順北油田鉆井提速淺析與探討

劉仕銀，孫 榮，毛 鑫

（1.中石化西北油田分公司石油工程監(jiān)督中心，新疆輪臺841600；2.中石化東北油田分公司石油工程技術(shù)研究院，吉林長春130062）

1 區(qū)域地質(zhì)概況

順北油田位于沙漠腹地順托果勒低隆的北部，緊鄰塔指躍滿區(qū)塊。該地區(qū)地層發(fā)育較齊全，自上而下發(fā)育新生界第四系、新近系、古近系、中生界白堊系、侏羅系、三疊系、古生界二疊系、石炭系下統(tǒng)卡拉沙依組、巴楚組、泥盆系上統(tǒng)東河塘組、志留系下統(tǒng)塔塔埃爾塔格組、下統(tǒng)柯坪塔格組，奧陶系地層發(fā)育齊全。三疊系地層砂泥巖護(hù)層頻繁，泥巖容易吸水膨脹、剝落掉塊，二疊系地層脆硬，裂縫縱向發(fā)育，易井漏、掉塊；桑塔木組存在火成巖侵入體，且地層坍塌壓力較高，易垮塌；奧陶系地層裂縫發(fā)育，地層壓力低易漏失，且高含硫化氫[1]。

2 工程施工難點(diǎn)

2.1 二疊系漏失風(fēng)險高、可鉆性較差

（1）二疊系為火成巖地層，孔隙壓力為1.10～1.20g/cm3，層厚約500m（見表1）漏點(diǎn)多，鉆進(jìn)中漏失風(fēng)險較高。巨大的漏失量表現(xiàn)為裂縫性漏失，從憋鉆現(xiàn)象和同時發(fā)生漏失判斷漏層可能為縱向裂縫[2]。

（2）火成巖井段地層抗壓強(qiáng)度在5000～20000psi，可鉆性差，且地層含有礫巖，普通PDC鉆頭損壞很快，機(jī)械鉆速受到極大限制。

表1 二疊系實(shí)鉆地層情況表

2.2 志留系易水化剝落垮塌、含石英砂巖研磨性強(qiáng)

（1）工區(qū)志留系大幅度的聲波時差變化伴隨著較大的地層自然伽馬值和較低的地層密度，符合易垮塌井段的主要地球物理特性。巖石礦物組分分析顯示該地層以石英、方解石和粘土礦物為主要膠結(jié)物質(zhì)，同時高嶺石發(fā)育，以片狀、粒狀存在，表面存在微裂縫，膠結(jié)狀態(tài)存在剝落垮塌趨勢。

（2）志留系柯坪塔格組中的砂礫巖成分以石英為主，研磨性強(qiáng)，研磨性6～7級，泥巖地層以硬脆性泥巖為主，砂泥巖互層頻繁，致使地層軟硬交錯變化大，憋、跳鉆嚴(yán)重。

2.3 桑塔木組侵入體發(fā)育、存在垮塌漏失風(fēng)險

奧陶系桑塔木組地層中部發(fā)育火成巖侵入體（部分發(fā)育輝綠巖），侵入體的坍塌應(yīng)力高，物理支撐不足容易發(fā)生垮塌，過物理支撐可能發(fā)生漏失。侵入體巖石以輝綠巖和蝕變凝灰?guī)r為主，輝綠巖密度大（3.02g/cm3）、硬度高（7級以上），研磨性超強(qiáng)，不容易發(fā)生水化但存在微裂縫，鉆井液濾液會沿微裂縫滲流運(yùn)移，導(dǎo)致井壁剝落、坍塌，鉆井液浸泡時間越長越容易產(chǎn)生周期性垮塌的風(fēng)險。

