新疆油田中拐凸起探井鉆井提速增效技術(shù)

劉志良， 支東明 ，黃 鴻， 南 鑫

(1.中國(guó)石油西部鉆探工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院，新疆克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油新疆油田分公司勘探公司，新疆克拉瑪依 834000；3.中國(guó)石油西部鉆探工程有限公司工程技術(shù)與市場(chǎng)處，新疆烏魯木齊 830011)

新疆油田中拐凸起探井鉆井提速增效技術(shù)

劉志良1， 支東明2，黃 鴻2， 南 鑫3

(1.中國(guó)石油西部鉆探工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院，新疆克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油新疆油田分公司勘探公司，新疆克拉瑪依 834000；3.中國(guó)石油西部鉆探工程有限公司工程技術(shù)與市場(chǎng)處，新疆烏魯木齊 830011)

為解決新疆油田中拐凸起探井機(jī)械鉆速慢、鉆井周期長(zhǎng)等問(wèn)題，對(duì)完鉆井的鉆井、錄井、測(cè)井和試油等資料進(jìn)行分析，提出了探井鉆井提速增效技術(shù)。應(yīng)用完鉆井的測(cè)井資料，開(kāi)展了巖石力學(xué)特性研究并優(yōu)選鉆頭；提高了鉆井液中抑制劑、包被劑和瀝青質(zhì)材料的含量，并添加了隨鉆堵漏劑和膠凝劑，提高了鉆井液的抑制性、封堵防塌性和防漏能力；根據(jù)地層承壓能力和井壁穩(wěn)定情況，確定了完井開(kāi)次。中拐凸起7口探井由三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化為二開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，平均機(jī)械鉆速提高了48.07%，月平均進(jìn)尺提高了40.69%，累計(jì)降低鉆井成本1 956萬(wàn)元。探井鉆井提速增效技術(shù)為新疆油田中拐凸起高效勘探開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)，也為類(lèi)似區(qū)塊的鉆井施工提供了技術(shù)參考。

中拐凸起 探井 井身結(jié)構(gòu) 機(jī)械鉆速 新疆油田

中拐凸起處于新疆油田瑪湖凹陷、沙灣凹陷和盆1井西凹陷等三大生油凹陷的油氣運(yùn)移指向區(qū)，是準(zhǔn)噶爾盆地西北緣重要的油氣聚集帶之一。前期探井鉆井過(guò)程中井下故障頻發(fā)，為保證中拐凸起地質(zhì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，采用了三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，但機(jī)械鉆速慢、周期長(zhǎng)，制約了勘探開(kāi)發(fā)步伐。

筆者在技術(shù)可行性分析論證的基礎(chǔ)上，嘗試將探井優(yōu)化為二開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，在鉆井工程、鉆井液等技術(shù)措施的強(qiáng)力保障下，7口深約3 500 m的探井均安全、順利、快速完井，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 地質(zhì)特點(diǎn)及鉆井技術(shù)難點(diǎn)

中拐凸起探井從上到下鉆遇吐谷魯群(K1tg)、西山窯組(J2x)、三工河組(J1s)、八道灣組(J1b)、白堿灘組(T3b)、克拉瑪依組(T2k)、百口泉組(T1b)、上烏爾禾組(P3w)、佳木河組(P1j)和石炭系(C)等地層。

白堊系吐谷魯群地層中，上部為灰色、灰褐色泥巖和砂質(zhì)泥巖，易水化膨脹、縮徑；侏羅系西山窯組、三工河組地層軟、硬泥巖交互，易出現(xiàn)周期性的縮徑、坍塌，鉆井過(guò)程中阻卡、劃眼頻繁，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生卡鉆[1-2]。

