油砂山油田鉆井提速及一趟鉆關(guān)鍵技術(shù)

馮 斌，高學(xué)金，郭立勛，劉周祺，侯玲杰，肖仰德

（中國石油集團渤海鉆探工程有限公司第一鉆井工程分公司，天津300280）

油砂山油田位于青海省柴達木盆地西部南區(qū)，隸屬青海省海西州茫崖行政委員會，距花土溝基地東南14.0km。油區(qū)北部為山地，南部為鹽漬湖灘，平均地面海拔3100m 左右。該地區(qū)屬大陸干旱性氣候，氣候干燥寒冷，少雨多風(fēng)，冬季漫長，夏季短促。

1 油砂山區(qū)塊地層情況

油砂山油田構(gòu)造屬于柴達木盆地西部坳陷區(qū)尕斯斷陷亞區(qū)獅子溝-油砂山二級構(gòu)造帶，油砂溝高點，構(gòu)造重疊在尕斯庫勒油田之上。地下構(gòu)造為北西-南東向北緩（地層傾角11°~26°）南陡（50°~60°）頂部平緩的半箱狀背斜，長軸約8.0km，短軸2.0km。自西向東劃分六個斷塊，是一個以構(gòu)造控制為主，被斷層復(fù)雜化的巖性構(gòu)造油藏。該區(qū)塊發(fā)現(xiàn)大小斷層共100 余條，斷層傾向多為東傾和西傾，傾角一般為55°～89°，為高角度斷層，斷距隨深度增加而減小，而且大部分斷層消失于300m 以上。油田分為東西兩區(qū)，東區(qū)地層抬高，出露油砂150.0m 厚，受到嚴重剝蝕，造成了油田東西區(qū)的顯著差異。

該區(qū)塊油層主要分布在上新統(tǒng)下部的下油砂山組（N21）和中新統(tǒng)上干柴溝組（N1）兩套地層，地層巖性總的特點是：上粗下細，上紅下灰。巖性主要以泥巖、砂礫巖、含礫砂巖為主，泥巖段長，地層上部可鉆性較好，中下部大段灰綠色泥巖夾砂巖可鉆性明顯降低。

2 油砂山區(qū)塊影響提速與一趟鉆的因素

（1）油砂山區(qū)塊上部構(gòu)造斷層發(fā)育，構(gòu)造形態(tài)的完整性遭到不同程度的破壞，構(gòu)造的完整性較差。經(jīng)地面細測及鉆井證實，本區(qū)上部300m 左右約有大、小斷層近100條，鉆進過程中易出現(xiàn)井漏等復(fù)雜事故，嚴重影響工程提速與一趟鉆實施，消耗大量泥漿材料，增加鉆井成本。

（2）油砂山區(qū)塊巖性主要以泥巖、砂礫巖、含礫砂巖為主，下步泥巖段長，地層上部可鉆性較好，但下部的上干柴溝組地層鉆進至900m 之后，地下巖石硬度相對增大，使得鉆井速度急劇下降（由1min~2min/m 降至4min~7min/m），同時鉆頭所受的磨損也增大，易造成PDC 鉆頭崩齒損壞、主力齒磨損現(xiàn)象，影響機速導(dǎo)致起鉆換鉆頭。

（3）該區(qū)塊地層傾向多為東傾和西傾，傾角一般為55°～89°，且地層可鉆性不均，井斜難以控制，定向托壓，純鉆時效內(nèi)定向鉆進時長占比較高，嚴重影響鉆井速度，且易造成井身質(zhì)量問題。

（4）本區(qū)塊設(shè)計井深較淺，機械鉆速高，鉆井周期短，且該區(qū)巖石具有中等水敏、中等速敏、中等鹽敏、中等酸敏特征，鉆井過程中巖石黏土造漿嚴重，易收縮、失穩(wěn)、脫落，從而導(dǎo)致所鉆井眼的縮徑、阻塞，泥漿固相含量過高得不到有效處理而影響電測效率甚至井下安全。