2.4 深井小井眼定向工藝難度大

定向施工存在井深、井溫高、井眼尺寸小、短半徑造斜率高等特點(diǎn)，井眼尺寸為120.6mm且井底循環(huán)溫度在150℃左右，對工具儀器的安全可靠性要求高，造斜率22°～25°/30m，面臨工具面控制不穩(wěn)、軌跡控制難度大、鉆具極易發(fā)生疲勞破壞，因此定向鉆頭選型需要探索，技術(shù)措施需要優(yōu)化。

3 鉆井提速關(guān)鍵技術(shù)

3.1 二疊系快速鉆穿火成巖技術(shù)

由于二疊系地層的不均質(zhì)性，鉆進(jìn)過程中鉆頭會出現(xiàn)短暫的停頓（如圖1中B所示），但上部鉆具仍在旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生彎曲（如圖1中C所示），當(dāng)鉆具彎曲至一定程度，鉆頭成功破碎地層，瞬間扭矩釋放，產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)（如圖1中D所示），鉆速的不均勻?qū)е裸@頭極易過早損壞。若能在鉆頭上增加一個額外的旋轉(zhuǎn)方向的均勻穩(wěn)定的高頻沖擊力，就能大幅度提高剪切效率，從而避免“粘滑現(xiàn)象”的出現(xiàn)，最大限度保護(hù)鉆頭。

圖1 高頻沖擊器破巖效果對比圖

高頻沖擊器+阿特拉PDC鉆井工藝。高頻沖擊器是將鉆井液的流體能量在鉆頭上同時轉(zhuǎn)換成周向和徑向上的高頻沖擊力，沖擊、剪切破碎巖石，提高剪切效率，消除鉆頭運(yùn)動時可能出現(xiàn)的一種或多種有害振動，消除粘滑現(xiàn)象，提高機(jī)械鉆速、延長鉆頭使用壽命[3]。同時阿特拉鉆頭“渦輪狀”獨(dú)特材料配比的切削齒，用特殊獨(dú)有的金剛石合成方法加以制造，并通過混合金剛石顆粒大小來優(yōu)化抗研磨性與抗沖擊性能，具有很好的抗磨損的切削齒。

3.2 二疊系隨鉆鉆井技術(shù)

（1）為防止液柱壓漏地層，密度控制在1.23～1.25g/cm3，鉆進(jìn)排量控制在25～28L/s，作業(yè)期間維持鉆井液性能穩(wěn)定，保持粘度48～52s，PV20～23mPa·s，YP4～6Pa，補(bǔ)充1.5%的SFT-100防塌劑，加入1%QS-1+1%SQD-98（細(xì)）+1%PB-1，發(fā)現(xiàn)滲漏情況及時補(bǔ)充SFT-100+DF-1+SQD-98（細(xì)）+竹纖維+PSD，提高隨鉆封堵能力。

（2）鉆遇漏點(diǎn)（漏速＞5m3/h），可注入40～50m3濃度為8%～12%的隨鉆堵漏漿強(qiáng)行鉆進(jìn)，若鉆遇多個漏點(diǎn)采取堵漏漿鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行施工，快速鉆穿地層。隨鉆堵漏漿配方（8%～12%）：井漿+2%核桃殼（中粗）+1%核桃殼（細(xì)）+2%SQD-98+1.5%CXD+2%云母（中粗）+2%云母（細(xì)）+2.5%石灰石粉+1%SMPB-1，使用20目篩布過篩。

（3）起鉆前在二疊系井段打入封閉堵漏漿，配方：井漿+0.5%GQJ-5+0.5%細(xì)云母+1.0%SQD-98+1.0%SMPB-1+2.5%石灰石粉+2%聚磺防塌劑SPT-2+0.5%乳化瀝青FF-Ⅲ+3%磺化處理劑+加重劑。

（4）隨鉆堵漏漿維護(hù)。采用燒堿調(diào)整鉆井液pH值≥10，使用隨鉆堵漏漿每鉆進(jìn)2～3d，清除膨脹、發(fā)酵的堵漏材料，及時補(bǔ)充隨鉆堵漏劑；加入足量的潤滑劑及1%～2%固體石墨粉增強(qiáng)鉆井液潤滑性。

