玉門油田鴨西鉆井提速技術(shù)研究與應(yīng)用

田　徑，李國興，薛洪波，郭立春

(中石油西部鉆探國際鉆井公司，甘肅酒泉735000)

玉門油田鴨西鉆井提速技術(shù)研究與應(yīng)用

田徑*，李國興，薛洪波，郭立春

(中石油西部鉆探國際鉆井公司，甘肅酒泉735000)

玉門油田鴨西區(qū)塊地層傾角大、防斜難度大，巖石可鉆性差、機(jī)械鉆速慢，存在高壓鹽水層但深度不確定等問題。區(qū)塊已鉆井速度慢、周期長，2014年鴨西區(qū)塊4400m左右的直井，平均周期188d，平均機(jī)速2.16m/h；目前玉門油田開發(fā)重心轉(zhuǎn)至青西、鴨西區(qū)塊，鴨西工作量充足，提速潛力巨大；通過開展針對性防斜打快、鉆頭個性化設(shè)計及優(yōu)選和高壓鹽水層預(yù)防處理等研究，完善了區(qū)塊優(yōu)快鉆井技術(shù)；2015年已應(yīng)用3口井，提速效果顯著，實現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)高效鉆井；形成一套完善的提速配套技術(shù)，可以進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

鉆井提速；防斜打快；高壓鹽水；鉆頭選型

鴨西區(qū)塊存在機(jī)械鉆速低、鉆井周期長等問題，提速技術(shù)瓶頸亟待解決，該項研究將實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益雙贏，同時能提高深井復(fù)雜地層的鉆井技術(shù)，并積累鉆井經(jīng)驗。近年來，鴨西深部地層欠開發(fā)，未深入開展提速攻關(guān)，2015年鴨西白堊系部署9口井，目前已經(jīng)完成直井鴨西12井、小井眼加深井鴨西4J井和小井眼側(cè)鉆井鴨西8X井，通過這3口井的探索，逐漸解決了鴨西提速中存在的困難，為鴨西區(qū)塊的整體提速奠定了基礎(chǔ)。

1　地質(zhì)特點及鉆井難點

1.1地質(zhì)特點

鴨西區(qū)塊巖性主要為礫石層、棕紅色含礫砂巖，棕紅色粉砂質(zhì)泥巖、灰色砂質(zhì)泥巖等；鴨西區(qū)塊目的層為第三系白楊河組E3b和白堊系下溝組K1g，完鉆井深一般在4500～5000m。地層主要特點是：第四系砂礫巖膠結(jié)差；第四系與第三系、第三系柳溝莊組與白堊系中溝組之間存在不整合面；白堊系中溝組、下溝組存在高壓水侵等。

1.2鉆井難點分析

（1）井斜控制難度大。依據(jù)鴨西12井地質(zhì)設(shè)計，白堊系中溝組與下溝組地層傾角大，下溝組傾角最大15°，第四系與第三系、第三系柳溝莊組與白堊系中溝組之間存在不整合面，同時依據(jù)鄰井鴨西7井2800m以后增斜很快。

（2）巖石可鉆性差和高密度下機(jī)械鉆速低。因鴨西區(qū)塊緊鄰玉門青西油田，依據(jù)玉門青西油田巖石可鉆性變化規(guī)律探討[1]，參考鴨西區(qū)塊白堊系地層可鉆性，中溝組3550～3800m，可鉆性在6～7級，下溝組3800～4700m，可鉆性最差大于7級以上；在鉆遇高壓鹽水層后，提高鉆井液密度對機(jī)速影響較大，高密度下機(jī)速低，從鄰井鴨西11井看，為壓穩(wěn)鹽水層鉆井液密度從1.30g/cm3提高到1.68g/cm3左右,密度提高后的機(jī)速降低了30%～50%。

（3）鴨西區(qū)塊部分井存在高壓鹽水層。目前高壓鹽水層深度和壓力都不確定，并且高壓鹽水層有些在白楊河組E3b層，有些在中溝組K1z層；例如鴨西11井鉆至E3b層存在高壓鹽水層，鉆井液密度最高達(dá)1.68g/cm3。

（4）白堊系中、下溝組地層含礫鉆頭選型困難。在鴨西117井下溝組4425～4432m取芯顯示存在礫石段，白堊系含礫地層使用PDC鉆頭行程進(jìn)尺少，容易先期損壞，例如鴨西5井在鉆至白堊系含礫地層4305～ 4398m時，進(jìn)尺93m，純鉆僅42.83h，機(jī)速2.17m/h，起出后PDC鉆頭冠部幾乎磨平報廢。

2　技術(shù)研究與應(yīng)用

2.1防斜打快技術(shù)[2]

鴨西地層傾角一般在（7°～15°）之間，各地層之間存在不整合面，井斜易向西南方向偏離。常規(guī)的鐘擺鉆具、剛性滿眼鉆具以及輕壓吊打等被動防斜技術(shù)不能解決鴨西的井斜問題，而國外垂直鉆井工具如Pow?er-V、Vertitrak等使用價格貴，國內(nèi)垂直鉆井工具目前還沒有得到廣泛的推廣，且在工具穩(wěn)定性方面還需提高，為此研究應(yīng)用PDC鉆頭+螺桿+MWD復(fù)合導(dǎo)向技術(shù)，通過實驗防斜效果好，鉆井成本低，值得推廣使用。

