雙高噴射鉆井對提速的意義

黃念義，祝學飛，徐思旭，范榮貴，孫 俊，劉皓楓

（川慶鉆探工程有限公司新疆分公司，新疆庫爾勒 841000）

大尺寸長裸眼指井眼直徑大于等于311.2mm，444.5mm 井眼井深超過3500m 或311.2mm 井眼井深超過5500m 的井段，隨著塔里木油田勘探開發(fā)一體化戰(zhàn)略不斷全面推進，各區(qū)塊標準井井身結(jié)構(gòu)的不斷細化實施[1]，山前區(qū)塊7000m以上的超深井二開444.5mm井眼中完井深達到4000～4500m，臺盆區(qū)塊二開311.2mm裸眼長度超過5500m，70DB型鉆機的機泵功率、提升負荷與鉆進井次上部井眼的清潔矛盾、阻卡矛盾、排量矛盾日益突出[2-3]。為實現(xiàn)油田油氣增儲上產(chǎn)，各勘探公司不斷加強鉆井裝備的更新?lián)Q代，油田80DB、90DB 型鉆機多達40部，在不同區(qū)域?qū)嵤└弑脡?、高排量雙高噴射鉆井，不斷突破刷新區(qū)域指標，實現(xiàn)鉆井提速提效。博孜區(qū)塊鹽上地層井眼尺寸大、礫石與砂泥巖發(fā)育、中硬地層，可鉆性強，通過應(yīng)用Power-V 垂鉆工具、旋轉(zhuǎn)導向、混合鉆頭等工具，為雙高噴射鉆井提供了技術(shù)基礎(chǔ)；躍滿臺盆區(qū)塊長裸眼二疊系前的地層較新，5000m以上地層多為砂泥巖互層、巖性疏松，軟地層特性，可鉆性強，也為雙高噴射鉆井提供了技術(shù)基礎(chǔ)[4-5]。

目前石油寒冬大環(huán)境現(xiàn)狀，工作量極不飽和，鉆井承包總成本不斷下浮，某些勘探公司鉆機設(shè)備老化嚴重，不愿對現(xiàn)有設(shè)備進行升級改造，作業(yè)現(xiàn)場部分管理者、操作者出于保護設(shè)備、節(jié)約柴油、減低勞動強度的陳舊觀念，仍不愿意實施雙高噴射鉆井施工，隨著油田深井超深井高難度井的不斷增多，唯有更新?lián)Q代裝備，加強管理改變觀念，提速提效是大勢所趨。

1 配套裝備

噴射鉆井是鉆井液通過噴射方式進入鉆頭噴嘴，產(chǎn)生高速射流的水力作用進行清洗井底、輔助鉆頭破碎巖石提高機械鉆速的一種鉆井方法[6]。高泵壓噴射的高壓鉆井液直接沖擊井底，井底巖屑被形成的井底漫流及時清除，避免重復(fù)切屑，高排量提高鉆頭水槽的流速，提高巖屑上返速率；高轉(zhuǎn)速高扭矩提高破巖效率，有助于鉆頭切削齒的工作，顯著提高機械鉆速；聚合物輕泥漿對鉆屑的有效包被抑制使PDC鉆頭在工作過程中不易被破碎巖屑粘附造成泥包，從而提高工作效率。為了雙高噴射鉆井技術(shù)得到更好的實施，對現(xiàn)場設(shè)備進行升級改造：①鉆井心臟F2200HL 型、QDP-3000 型泥漿泵取代F1600HL 型強化水力學參數(shù)，配套專用陶瓷缸套使用壽命達3500～4000h，排量與壓力更加穩(wěn)定，并在泥漿泵與循環(huán)罐間的上水管線安裝一低量程壓力表監(jiān)測上水管線動態(tài)壓力,若低于0.8MPa 則配套使用灌注泵；②高壓水龍帶、高壓管匯均抗壓至70MPa；③博孜、臺盆區(qū)塊分別使用5-7/8″、5″非API 大水眼鉆桿；④井口至振動篩排液管改為直徑310mm 管線,高頻振動篩取代高仿德瑞克振動篩，配套200 目以上的細目篩布；⑤管理方面定期清理檢查上水管線確保暢通無堵塞。兼顧泵壓與排量的關(guān)系，根據(jù)鉆井方案與裝備性能選擇合理的鉆頭壓降參數(shù)，區(qū)塊不同直徑井眼不同直徑缸套使用情況與泵壓控制目標總結(jié)見表1。

表1 區(qū)塊不同直徑井眼不同直徑缸套使用情況與泵壓控制目標總結(jié)