3.3 侵入體安全鉆進(jìn)技術(shù)

（1）在進(jìn)侵入體前，簡化鉆具組合，選擇抗研磨性較強(qiáng)的牙輪鉆頭，在鉆穿后使用常規(guī)PDC+162mm扶正器及隨鉆震擊器鉆進(jìn)，弱化鉆井參數(shù)控制井斜。

（2）鉆井液密度選擇在1.80～1.82g/cm3開鉆，進(jìn)入侵入體前加2%～3%的抗溫材料+2%瀝青類+2%QS-2，粘度在55～70s之間，鉆井液動塑比大于0.3，保證良好的攜巖能力，靜切力控制在4/10以上，保持良好的懸浮能力。鉆進(jìn)過程中間斷配稠漿洗井帶出輝綠巖掉塊。

3.4 深井小井眼定向技術(shù)

3.4.1 鉆頭選型優(yōu)化

考慮牙輪鉆頭使用時間短、存在易掉牙輪的風(fēng)險，故考慮PDC鉆頭。結(jié)合塔河油田同種尺寸小井眼側(cè)鉆水平井的經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)選百斯特生產(chǎn)的M0864鉆頭，工具面較為穩(wěn)定，純鉆時間長。

3.4.2 螺桿及定向儀器選型

依據(jù)TH12518CH和TH10246CH井95mm螺桿使用經(jīng)驗(yàn)，確定2°～2.5°螺桿單彎螺桿滿足定向段施工，1.25°～1.5°滿足水平段施工。結(jié)合工區(qū)備貨情況，采用美國APS公司或SLIMPULSE抗175℃高溫MWD隨鉆測量儀器。鉆進(jìn)中堅持每趟鉆更換MWD電池和脈沖發(fā)生器，根據(jù)螺桿廠家推薦的時間控制95mm螺桿使用時間。見表2。3.4.3 鉆具組合及方案優(yōu)化

表2 小井眼高溫儀器參數(shù)表

（1）采用柔性倒裝鉆具組合，選用88.9mm加重鉆桿、101.6mm（加重）鉆桿在88.9mm小節(jié)箍鉆桿上部給鉆頭有效傳遞鉆壓，其中101.6mm鉆桿為高抗扭抗拉非標(biāo)鉆具，施工極限深度達(dá)8100m；88.9mm和101.6mm非標(biāo)小接箍鉆桿均為雙臺階密封扣型[4]。

（2）使用2.5°或2.25°螺桿（抗溫150℃）造斜；使用1.75°～2.0°螺桿（抗溫180℃）增斜，水平段使用1.25°～1.5°螺桿（抗溫180℃）復(fù)合鉆進(jìn)，根據(jù)測斜情況及時定向微調(diào)。

（3）在定向設(shè)計的連續(xù)增斜單圓弧剖面基礎(chǔ)上，對局部造斜率進(jìn)行優(yōu)化，來避免起步造斜率與穩(wěn)定造斜率不匹配的情況。斜井段做好待鉆井眼軌跡的預(yù)測，及時根據(jù)修正的設(shè)計軌道數(shù)據(jù)選擇合適的彎殼體馬達(dá)。

（4）下鉆至出139.7mm套管后50～100m循環(huán)鉆井液，進(jìn)行MWD儀器測試，鉆頭進(jìn)入139.7mm套管后嚴(yán)禁長時間開泵測試儀器；在安全鉆井情況下適當(dāng)提高排量，增強(qiáng)脈沖信號。

4 現(xiàn)場應(yīng)用分析

4.1 巨厚火成巖提速效果明顯

4口新四級在二疊系巨厚火成巖井段采用了高頻沖擊器與阿特拉鉆頭組合來提高機(jī)械鉆速，均獲得了理想的提速效果。SHB 1-4H機(jī)械鉆速最低，僅為2.41m/h。其它3口井（SHB 1-2H、SHB 1-3、SHB 1-4H）在火成巖井段的平均機(jī)械鉆速為4.13m/h，相對于鄰井SHB 1、SHB1-1H分別提高111.11%、78.50%（見表3）。