2.1.1鉆具組合優(yōu)選

由于鴨西井斜控制難度大，表層井段和2800m之后井段需要選擇一套既能防斜又能糾斜的鉆具組合，通過技術(shù)研究，表層鉆進(jìn)時，采用牙輪鉆頭或PDC鉆頭+螺桿+MWD的“0-3”鉆具組合，泥巖達(dá)到60%～ 70%之后，選用PDC鉆頭鉆進(jìn)，鉆井參數(shù)采取鉆壓20～ 140kN，轉(zhuǎn)速50～65r/min+螺桿，排量45～55L/s，平均鉆速可達(dá)7.5m/h，這樣即可以穿越牛胳套—胳塘溝組N2n+N1t含礫砂泥巖層，帶螺桿+MWD又可及時防斜打快。2800m以后井斜增加快，采用PDC鉆頭+螺桿+ MWD的“0-1”鉆具組合，鉆井參數(shù)采取鉆壓40～ 120kN，轉(zhuǎn)速60r/min+螺桿，排量30～35L/s，平均鉆速可達(dá)4m/h，通過鴨西12井實鉆均起到了控制井斜、提速的效果。

2.1.2螺桿優(yōu)選

選用7頭?244.5mm或?172mm1.25°單彎螺桿，能起到導(dǎo)向鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)的雙重作用；為滿足?311mm和?216mm井眼控斜要求，選擇使用比井眼小1～2mm的穩(wěn)定器，以滿足井眼防斜要求；同時優(yōu)化轉(zhuǎn)速和鉆壓，改善鉆具受力環(huán)境，跳鉆井段盡量調(diào)整轉(zhuǎn)速、鉆壓或加減震器減弱跳鉆；根據(jù)測斜情況及時調(diào)整參數(shù)，優(yōu)化泥漿性能，提高機(jī)械鉆速，防止井斜超標(biāo)，如果井斜增大需加密測量，如果接近設(shè)計上限時要采取措施進(jìn)行糾斜。

2.1.3工藝技術(shù)

通過前期防斜經(jīng)驗，當(dāng)井斜在設(shè)計范圍內(nèi)，方位在自然方位反方位時，全壓復(fù)合鉆進(jìn)，井斜向小變化；當(dāng)方位回到自然方位，井斜向大變化；當(dāng)井斜達(dá)到設(shè)計上限時，采用定向糾斜，全力扭方位至自然方位反方位，控制井斜在設(shè)計范圍內(nèi)，全壓鉆進(jìn)，達(dá)到解放鉆壓，提高機(jī)械鉆速的目的。鴨西12井在1513～1782m進(jìn)行糾斜作業(yè)1次，將方位由50°扭至219°，井斜控制在3°以內(nèi)。

2.2鉆頭個性化設(shè)計及優(yōu)選[4]

針對鴨西區(qū)塊白堊系中、下溝組可鉆性6～8級，硬度在1600MPa[3]、中、下溝組地層含礫的特點以及鉆遇水層后提密度對機(jī)速的影響。鴨西11井在3851～ 3940m，試驗瑞德PDC SKH1516（5刀翼16mm復(fù)合片）鉆進(jìn)89m就報廢；鴨K2-1井在4222～4308m，試驗寶瑞PDC BR1375(5刀翼13mm復(fù)合片)鉆進(jìn)86mPDC的選型問題尤其突出。

通過研究開展了PDC鉆頭優(yōu)選及應(yīng)用，第三系、白堊系上部及含礫層位采用剛體PDC鉆頭突出穿夾層能力和攻擊性；白堊系下部地層采用胎體PDC鉆頭主要突出鉆頭抗研磨性和熱穩(wěn)定性?，F(xiàn)場實鉆過程中，鴨西12井在第三系、白堊系上部和含礫地層選用DBS公司鋼體SF56VH3、SF55H3、FX55DX3和SF55DH3鉆頭，強(qiáng)調(diào)鉆頭的攻擊性和穿夾層能力，白堊系下部選用DBS公司胎體MM54DH3鉆頭，鉆頭系列見表1。

表1　鉆頭系列表

2.3高壓鹽水層的預(yù)防和處理

鴨西高壓鹽水層分布不明確，白楊河組及以下地層可能存在，已鉆井井深從2702～3572m存在不同壓力的鹽水層,壓力系數(shù)：1.45～1.68g/cm3，鹽水侵極易造成井壁失穩(wěn)，依據(jù)鴨西11井三壓力梯度，如鴨西11在井深2558/2673/2694/3245m發(fā)生高壓鹽水侵，鉆井液高密度由1.49g/cm3提至1.68g/cm3，氯根由6736mg/L升至23397mg/L。

