一般情況下鉆進(jìn)時(shí)不出鹽水，靜止期間容易出鹽水。

若發(fā)生鹽水侵，根據(jù)首次到底后的鉆井液受污情況，采取節(jié)流循環(huán)排污、提密度或每次起鉆至鹽水層上環(huán)空壓重帽的方式處理(附加壓力為循環(huán)壓耗)，防止起下鉆期間鹽水侵入地層造成井壁失穩(wěn)。

(4)奧陶系防漏、溢流措施。奧陶系目的層碳酸鹽巖地層為縫洞性構(gòu)造，溢漏同層，安全窗口窄，安裝使用旋轉(zhuǎn)控制頭能夠有效提高井漏、溢流處理的效率。

安裝旋轉(zhuǎn)控制頭，裸眼里鉆進(jìn)時(shí)發(fā)現(xiàn)溢流后處置措施如下：關(guān)閉旋轉(zhuǎn)控制頭平板閥及灌漿閥，觀察至少30 min。①若套壓穩(wěn)定且小于5 MPa，則控壓循環(huán)排出受污鉆井液，液氣分離器處長(zhǎng)明火?？貕貉h(huán)過(guò)程中，調(diào)節(jié)節(jié)流閥控制套壓，控壓原則：不溢不漏。記錄微漏失(0.1～0.2 m3/10 min)的套壓和液面穩(wěn)定不上漲時(shí)的套壓，通過(guò)這兩個(gè)值計(jì)算平衡地層壓力的當(dāng)量鉆井液密度，然后節(jié)流循環(huán)提密度，期間可以上下活動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具防止卡鉆;②若套壓超過(guò)5 MPa，停泵及時(shí)關(guān)閉半封，打開(kāi)旋轉(zhuǎn)控制頭平板閥，卸掉旋轉(zhuǎn)控制頭平板閥與半封之間的壓力。根據(jù)套壓情況確定壓井方案。

安裝旋轉(zhuǎn)控制頭，裸眼里起下鉆時(shí)發(fā)現(xiàn)溢流后處置措施：關(guān)井觀察套壓情況，套壓穩(wěn)定不升且小于7 MPa，可控壓起鉆至安全井段或控壓下鉆至要求井段。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

3.1 鉆頭優(yōu)選的提速效果

FY210- H7、FY210- H10兩口井二開(kāi)上部地層均采用等壁厚高效螺桿+ TS1952型PDC鉆頭組合，一趟鉆完成二疊系井段。在FY212X井采用帶減震齒的SD9531型PDC鉆頭，該鉆頭切削齒的傾角大，對(duì)上部泥巖攻擊性差，3 000 m之后同比機(jī)械鉆速降低40%，在三疊系之前的井段兩趟鉆完成。

二開(kāi)下部地層采用扭力沖擊器+U613S型忍者齒PDC鉆頭，F(xiàn)Y210- H7、FY210- H10兩口井一趟鉆完成玄武巖井段，相比鄰井采用其他鉆頭節(jié)約3～4趟鉆，節(jié)約周期10～16 d。

FY212H井采用扭力沖擊器+U516S型平面齒PDC鉆頭，最高日進(jìn)尺277 m，單只鉆頭進(jìn)尺1 499 m，平均機(jī)械鉆速8.68 m/h，同時(shí)創(chuàng)造該區(qū)塊?215.9 mm井眼單只鉆頭日進(jìn)尺、單只鉆頭機(jī)械鉆速最快兩項(xiàng)指標(biāo)，較同區(qū)塊平均機(jī)械鉆速6.26 m/h提高38.8%。

FY210- H7井、FY212H井、FY210- H10井均使用獅虎獸復(fù)合鉆頭一趟鉆完成了定向造斜段的鉆進(jìn)，機(jī)械鉆速分別達(dá)到1.81 m/h、2.14 m/h、2.05 m/h，相對(duì)于PDC定向節(jié)約周期3～5 d，機(jī)械鉆速提高30%以上。