侏羅系八道灣組砂礫巖發(fā)育；二疊系、石炭系大段硬脆性泥巖裂縫及微裂縫發(fā)育較好，裂縫類(lèi)型為斜交縫、直劈縫及網(wǎng)狀縫，連通性好；白堊系與侏羅系、侏羅系與三疊系、三疊系與二疊系地層均為不整合接觸，交界面地層破碎[3-4]。近年完鉆的XX6、XX7、XX9等井在不同層位出現(xiàn)多次漏失，其中XX6井分別在侏羅系八道灣組、二疊系佳木河組及石炭系發(fā)生3次漏失，復(fù)雜情況處理時(shí)間長(zhǎng)達(dá)85 h。

石炭系地層以安山巖、安山質(zhì)角礫巖為主，受燕山運(yùn)動(dòng)影響，斷層、裂縫裂隙發(fā)育，形成破碎帶，粘聚力部分喪失，地層強(qiáng)度、井壁圍巖強(qiáng)度降低。XX5井鉆進(jìn)至石炭系地層時(shí)發(fā)生垮塌，復(fù)雜情況處理時(shí)間長(zhǎng)達(dá)369 h，采取各種措施均無(wú)法劃眼到底，被迫提前完鉆。

中拐凸起整體鉆井速度慢，鉆井周期長(zhǎng)。近年來(lái)施工的5口井，平均機(jī)械鉆速4.54 m/h，平均鉆井周期96.27 d，平均鉆井進(jìn)尺1 258.99 m。

2 鉆井提速增效技術(shù)

2.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2.1.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化可行性分析

通過(guò)區(qū)域資料分析，使用地層壓力分析系統(tǒng)(Version 3.0)軟件，選擇Fan經(jīng)驗(yàn)公式法進(jìn)行中拐凸起地層三壓力預(yù)測(cè)[5](見(jiàn)圖1)，中拐凸起已鉆井實(shí)測(cè)孔隙壓力如表1所示。

已鉆井實(shí)測(cè)孔隙壓力及使用鉆井液密度對(duì)比表明，石炭系地層表現(xiàn)為高壓低滲的特征。鉆至下烏爾禾組底部，鉆井液中加入橋接堵漏材料，裸眼井段采取少量、多次的方式進(jìn)行憋擠，提高上部低壓地層承壓能力，在鉆井液體系配套的情況下，可以采用二開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，加快勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程。

2.1.2 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

探井具有諸多不確定性，為了保證鉆井安全，一開(kāi)井段采用φ444.5 mm鉆頭，鉆進(jìn)500 m，下入φ339.7 mm套管。二開(kāi)井段采用復(fù)合井眼，用φ311.1 mm鉆頭鉆進(jìn)至克拉瑪依組上部，換用φ215.9 mm鉆頭鉆進(jìn)至烏爾禾組底部，進(jìn)行承壓試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選擇合適的方案。

方案1：如果地層承壓能力能夠滿足下部石炭系地層安全鉆進(jìn)的要求，繼續(xù)鉆進(jìn)至完鉆井深，下入φ139.7 mm油層套管(見(jiàn)圖2(a))。

方案2：如果上部地層承壓能力難以滿足下部地層安全鉆進(jìn)的要求，則用φ311.1 mm鉆頭擴(kuò)眼至烏爾禾組底部，下入φ244.5 mm技術(shù)套管，再用φ215.9 mm鉆頭進(jìn)行三開(kāi)鉆進(jìn)，下入φ139.7 mm油層套管(見(jiàn)圖2(b))。

2.2 優(yōu)選鉆頭

根據(jù)測(cè)井資料建立巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算模型，反演分析巖石力學(xué)參數(shù)和鉆頭可鉆性級(jí)值。通過(guò)分析中拐地區(qū)完鉆井各層位鉆頭的使用情況，結(jié)合地層巖石巖性變化及力學(xué)特性，優(yōu)選與地層相匹配的鉆頭[6-8]。增加PDC鉆頭進(jìn)尺占有率，根據(jù)地層礫石的膠結(jié)強(qiáng)度、粒徑大小，適當(dāng)調(diào)整鉆井參數(shù)，小鉆壓、低轉(zhuǎn)速鉆穿含礫地層，減少起下鉆次數(shù)，提高機(jī)械鉆速，解決影響鉆井提速的瓶頸性難題[9-12]。