為了做好預(yù)防工作，需做好鉆井液密度、粘度、氯根濃度的監(jiān)控，并及時坐崗。下步需進(jìn)一步摸清高壓鹽水層壓力分布規(guī)律；進(jìn)中溝組前將鉆井液密度提至1.55g/cm3；加重后短拉測后效驗證水層壓穩(wěn)情況。

2.4 提速工具NEWDRILL的應(yīng)用

NEWDRILL提速工具提供近鉆頭高速旋轉(zhuǎn)及持續(xù)扭矩，鉆頭連續(xù)接觸地層，在軸向高頻的吸能和放能，同時恒定鉆壓，工具全金屬，耐高溫、高壓；機(jī)械系統(tǒng)驅(qū)動，不受液壓力及泥漿密度、堵漏材料的影響；軸向吸力及放力經(jīng)過幾十萬次測試；尺寸多樣、釋放能量值也可設(shè)置；使用壽命可達(dá)300h以上；可以有效避免軟硬交錯地層、非均質(zhì)性較強(qiáng)地層鉆頭受到較強(qiáng)的軸向沖擊力，造成崩齒，掉齒，鉆具疲勞受損，減小鉆頭瞬時不能連續(xù)接觸地層，切削效率降低，塑性地層受力應(yīng)變，而周向滑移剪切時間內(nèi)實際切削次數(shù)降低的不足問題。

此工具共使用3口井，總進(jìn)尺976m，平均機(jī)械鉆速1.56m/h（見表2）,提速效果顯著。

表2　鴨西8X井NEWDRILL使用統(tǒng)計

從表2應(yīng)用可以看出NEWDRILL在鴨西區(qū)塊機(jī)械鉆速提高了50%～80%。

3　實施效果及經(jīng)濟(jì)效益評價

3.1實施效果評價

通過以上措施，鴨西12井全井平均機(jī)速5.08m/h，創(chuàng)該區(qū)塊機(jī)速最快紀(jì)錄，鉆井周期75.83d，創(chuàng)該區(qū)塊周期最短紀(jì)錄，其中1只216mm SF56VH3，井段1518～ 3162m，進(jìn)尺1644m，平均機(jī)速7.26m/h，同比鄰井機(jī)速提高了127%；鴨西8X井試驗NEWDRIIL井段機(jī)速平均提高了89%，推廣應(yīng)用前景廣闊。

表3　經(jīng)濟(jì)效益評價

3.2經(jīng)濟(jì)效益評價

從表3可以看出，鴨西12井提速效果顯著，節(jié)約周期45.17d，節(jié)約周期費用390萬元，機(jī)械鉆速提高了32.98%；鴨西8X井和鴨西4J分別為小井眼側(cè)鉆井和加深井，屬于特殊工藝井，由于深部地層地質(zhì)情況復(fù)雜，施工難度較大，超過了鉆井周期，但從機(jī)速上看，還是持平或略有提高。

4　結(jié)論和建議

（1）通過鉆井提速技術(shù)攻關(guān)和實踐，初步形成鴨西區(qū)塊鉆井的防斜打快、鉆頭個性化設(shè)計及優(yōu)選、高壓鹽水層預(yù)防和處理以及事故復(fù)雜預(yù)防等研究以及提速工具NEWDRILL的提速效果，形成了一套整體提速配套技術(shù)。

（2）防斜打快是鉆井實踐中積累的鉆井經(jīng)驗，費用低、防斜打快效果好，起到了提速的目的，在鴨西提速應(yīng)用中具有重要作用。

（3）鉆頭個性化設(shè)計及優(yōu)選方案適應(yīng)鴨西白堊系及其中含礫地層的需求，白堊系下部地層機(jī)速可以達(dá)到1.2m/h以上，為提速奠定了堅實基礎(chǔ)。

（4）高壓鹽水層的預(yù)防，目前還是遭遇戰(zhàn)，主要依靠監(jiān)控鉆井液密度、粘度、氯根濃度，及時坐崗來應(yīng)對，還需要進(jìn)一步探索更有效的方法預(yù)防。

（5）提速工具NEWDRILL的提速效果顯著，相比同井段地層機(jī)械鉆速能提高50%～80%，在安全的前提下值得推廣應(yīng)用。

[1] 余金海，項德貴，孫夢慈，等.玉門青西油田巖石可鉆性變化規(guī)律探討[J].西部探礦工程,2005（3）:60-61.

[2]張敏，楊海濱，李建輝，等.青西推覆體地層防斜打快技術(shù)的研究與應(yīng)運(yùn)[J].西部探礦工程,2014（11）:87-88.

[3]需健，汪先迎，王治中，等.玉門青西油田鉆頭選型技術(shù)[J].西部探礦工程[J].2003(11)：72-74.

[4]劉謙，王震宇，張敏，等.鴨K區(qū)塊PDC鉆頭選型技術(shù)的研究及應(yīng)用[J].西部探礦工程,2014（12）：29-31.

TE2

B

1004-5716(2016)11-0071-04

2015-12-08

2016-01-18

田徑(1982-)，男（漢族），甘肅明勤人，工程師，現(xiàn)從事鉆井工程技術(shù)、鉆井施工工藝等方面的研究和管理工作。