蘇丹37區易漏地層鉆井技術探討

唐強

中國石化集團中原石油勘探局鉆井一公司（河南濮陽457331）

蘇丹37區易漏地層鉆井技術探討

唐強

中國石化集團中原石油勘探局鉆井一公司（河南濮陽457331）

在Mishmish區塊，油藏埋藏相對較深，地層壓力高，中上部地層軟硬交錯，縮徑嚴重，容易導致卡鉆的嚴重后果，所以必須采用高密度來平衡地層壓力，確保安全鉆進。但是，在高密度條件下，機械鉆速相對較低，容易發生井漏、卡鉆等復雜事故，導致鉆井周期延長，研究高密度條件下提高鉆進速度有較重要的現實意義。

高密度提速高地層壓力

蘇丹mishmish區塊位于蘇丹中南部穆搭萊德盆地油氣富集區，該盆地為白堊系以及第三系的磕源碎屑巖沉積，是一個中新生代張拉型含油盆地，其生油巖為阿布加布拉組湖相泥巖，主要儲集層為達富爾群及本蒂烏組河流相砂巖。地層主要巖性和礦物特征為：①地層從上至下主要包括新生界第4系的扎拉夫組(厚度150～600m)、新生界第3系的阿多克組(厚度120~910m)、騰迪組(厚度0~2 280m)、納伊爾組(厚度O~3 000m)、中生界白堊系的阿馬勒組(厚度240~760m)、拜爾凱組(厚度95～1 300m)、加扎勒組(厚度120~380m)、扎爾卡組(厚度45～300m)、阿拉德巴組(厚度200~450m)、本蒂烏組(厚度50～2 500m)和阿布加布拉組(厚度660～330m)。②第3系以上地層主要為松軟、易水化、易造漿的泥巖層段以及琉松、膠結程度極差的砂巖層段互層。③阿馬勒組及拜爾凱組地層主要為膠結程度差、可鉆性好的塊狀石英砂巖。④加扎勒組和扎卡爾組地層巖性較為相近。其上部層段主要為大段泥巖，下部為砂泥巖互層。地層巖性相對較為穩定，膠結一般，定向井遣斜點可選擇在該層段。⑤阿拉德巴組地層的上部及下部層段均為大段泥巖，但上部泥巖石英和蒙脫石為主，而下部泥巖以石英和高嶺土為主，中部為砂泥巖匯層。該層段巖石可鉆性相對較差，遇水又極易水化膨脹，造成井眼坍塌，因此是蘇丹該區最復雜的層段。⑥本蒂烏組地層是主要的含油砂巖層，巖石膠結疏松，含油孔隙度大。礦物成分主要是石英、高嶺石和伊利石。

這個區塊是第一次開發，但具有相同地層結構的開發在國內外有部分經驗積累，但是均不是很適應Mishmish區塊，目前在國內外比較常用的方法是：①提高泥漿比重平衡底層壓力；②提高鉆進速度。

在蘇丹37區Mishmish區塊地質特性比較明顯，符合地質構造比較完整的區塊，在中上部地層泥巖砂巖交替出現，地層容易出現變形，造成鉆井的難度，如何控制井眼的規則化，保證井下安全是當前鉆井的難點。

1 蘇丹37區Mishmish區塊鉆井

1.1 Mishmish區塊的鉆井技術難題

在采用高密度鉆井液鉆進，井壁的穩定能夠得到控制，但會出現井漏，誘發井噴，目前如何使鉆井液密度和底層穩定達到相對穩定一直是一個值得探討的難點，同時也是在Mishmish區塊施工的又一個難點。

鉆井液密度的增加，增加了井底壓差，阻礙了井底巖屑的及時排出。液柱壓力的增大，也使得井底巖石的強度與塑性增強，這些因數導致了機械鉆速的降低。

容易發生井漏。高密度鉆井液環空阻力大，機動壓力與抽吸壓力高，壓力波動大；鉆井液柱壓力與地層破裂壓力之間的允許壓力差范圍小，在開泵、下鉆、劃眼等情況下，稍有不慎就會導致地層破裂，發生井漏。

高密度鉆井液中固相含量高，形成的濾餅厚，摩擦系數大，容易導致起鉆遇卡，下鉆遇阻。鉆井液波動壓力大，容易引起井壁失衡，導致井塌劃眼等復雜情況。由于鉆井液液柱壓力與地層孔隙壓力之間的壓差大，鉆具易緊貼井壁。

污染油氣層。壓差合適，鉆井液中固相顆粒浸入深度一般為幾厘米。若壓差過大，則固相顆粒浸入深度可達幾十厘米。高密度鉆井液中固相顆粒數量多，大量的固相顆粒浸入儲層，造成儲層油氣通道堵塞，儲層浸透率降低。

1.2 高密度鉆井液條件下機械鉆速低的原因分析

液柱壓力增大增加了井底巖石的強度與塑性。增大鉆井液柱壓力將增大對巖石的“各向壓縮效應”，其結果將導致巖石的抗壓強度（或硬度）的增加和塑性的增加。

高液柱壓力增大了壓持效應。鉆井液密度越高，壓差越大，壓持效應越嚴重。高密度鉆井液由于液柱壓力與井底壓差之間的壓差大，將巖屑壓在井底形成“墊層”，使鉆頭工作刃難以接觸新地層，而消耗了較大的功率對井底墊層進行再次破碎，從而降低機械鉆速。