XX13井共使用6只鉆頭，其中牙輪鉆頭2只，PDC 鉆頭3只，取心鉆頭1只，使用情況見(jiàn)表2。其中，二開(kāi)井段選用φ311.1 mmDES1904U/S221鉆頭，由井深500 m鉆至井深2 900 m，單只鉆頭進(jìn)尺2 400 m，成功鉆穿八道灣組底部礫巖，機(jī)械鉆速達(dá)到了14.95 m/h，創(chuàng)該區(qū)塊機(jī)械鉆速新紀(jì)錄。全井PDC鉆頭進(jìn)尺占有率達(dá)到了85.17%，平均機(jī)械鉆速達(dá)8.18 m/h，鉆機(jī)月進(jìn)尺達(dá)2 264.15 m，全井鉆井周期僅47.63 d。

2.3 鉆井液技術(shù)

井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，裸眼段長(zhǎng)達(dá)3 000 m左右，對(duì)鉆井液性能及維護(hù)提出了更高的要求。根據(jù)地層黏土礦物含量和理化特性，制定了鉆井液處理維護(hù)原則：上部地層以抑制、包被、封堵為主，分散為輔；下部地層以適度分散為主，提高鉆井液的屏蔽性能。

加入的高分子聚合物 PMHA-2(MAN104)，可以在黏土表面形成連續(xù)吸附水化層，并提高濾液黏度，滯緩水分子向泥巖滲透[13-14]；鉆井液中加入KCl、CaO，保持K+質(zhì)量濃度在20 000 mg/L以上，Ca2+質(zhì)量濃度在400 mg/L左右，提高濾液化學(xué)抑制性和調(diào)節(jié)鉆井液水相活度，抑制巖屑水化膨脹和分散，減少液相向巖層運(yùn)移，穩(wěn)定井壁。

選用瀝青類(lèi)、QCX-1、WC-1 作為封堵劑。瀝青質(zhì)材料在一定溫度和壓差下發(fā)生變形，封堵微裂隙和孔隙，在井壁形成致密的內(nèi)泥餅，提高對(duì)微裂隙或破碎地層的粘結(jié)力和井壁地層強(qiáng)度；不同粒徑的隨鉆堵漏劑、QCX-1、WC-1 協(xié)同配合形成致密的屏蔽環(huán)，實(shí)現(xiàn)近井壁嚴(yán)密封堵。剛性和可變性固相粒子的粒徑、級(jí)配與地層相適應(yīng)，增強(qiáng)造壁和封堵能力，提高地層承壓能力，降低漏失發(fā)生概率[15-16]。

鉆井液中加入3%隨鉆堵漏劑，其不同級(jí)配的封堵顆粒、纖維及晶片有效封堵不同性質(zhì)的漏失地層，同時(shí)輔以1%左右的膠凝劑，降低鉆井液的濾失性，阻止固相和液相進(jìn)入儲(chǔ)層，穩(wěn)定井壁[17]。

井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，同一裸眼中同時(shí)存在高壓和低壓層，上部井漏與下部噴塌風(fēng)險(xiǎn)同時(shí)存在。在鉆至下烏爾禾組底部時(shí)，鉆井液中加入4%～6%中粗—細(xì)的橋接堵漏材料，對(duì)上部低壓地層進(jìn)行堵漏，提高上部低壓地層承壓能力至當(dāng)量密度為1.40 kg/L左右，滿足安全鉆進(jìn)要求后，再鉆開(kāi)高壓層。

3 實(shí)施效果

2012年中拐地區(qū)XX8井和XX10井的井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化嘗試取得成功。2013年共鉆6口探井，其中5口井采用了二開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，XX11井采用三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)。