3.2 鉆井參數(shù)強(qiáng)化的提速效果

采用強(qiáng)化鉆進(jìn)參數(shù)的情況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2所示。對(duì)比來(lái)看，F(xiàn)Y210- H10井、FY210- H7井和FY210H井鉆壓相近，F(xiàn)Y210- H10井的轉(zhuǎn)速及排量比這兩口井強(qiáng)化得多，機(jī)械鉆速提速分別提高37.9%和98.5%；FY210- H10井在有隨鉆測(cè)斜的前提下通過(guò)實(shí)時(shí)掌握井身質(zhì)量，鉆進(jìn)過(guò)程中增大鉆壓，鉆壓放大近50%，機(jī)械鉆速同比提高61.2%。通過(guò)“三大兩高”的鉆井參數(shù)強(qiáng)化措施，F(xiàn)Y210- H10實(shí)現(xiàn)了?311.2 mm井眼日進(jìn)尺突破1 000 m，機(jī)械鉆速高達(dá)59.88 m/h，提速效果良好。

表2 富源區(qū)塊二開(kāi)直井段參數(shù)

FY212H井三開(kāi)及四開(kāi)井段采用?127 mm非標(biāo)準(zhǔn)鉆桿代替設(shè)計(jì)中的?101.6 mm、?88.9 mm鉆桿2 000 m，排量提高2～3 L/s，機(jī)械鉆速相比鄰井提高10%～20%。

3.3 事故復(fù)雜預(yù)防的效果

FY210- H10井在進(jìn)入二疊系地層前因鉆井液損害、性能劣化，三疊系下鉆遇阻后采取立即停止鉆進(jìn)措施，起鉆更換牙輪，處理維護(hù)鉆井液性能，提高鉆井液黏切，后續(xù)在二疊系鉆進(jìn)時(shí)保持較高黏切，定時(shí)用稠塞循環(huán)洗井，有效降低了井下風(fēng)險(xiǎn)，避免了事故復(fù)雜，一趟鉆鉆穿玄武巖井段。

FY210- H10井在進(jìn)入奧陶系鐵熱克阿瓦提組和桑塔木組鉆進(jìn)時(shí)，每次起鉆前環(huán)空注入比井漿密度高0.02 g/cm3的封閉漿，有效防止了鹽水侵，井壁穩(wěn)定，后續(xù)電測(cè)、下尾管均一次到底。

使用旋轉(zhuǎn)控制頭可有效提高井漏、溢流的處理效率，在FY212H井鉆進(jìn)至7 733.24 m時(shí)井漏失返，起鉆至套管鞋內(nèi)，罐內(nèi)降密度至1.20 g/cm3，替至120 m3時(shí)發(fā)生溢流，立即控壓下鉆到底后節(jié)流排污，控壓鉆進(jìn)，僅用4.5 h就解除了溢流，顯著提高了溢流的處理效率，保障了井下安全。

4 結(jié)論與建議

針對(duì)富源區(qū)塊地質(zhì)特征，開(kāi)展針對(duì)性研究，各段地層因?qū)又埔?，形成了個(gè)性化關(guān)鍵提速技術(shù)。

(1)二開(kāi)上部地層可鉆性較強(qiáng)，采用高效螺桿+PDC鉆頭，二開(kāi)下部井段應(yīng)用扭力沖擊器+個(gè)性化PDC鉆頭組合，三開(kāi)及后續(xù)井段優(yōu)選采用平面齒PDC鉆頭和獅虎獸鉆頭；采用大鉆壓、大扭矩、大排量、高泵壓、高轉(zhuǎn)速的“三大兩高”的鉆井參數(shù)，同時(shí)優(yōu)化鉆具組合；在二疊系玄武巖井段采用防塌防卡、定向段緩解托壓、鹽水層預(yù)防鹽水侵、奧陶系儲(chǔ)層防漏及溢流相結(jié)合的防控措施。

(2)在富源區(qū)塊采用上述關(guān)鍵技術(shù)，成功實(shí)施完鉆6口井，與2019年之前相比，平均完鉆井深由7 614.5 m提升至7 796.3 m，平均鉆井周期由200.65 d降低至164.44 d，取得了顯著的提速效果。

(3)建議定制額定工作壓力高的缸套，要求?180 mm缸套額定工作壓力達(dá)到24 MPa，?170 mm缸套額定工作壓力達(dá)到28 MPa。為保障鉆井參數(shù)強(qiáng)化實(shí)施和效果，建議鉆井隊(duì)三開(kāi)前至少配備2臺(tái)高壓泵。