2 提速工具的使用

博孜區(qū)塊使用5- 7/8″非API 大水眼鉆桿、進口減震器+Power-V 垂鉆工具模式在保證井身軌跡的同時解放鉆壓，為高轉(zhuǎn)速高扭矩施工提供了保障，減震作用可減輕高鉆壓鉆進時井底的“跳鉆”現(xiàn)象保證井下安全，同時降低了鉆具疲勞損壞保障鉆具安全，保障鉆頭對地層的切屑效率，延長鉆頭使用壽命。二開長礫石段選用16mm齒4刀翼2牙輪獅虎獸混合鉆頭[7]，既能實現(xiàn)PDC 切削結(jié)構(gòu)的連續(xù)切削破巖作用，又能實現(xiàn)牙輪在礫石段井眼滾動拉劃防卡作用，結(jié)合垂鉆工具與鉆頭的優(yōu)選使用，鉆壓最高提至280～300kN，扭矩最高提至25～28kN·m。

躍滿臺盆區(qū)塊中上部地層成巖性較差，使用5″非API鉆桿為高泵壓高排量奠定基礎(chǔ)，使用高速螺桿實現(xiàn)快速鉆進,部分地區(qū)采用直井段1.5°單彎螺桿技術(shù)鉆進，目的是擴大井眼直徑為井眼暢通創(chuàng)造條件。二疊系高含玄武巖段鉆進牙輪鉆頭進尺短、PDC 鉆頭易崩齒難題，采用3刀翼3牙輪混合鉆頭配合輸出扭矩更大的等壁厚螺桿解決機械鉆速偏慢及單只鉆頭進尺偏短的難題。

3 聚合物輕鉆井液模式

強包被、強抑制、強封堵、低固相含量、適當粘切、高瞬時失水與低累積失水、良好的剪切稀釋性、較高的雷諾數(shù)是聚合物輕鉆井液的特征[8-9]，為固控設(shè)備的有效發(fā)揮、噴射鉆井提供技術(shù)基礎(chǔ)。上部疏松地層采用聚合物、KCl 聚合物體系，利用水化充分且經(jīng)剪切泵充分剪切稀釋的大分子包被劑NMI-4/IND30膠液對鉆屑第一時間進行絮凝包被，中小分子MYK進行流型調(diào)節(jié)與抗鹽抗鈣污染，444.5、333.3mm井眼大分子膠液濃度分別為0.7%～1%、0.5%～0.7%；利用KCl+有機鹽Weigh2/OS-80 對強水敏性泥巖、易垮塌地層進行強抑制防水化分散與PDC 鉆頭泥包；大滲透量井段利用超細鈣+微米纖維+優(yōu)質(zhì)坂土漿強化泥餅質(zhì)量與封堵，控制滲透量在新增井筒容積2倍之內(nèi)。雷諾數(shù)Re作為判定鉆井液流動流態(tài)的重要參數(shù)[10]，在低粘切高泵壓高排量模式下控制Re>3000，使其為紊流狀態(tài)，鉆屑運動過程中不存在轉(zhuǎn)動和滑落現(xiàn)象，其橫向擾動作用更能將井筒巖屑攜帶干凈。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 博孜區(qū)塊中硬地層

BZ3-K2井二開444.5mm井眼地層第四系西域組，新近系庫車組、康村組礫石發(fā)育，可鉆性差，優(yōu)選高性能混合鉆頭，鉆進最高泵壓至35MPa，最高排量80L/s，最高鉆壓260kN，扭矩22～28kN·m。采用KCl聚合物鉆井液體系，密度1.10～1.20g/cm3，漏斗粘度40～50s，充分體現(xiàn)配方簡單低粘低切優(yōu)質(zhì)鉆井液概念，高效使用固控設(shè)備，篩布目數(shù)200 目以上，確保固相含量不大于8%。通過高泵壓高排量，提高鉆井液返速有力攜砂清潔井筒，9″鉆鋌、5-7/8″鉆桿環(huán)環(huán)空返速達0.70、0.57m/s，實現(xiàn)大尺寸井眼清潔，在長段礫石層易卡鉆井段突破了常規(guī)鉆進進尺不超過500m或鉆進時間不超過24h必須短起下鉆拉劃井壁的技術(shù)瓶頸，二開鉆進未進行短起下鉆拉劃井壁作業(yè)，創(chuàng)博孜區(qū)塊444.5mm 井眼最高單日進尺360m、最高單趟鉆進尺1111m、最高機械鉆速10.43m/h三項紀錄。

三開333.4mm 井眼鉆進至2600m 開始造斜，以1.5°/30m 的造斜率定向鉆進至井斜15°后穩(wěn)斜鉆至4523.5m中完。直井段應(yīng)用Power-V 垂鉆工具，確保軌跡受控，定向段應(yīng)用貝克休斯旋轉(zhuǎn)導向工具，確保定向軌跡平滑，定向過程中最高鉆壓對比鄰井由140↗190kN，泵壓提高至32MPa，排量提高至62L/s,鉆進扭矩最高26kN·m。吉迪克組垮塌性褐色泥巖維護工藝，密度靠設(shè)計上線保持井壁穩(wěn)定、有機鹽+無機鹽有效抑制泥頁巖水化、大分子包被+中小分子流型調(diào)節(jié)與抗鹽鈣污染，保持高密度鉆井液壓低塑性粘度流變性特性，同時采用輕泥漿+重稠漿段塞舉砂工藝[11]，即起鉆前低粘切井漿通過工程變排量實現(xiàn)對井壁足夠有效的沖刷，接著利用粘度150～200s、高于井漿密度0.3～0.4g/cm3、有效方量40m3的重稠漿進行攜砂清潔井筒，確保井眼通暢與起下鉆順利。BZ3-K2 井噴射鉆井指標與區(qū)塊平均指標對比見表2。