2012年2口井的井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，鉆井技術(shù)指標(biāo)比三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)井(以下記為三開(kāi)井)有所提高。2013年二開(kāi)井身結(jié)構(gòu)井(以下記為二開(kāi)井)平均機(jī)械鉆速比2012年三開(kāi)井提高48.07%，月平均進(jìn)尺提高40.69%；2013年的二開(kāi)井與三開(kāi)井相比，平均機(jī)械鉆速提高51.86%，月平均進(jìn)尺增加20.25%(見(jiàn)圖3)。

井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的7口井共節(jié)省φ244.5 mm技術(shù)套管22 250 m，節(jié)省費(fèi)用2 200萬(wàn)元，節(jié)約固井材料費(fèi)用159.30萬(wàn)元，節(jié)約鉆井中完時(shí)間91 d，節(jié)約費(fèi)用527.80萬(wàn)元，共計(jì)降低鉆井成本1 956.28萬(wàn)元(見(jiàn)表3)，降本增效明顯。

2012年前，三開(kāi)井的平均復(fù)雜事故時(shí)率為4.96%，中拐凸起區(qū)2口試驗(yàn)井的復(fù)雜事故時(shí)率下降為2.46%，2013年5口探井優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)后的復(fù)雜事故時(shí)率為0，達(dá)到了在不下技術(shù)套管情況下安全、快速、優(yōu)質(zhì)鉆進(jìn)的要求。

4 結(jié)論與建議

1) 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案能夠滿足中拐凸起安全快速鉆井的需求，優(yōu)化后的鉆井液配方有效提高了機(jī)械鉆速，提速增效效果顯著，為該區(qū)今后高效勘探開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

2) 鉆頭選型取得了很好的效果，從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況看，還可以進(jìn)一步優(yōu)選；二開(kāi)井段可以考慮嘗試φ241.3 mm+φ215.9 mm復(fù)合井眼，進(jìn)一步縮短鉆井完井周期。

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[編輯 滕春鳴]

Technique for Improving ROP and Benefit in Zhongguai Uplift
Area of Xinjiang Oilfield

Liu Zhiliang1, Zhi Dongming2, Huang Hong2, Nan Xin3

(1.ResearchInstituteofDrillingEngineeringandTechnology，CNPCXibuDrillingEngineeringCompanyLimited，Karamay，Xinjiang，834000，China；2.ExplorationDivisionofXinjiangOilfieldCompany，PetroChina，Karamay，Xinjiang，834000，China；3.EngineeringTechnologyandMarketDevelopmentDepartment，CNPCXibuDrillingEngineeringCompanyLimited，Karamay，Xinjiang，830011，China)

In order to improve ROP and economic benefit in Zhongguai uplift block, a new technique was worked out by analyzing the data of drilling, mud logging, logging and well testing etc. from offset wells. According to the logging data from offset wells, rock mechanics has been studied and drilling bit has been optimized. Content of inhibitor, capsuling agent and asphalt materials was increased in drilling fluids, and LCM and gelling agent were also added to raise the capability of inhibition, anti-caving and curing losses. Based on the formation fracturing pressure and the wellbore stability, the well profile and casing program can be determined. Casing program of 7 exploration wells was changed from three phases into two phases, the average ROP was increased by 48.07%, and average monthly drilling footage was increased by 40.69%, drilling cost was saved up to RMB 19.56 million. Application of the technique for improving ROP has laid a foundation for high efficiently exploration and development in Zhoingguai uplift block, and provided a good technical reference for exploration in other similar oilfields.

Zhongguai uplift；exploratory well；casing program；penetration rate；Xinjiang Oilfield

2014-04-03；改回日期：2015-02-03。

劉志良(1978—)，男，河南新野人，2002年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院精細(xì)化工專(zhuān)業(yè)，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事鉆井液研究和現(xiàn)場(chǎng)管理工作。

?鉆井完井?

10.11911/syztjs.201502003

TE242

A

1001-0890(2015)02-0014-05

聯(lián)系方式：(0990)6889295，luckyboy02@126.com。