（5）由于鉆井成本的限制，泥漿材料的節(jié)約限制了其性能的發(fā)揮，如何合理調(diào)整泥漿性能，保證井下安全也是一個難題。

3 一趟鉆可行性分析

近年，油砂山區(qū)塊共計完成38 口井，215.9mm 井眼25 口井都是一趟鉆完成開次全部進尺，平均機速27.65m/h，定向井占比68%；油砂山區(qū)塊巖性主要以泥巖、砂礫巖、含礫砂巖為主，泥巖段長，孔隙度較高（如圖1），地層上部可鉆性較好，中下部（1000m 以下）大段灰綠色泥巖夾砂巖可鉆性明顯降低，易造成PDC 鉆頭崩齒損壞、主切削齒磨損現(xiàn)象，且鉆進過程中要注意防漏、防塌及防斜工作。

圖1 孔隙度數(shù)據(jù)曲線圖

油砂山區(qū)塊平均井深為1520.97m，針對本區(qū)塊地層特點，選用5 刀翼16mmPDC 鉆頭既為保證上部機械鉆速，也為鉆進過程中定向穩(wěn)斜效果考慮，爭取一趟鉆完成進尺；螺桿使用中不存在質(zhì)量問題，未完成一趟鉆井中僅有2 口井為螺桿原因造成，7LZ172mm7.0~1.25°型號螺桿的質(zhì)保時間180h，未完成一趟鉆井的螺桿實際使用200h~220h，為保證機械鉆速和鉆具安全，中途起出更換了螺桿；未出現(xiàn)鉆井工具質(zhì)量問題；井身質(zhì)量合格。

油砂山區(qū)塊215.9mm 井眼一趟鉆工程，選用大港中成MD6521L 鉆頭，奧瑞拓7LZ172mm7.0-1.5°型螺桿；鉆井參數(shù)鉆壓60kN~80kN、轉(zhuǎn)速DN+（70~90），實現(xiàn)高機速27.65m/h 鉆進完成進尺。

結(jié)論：油砂山區(qū)塊215.9mm 井眼一趟鉆區(qū)塊可行。

4 關(guān)鍵技術(shù)措施

4.1 優(yōu)選鉆井液應(yīng)對多斷塊構(gòu)造帶

本區(qū)塊的井大多位于斷層發(fā)育的油砂溝高點，由于地層孔縫發(fā)育較好，鉆井施工中經(jīng)常發(fā)生漏失現(xiàn)象。針對本區(qū)塊易漏層段多為上部（0~400m），且切壓力系數(shù)低（0.8~0.9）的特點，在一口井的鉆井液選型中盡量不使用觸變性大的鉆井液體系，而是選擇成本較低的低密度膨潤土漿，施工中在鉆入易漏井段前在鉆井液中加入適量小顆粒預(yù)堵材料增加封堵能力；在鉆遇頁巖時提高抑制劑含量，降低失水，延緩頁巖坍塌周期；在上部易漏層段精細排量控制（二開300m 之前鉆井排量不超過25L/s）；如發(fā)生井漏且漏速大于10m3/h 的則在一次鉆進中合理且盡量多地揭開漏層，然后統(tǒng)一進行堵漏作業(yè)，極大地減少了事故發(fā)生的時間，針對本區(qū)塊的漏層作業(yè)行之有效，可有效提高生產(chǎn)效率。

4.2 優(yōu)選鉆井參數(shù)激進鉆井

鉆壓對鉆速有著重要的影響，鉆壓較低時可能導(dǎo)致鉆頭對巖屑進行重復(fù)破碎，鉆壓較高會加快鉆頭的磨損，減少鉆頭壽命甚至起鉆更換鉆頭浪費大量時間。面對這種問題，采用高效PDC+高壽命單彎螺桿的雙驅(qū)復(fù)合鉆進技術(shù)進行解決。鉆頭主要選用型號為MD6521L 的5 刀翼、采用中低密度布齒、切削齒為16mm 的PDC 鉆頭，它的鉆頭切片傾角較小，侵入地層多且攻擊性強，經(jīng)過現(xiàn)場參數(shù)優(yōu)化和廠家對鉆速和耐用性兩方面的平衡優(yōu)化，提升了鉆頭的綜合性能，既可保證上部機械鉆速，也能在鉆進過程中起到很好的定向穩(wěn)斜效果（見圖2）。配合高效PDC 鉆頭，我們與螺桿廠家進行溝通，采用奧瑞拓研發(fā)的懸垂機式φ172mm 單彎螺桿?，F(xiàn)場采用高壽命螺桿與高效PDC 并行，解放了鉆壓同時為一趟鉆提速保駕護航。