4.2 防漏失效果顯著

表3 二疊系火成巖機(jī)械鉆速統(tǒng)計表

通過新材料應(yīng)用及堵漏漿鉆進(jìn)技術(shù)，從單井漏失次數(shù)、漏失量及處理時間上均得到較大控制，其中順北1-5H、順北1-6H井鉆進(jìn)過程中二開無漏失。5口新四級累計漏失量1371.21m3，損失時間301h，平均單井漏失量274.24m3，損失時間60.2h，較順北1-1H井有明顯改善（見表4）。

4.3 侵入體實(shí)現(xiàn)安全鉆進(jìn)

新四級5口井鉆遇火成巖侵入體，厚度均為32m，順北1-3和順北1-6H兩口井鉆遇輝綠巖。順北1-6H井使用DM554H及HF617GH鉆頭鉆穿輝綠巖，該段輝綠巖井徑擴(kuò)大率20%左右，凝灰?guī)r井徑擴(kuò)大率2%～4%。順北1-3井使用PDC（U713M）+扭力沖擊器，進(jìn)尺15m，機(jī)械鉆速達(dá)2.24m/h，段工具后使用史密斯牙輪鉆頭（XR50YODPS）鉆穿侵入體，進(jìn)尺29m，機(jī)械鉆速0.63m/h。

表4 二疊系漏失情況對比表

4.4 小井眼定向安全成井

順北1-6H井四開進(jìn)尺499.07m，機(jī)械鉆速3.12m/h，比設(shè)計提高65.96%；實(shí)際定向施工周期23.41d，較設(shè)計周期縮短率為36.73%。區(qū)塊5口超深短半徑水平井均順利成井（見表5）。其中順北1-4 H井完鉆斜深8049.5m,順北1-5H完鉆垂深7576m,創(chuàng)國內(nèi)定向井斜深和垂深記錄。

表5 四開井段時效分析表

5 結(jié)論和建議

（1）對順北二疊系多漏層、縱向裂縫發(fā)育漏層等，推廣應(yīng)用全井筒堵漏漿鉆進(jìn)工藝，降低二疊系漏失情況、節(jié)約周期；阿特拉扭力沖擊器與鉆頭的組合提速工具有利于勘探開發(fā)的提速提效，可在順北裸眼井推廣。

（2）三開165mm井眼使用120mm鉆鋌，剛性偏弱，建議優(yōu)化使用127mm鉆鋌，同時在易斜井段鉆具組合中采用隨鉆測量方式監(jiān)控井斜。

（3）深井短半徑小井眼定向工作應(yīng)重視工具和儀器的匹配性，確保儀器工作正常，同時及時根據(jù)地層巖性變化做好待鉆井眼軌跡預(yù)測。

（4）含火成巖侵入體開次機(jī)械鉆速慢，考慮通過分析侵入體理化性能和井壁穩(wěn)定性，開展鉆井液性能優(yōu)化保障井眼穩(wěn)定，同時應(yīng)用新型提速工藝達(dá)到提速目的。

[1] 閆光慶，張金成.中石化超深井鉆井技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展建議[J].石油鉆探技術(shù)，2013，41（2）：1-6.

[2] 楊金龍.塔河地區(qū)二疊系火山巖地層儲集層特征[J].石油勘探與開發(fā).2004,31（4）：44-47.

[3] 侯子旭，賈曉斌.玉北地區(qū)深部地層扭力沖擊器提速工藝[J].石油鉆采工藝，2013，35（5）：132-136.

[4] 李雙貴，崔詳.非標(biāo)大水眼高強(qiáng)度鉆桿水力破巖技術(shù)[J].斷塊油氣藏，2013，20（3）：370-372.