表2 BZ3-K2井噴射鉆井指標與區(qū)塊平均指標對比

由表2 可看出：BZ3-K2 井與區(qū)塊平均指標對比，444.5mm 井眼機械鉆提高209.77%，行程鉆速提高245.50%，鉆井周期節(jié)約27.82d。333.4mm 井眼機械鉆速提高133.98%，行程鉆速提高86.47%，鉆井周期節(jié)約27.44d。

4.2 臺盆區(qū)塊軟地層

躍滿臺盆區(qū)塊二開311.2mm 裸眼長4500m 左右，快速鉆進井段跨越層位較多，且存在多套壓力系統(tǒng),上部新生代新近系、古近系地層為砂泥巖互層，可鉆性好，易形成“虛假”泥餅造成井眼縮徑引起起下鉆阻卡，中生代白堊系、侏羅系、三疊系地層中的巨厚泥巖在壓實過程中形成了硬脆性泥巖，易出現(xiàn)井壁剝落掉塊垮塌造成的阻卡，二疊系火成巖易發(fā)生漏失情況，占用大量生產(chǎn)時間。鑒于長裸眼阻卡難題是造成臺盆區(qū)塊起下鉆困難的主要原因[12-13]，二開長裸眼排量控制指標要求：3000m、3800m 以上井深排量分別不低于70L/s、65L/s，4200m以下排量不低于55L/s。在FY303-H1、YueM3-H13井進行雙高噴射鉆井實踐。

1200～3500m 段：本段地層較新欠壓實機械鉆速較高，流變性的控制突出“輕”概念，以低粘切為前提：①通過0.002%～0.004%大分子對易水化分散泥巖進行有效包被絮凝，低分子量包被劑形成低塑性粘度流態(tài)，3500m 前膠液配制只加入大分子即可；②為防大滲透量形成虛厚泥餅采用800～2000 目超細碳酸鈣YX 復(fù)配隨鉆堵漏劑TYSD-1/TP-2，控制滲透量在井眼理論容積2.5～3 倍以內(nèi)；③控制較低漏斗粘度FV30～35s，3000m前放開API失水至40mL左右，3000～3500m 控制20mL 左右；④工程鉆具組合使用高速螺桿，高排量65～70L/s、高泵壓20～25MPa、雷諾數(shù)Re3000～4000，實現(xiàn)高環(huán)空返速和低粘切有效沖刷井壁，防止鉆屑粘附導致短起下鉆阻卡的發(fā)生。

3500～5500m 段：隨著井深增加，地層伊/蒙混層巖性混雜，易產(chǎn)生剝蝕性掉塊，易吸水膨脹導致垮塌，兩種情況同時存在導致井壁失穩(wěn)，起下鉆阻卡頻繁。①侏羅系后提高膠液中各種處理劑的含量，進一步強化井漿包被、抑制性，并補充預(yù)水化護膠坂土漿適當提高鉆井液粘切保證攜砂能力，4000m 前漏斗粘度40s即可，低粘切強化井壁沖刷，防止鉆頭泥包，利于起下鉆順暢；②三疊系逐步提密度至1.26～1.28g/cm3，加入5%～8%超細碳酸鈣YX、1%～2%干粉瀝青、2%～3%乳化瀝青SY-A01加強封堵改善泥餅質(zhì)量，迅速降低鉆井液濾失量嚴控FLAPI6mL、FLHTHP12mL 以內(nèi)；③采用“稠漿+雷特纖維”工藝清潔井眼，防止掉塊堆積造成阻卡；④中下部轉(zhuǎn)磺后強封堵強防塌適當粘切攜砂確保井下安全；⑤工程高排量45～60L/s、高泵壓23～25MPa 鉆進攜砂與沖刷井壁，8″鉆鋌與5″鉆桿環(huán)空返速達1.25、0.8 4m/s,本區(qū)塊地層疏松，鉆進扭矩控制在15～18kN·m。FY303-H1井提前合同周期22.62d完井，創(chuàng)塔里木油田富滿區(qū)塊四開井身結(jié)構(gòu)井最快完井紀錄；YueM3-H13井完井周期99.42d實現(xiàn)提速25.75%，單月進尺5186m，打破哈拉哈塘區(qū)塊水平井單月進尺4942m紀錄。試驗井311.2mm井眼雙高噴射鉆井指標與區(qū)塊平均指標對比見表3。

5 認識與結(jié)論

（1）高泵壓高排量“雙高”噴射鉆井，在博孜區(qū)快中硬地層、富滿臺盆區(qū)塊較軟地層能有效提高機械鉆速。

（2）高泵壓高排量有效解決了大尺寸井眼清潔、長裸眼阻卡難題。

（3）聚合物輕泥漿模式能有效助推二開長裸眼鉆井提速。