圖2 鉆頭水功率與排量關(guān)系

用φ180mm 缸套的蘭石3NB1300C 鉆井泵，二開排量盡可提高排量至34L~38L/s，泵壓12.35MPa~16.6MPa，最大限度地發(fā)揮單泵的使用效率，可以增加射流沖擊力，如圖3 所示。加上動力鉆具的使用，能起到更好的破巖和沖刷井底效果。

圖3 排量與射流沖擊力關(guān)系曲線

提高轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速至80r~90r/min，較高的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速使井下鉆具呈現(xiàn)穩(wěn)定高扭矩的工作狀態(tài)，形成高效的巖屑切削能力，不僅能夠提高機速還有一定的防斜打直能力。

4.3 優(yōu)化剖面設(shè)計，合理配置鉆具組合、防斜打快

每口井施工前針對單井的施工環(huán)境及地質(zhì)情況進行詳細地調(diào)查，優(yōu)化平臺防碰掃描數(shù)據(jù)，合理優(yōu)化井眼軌跡；根據(jù)該區(qū)塊地層傾角特點，結(jié)合每口井靶點方位配置不同的鉆具組合；根據(jù)地層造斜特性優(yōu)化定向井段，把定向困難段上提至二開容易定向且地層穩(wěn)定井段，增加二開定向井段和井斜角，從而降低后期較堅硬可鉆性差的地層滑動鉆進，增加復(fù)合鉆進占比。不僅極大地減少了潤滑材料的消耗，也能夠有效地提高施工效率，尤其能保障井下的施工安全。

實鉆過程中根據(jù)所鉆地層造斜特點隨時對軌跡進行調(diào)整，利用臨井的施工經(jīng)驗提高本井軌跡施工的準確性和預(yù)判能力；在前期中軟地層提前控制好井眼軌跡，加密測量易斜井段的井身質(zhì)量，并對下一步施工軌跡提前布局。

4.4 加強鉆井液固相控制，有效處理泥漿性能

采用高頻振動篩的替代工作，用高頻振動篩+高目數(shù)篩布的組合，配合現(xiàn)場的除砂器、除泥器取代老式的低頻振動篩+離心機的組合有效地控制住鉆井液的固相含量，確保入井鉆井液的清潔度。

4.5 模塊化鉆井液體系，節(jié)支提速

一開井段所鉆遇地層膠結(jié)松散，可鉆性好，鉆井液為4%~5%膨潤土漿，主要以攜帶巖屑、穩(wěn)定井壁，確保安全鉆進為目的。

二開鉆遇地層物性復(fù)雜，膠結(jié)性差，巖屑分散嚴重，易發(fā)生坍塌和井漏。要求鉆井液必須具有較強的抑制能力，確保其造壁性、防塌性和良好的流變性。選用聚合物非滲透鉆井液體系，（基本配方：4%~5%膨潤土+0.3%~0.4%燒堿（NaOH）+0.2%~0.3%純堿（Na2CO3）+0.3%高黏羧甲基纖維素（HV－CMC）+1%~2%低黏羧甲基纖維素+0.8%~1%聚丙烯酸鉀（KPAM）+3%~3.5%無熒光防塌劑（PA－1）+0.5%無水聚合醇+4%~6%抗高溫抗鹽降濾失劑+1%非滲透處理劑）。