循環壓耗大，降低了射流清洗與破巖作用。射流有清洗井底與直接或間接破碎巖石的作用，射流沖擊力使巖屑翻轉而離開井底，以及射流撞擊井底后形成的高速井底漫流，對井底巖屑產生一個橫向推力，使其離開原來的位置。鉆井液密度高，循環壓耗越大，導致泵壓過高，現場通常采用降低排量或放大鉆頭水眼的方式來解決高密度井循環泵壓高的問題，這樣就降低了鉆頭壓耗，減輕了鉆頭水射流清洗與破巖的作用。

固相含量高，影響機械鉆速。高密度鉆井液中由于加重材料的加入，增加了固相含量，由于加重材料中雜質較多，也增加了許多有害固相。

鉆頭泥包。高密度鉆井液中粘土含量高，鉆井液黏度高，切力大，在排量不足的情況下，容易泥包鉆頭，造成鉆速急驟下降。

1.3 在Mishmish C-9井的施工過程中采取的技術措施

優選鉆頭，優化噴嘴組合。PDC鉆頭以切削方式破巖，切屑齒有自銳特點，破碎巖石時沒有牙輪鉆頭的壓持作用，高密度對PDC鉆頭機械鉆速的影響遠不如對牙輪鉆頭明顯,故在下部地層，選用PDC鉆頭。在1 400～1 900m井段下入Chuanke BD506XL型PDC鉆頭，鉆速7.8m/h，而之前的牙輪鉆頭平均機械鉆速3.5m/h。

優化牙輪鉆頭噴嘴組合以提高清洗效率。在三開使用牙輪鉆頭時的水眼選型上，選用斜噴嘴，以及不等徑的組合形式，斜噴嘴射流利用一側直接沖洗牙輪較外部分，消除了牙輪齒間殘留物，很好的抑制了鉆頭泥包；斜噴嘴射流傾斜作用于井底巖面，由于噴嘴的適當加長，沖擊區未受較大的影響，而形成的漫流速度更大，對井底的清洗效果更好；采用不等徑的噴嘴，由于射流沖擊壓力的不均勻性，使巖屑更容易離開井底。

優化鉆具結構、鉆進參數。由于液柱壓力增大了井底巖石的強度與塑性，表現為巖石的門限壓力增大，采用傳統經驗鉆壓，鉆頭牙齒難以吃入地層，破巖方式以研磨為主，鉆頭破巖效率低。所以，在鉆井過程中適當加大鉆壓，保證鉆頭牙齒吃入地層，實現剪切破碎，提高機械鉆速，為防止過高鉆壓產生井斜，制定了防斜措施：①設備安裝按規定要求達到平、正、牢、靈、全。校正天車中心、轉盤中心及井口中心三點一線，最大允許偏差不超過10mm；②起鉆時觀察下部鉆鋌的彎曲度，如發現彎曲應及時甩掉；③處理好軟硬交界面處的鉆進；④使用的穩定器外徑磨損保持小于2 mm；⑤在易斜井段鉆進時，嚴格執行定點測斜的措施，測不成不繼續打鉆。如果井斜過大,立即采取糾斜措施。這口井選用塔式鐘擺鉆具三開用ROCK BIT+158.75mmDC X 2JTS+STAB+158.75mmDC X 13JTS+DRILLING JAR+158.75mmDC X 3JTS+127mm(5″)HWDP X 15 JTS+127mm(5″)DP。在整口井的施工中，嚴格執行制定的技術措施,很好的將井斜控制在了2°以內。

采用了性能優良的鉆井液。鉆井液內小于1μm的膠體顆粒越多，對鉆速的影響越大，為提高機械鉆速，采用了低固相不分散鉆井液體系，在鉆進中，嚴格控制鉆井液中的有害固相，特別是活性固相的含量。在篩布的使用上選用270～150μm（50～100目）的篩布，保證其使用率達到100%，盡量除去鉆井液中的大顆粒固相,防止其分散后對鉆井液造成污染。

在鉆井液中加入了足夠的聚合物絮凝劑，有力的除去了對鉆速影響較大的溶膠顆粒。始終保持了鉆井液良好的抗溫、抗污染能力，使鉆井液具有較合適的黏切動塑比，保持良好的剪切稀釋性，保證循環時較小的流動阻力。同時，鉆井液中潤滑劑的含量保持在2.0%～3.0%之間，防止粘卡事故的發生。

2 結果與認識

這套措施在Mishmish C-9井的施工過程中，顯示出了很好的效果，大大加快了機械鉆速，達7.97 m/h，是同區塊其他井機械鉆速1.5倍。

[1]陳明洪,姬長生,劉敬.應用無黏土相鉆井液提高大邑構造鉆井施工速度[J].鉆采工藝,2008(12).

[2]趙輝.加快深井鉆井速度的幾點建議[J].民營科技,2008(3).

[3]王宗寶,石崇平.淺析通南巴地區深井鉆井難點及提速技術方法[J].南方油氣,2006(1).

In Mishmish block,the oil reservoirs are often found deep in the ground,so the high pressure of stratum,the crisscross of softness and hardness at middle-upper strata,and the serious borehole shrinkage,easily results in the bad effect of blocking drilling.Therefore,it is necessary to balance the pressure of strata and ensure safety drilling by means of the high density.However,under the condition of high density,the mechanical rotary speed is relatively lower,which easily causes complex accidents like well leakage and blocking drilling,and thus leads to the lengthening of drilling cycle.Consequently,it is of real significance to make researches on increasing the drilling speed under the condition of high density.

high density;increasing the speed;pressure of upper stratum

2010-09-14▎

唐強（1979-），男，現主要從事石油開采與鉆井。