鉆進時配合有效的固控設(shè)備，補充新配的聚合物膠液維護鉆井液性能，（配方：0.2%~0.3%燒堿（NaOH）+0.2%抗高溫抗鹽防塌降濾失劑+0.3%無熒光防塌劑+0.1%~0.4%聚丙烯酸鉀KPAM），保證鉆井液有適當(dāng)?shù)恼城?、足夠的返速，保證鉆井液的攜帶能力同時維護良好的鉆井液流動性來沖刷泥餅。

進入上干柴溝組后逐步補充低黏羧甲基纖維素LVCMC 和抗高溫抗鹽降濾失劑配合銨鹽NPAN 調(diào)整鉆井液的流變性并保證泥漿的強抑制性，低失水量，延緩泥頁巖坍塌周期，保證井眼穩(wěn)定。

針對二開主要定向段托壓嚴重以及穩(wěn)斜段長位移扭矩大的問題，在定向初期及時添加潤滑劑，隨著井斜的增加要不斷提高潤滑劑的含量，當(dāng)鉆進至穩(wěn)斜段及降斜段后期時，必須維持潤滑劑含量滿足快速鉆井要求，降低施工后期扭矩，減少卡鉆斷鉆具的風(fēng)險。

現(xiàn)場施工中由于鉆速過快，平時要求職工操作時做到接單根早開泵，晚停泵；隨時關(guān)注泥漿性能的變化，控制環(huán)空巖屑濃度≤6%，必要時，中途循環(huán)除砂或者進行短程起下鉆。完鉆起鉆前和通井下鉆到底都要制定有針對性的泥漿處理措施，以達到充分循環(huán)除砂，保證井眼的穩(wěn)定與清潔，保證電測、下套管的順利進行。

4.6 其他保障措施

（1）鉆頭選擇5 刀16 片MD6521L 鉆頭，積極和鉆頭廠家溝通、為現(xiàn)場提供抗研磨性強的復(fù)合片鉆頭；奧瑞拓7LZ172mm7.0-1.5°型螺桿，剩余質(zhì)保時間不足25%的螺桿禁止入井，保證不因井下螺桿原因?qū)е聶C速低起鉆。

（2）提前規(guī)劃定向井井眼軌跡參數(shù)，根據(jù)區(qū)塊地層傾角特點，結(jié)合每口井靶點方位配置相應(yīng)的鉆具組合，實鉆過程中根據(jù)鄰井的地層造斜特點提前對軌跡進行調(diào)整，減少滑動定向鉆進，增加復(fù)合鉆進占比，提高機速。

（3）根據(jù)鉆頭所鉆地層優(yōu)選鉆井參數(shù)，通過調(diào)整鉆壓、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、排量，提高鉆井速度和鉆頭使用壽命。

（4）剩余質(zhì)保時間不足25%的螺桿禁止入井；針對部分井隊離心機除泥效果差的情況現(xiàn)場進行了調(diào)試、逐步開展高頻振動篩的替代工作，加強固相控制；針對油砂山區(qū)塊施工難點進行了泥漿體系優(yōu)化，油砂山區(qū)塊上部下油砂山組井段鉆井液維護以控制造漿、減少有害固相積累、防縮徑為主；進入上干柴溝組后，及時加入防塌劑降低高、中壓濾失量，1000m 后API 濾失量嚴格控制在4mL以內(nèi)，同時補充0.5%PAC-LV，提高封堵能力鞏固井壁，預(yù)防井下垮塌。

5 結(jié)論和認識

多項措施的使用取得了良好效果，本隊于2020 年在油砂山區(qū)塊施工24 口井，全年進尺超3.5 萬米，平均井深1471m，平均機械鉆速27.64m/h，平均鉆完井周期8.97天，事故復(fù)雜率為0%，電測一趟到底率達到84%，固井質(zhì)量合格率100%，井深質(zhì)量合格率100%，其中二開一趟鉆完成井為19 口，占比達到80%。

提速與一趟鉆的推行不是某個單一元素所決定的，多舉措的并行才能達到最佳效果。油砂山區(qū)塊相對較老，但生產(chǎn)提速工作還有較大潛力，一趟鉆技術(shù)對區(qū)塊提速有著重要意義。