吉7井區快速鉆井完井配套技術

于貴健，黃建海，黃萬渝，黃敬元，張茂林，曲廣東，劉曉順

（準東鉆井公司，新疆克拉瑪依831511）

吉7井區快速鉆井完井配套技術

于貴健*，黃建海，黃萬渝，黃敬元，張茂林，曲廣東，劉曉順

（準東鉆井公司，新疆克拉瑪依831511）

吉7井區開發二疊系梧桐溝組油藏，儲層分為吉7斷塊3層、吉8斷塊4層2個開發單元，開發部署多套井網，井網分布較密,井區內斷裂發育、地層分布復雜，鉆井施工中易發生縮徑、井斜、井漏、垮塌阻卡，八道灣組鉆速低等問題，從優選鉆頭提高機械鉆速，優化鉆具結構防斜打快，井壁穩定鉆井液技術和低溫早強水泥漿技術等方面，形成了吉7井區快速鉆井完井配套技術，確保了鉆井施工質量，減少復雜時間，機械鉆速同比提高27.65%，鉆井周期縮短25.73%，取得了良好的經濟效益和社會效益。

吉7井區；鉆頭；防斜打快；鉆井液

吉7井區位于新疆準噶爾盆地吉木薩爾凹陷東斜坡，吉7井鉆探于20世紀90年代，由于油質偏稠，難以采出，基于當時的研究和認識程度，該區的勘探進展緩慢。隨著試采工藝技術和地質認識的不斷深化，2011～2012年進行試驗開發和進一步評價，2013年開始投入開發，井區開發方案全區共部署609口井，分6年實施，建產能52×104t，至2013年底吉7井區二疊系梧桐溝組油藏共鉆井開發井101口，2014年部署168口。井身結構設計：（1）采油井：一開?381.0mm鉆頭鉆至井深400m，下入?273.1mm表層套管，二開?241.3mm鉆頭鉆至設計完鉆井深1560～1760m，下入?177.8mm油層套管，固井水泥漿返至地面。（2）注水井：一開?381.0mm鉆頭鉆至井深400m，下入?273.1mm表層套管，二開?215.9mm鉆頭鉆至設計完鉆井深1560～1760m，下入?139.7mm油層套管，固井水泥漿返至地面。針對前期開發鉆井中存在一系列問題，開展快速鉆井配套技術研究和應用，形成規?；瘍灴煦@井，提高開發效率，對實現吉7井區經濟開發具有十分重要的現實意義。

表1 地質分層

1 吉7井區地層概況及鉆井技術難點分析

1.1 地層概況

吉7井區構造上位于準噶爾盆地吉木薩爾凹陷東斜坡。依次鉆遇地層為:第四系、新近系、古近系、頭屯河組、西山窯組、三工河組、八道灣組、梧桐溝組。主要目的層為梧桐溝組，埋藏深度為1430～1760m，油藏壓力系數為1.11，油藏中部地層溫度51.77℃～54.98℃。

1.2 鉆井技術難點分析

（1）上部地層易縮，下部地層易垮，八道灣地層易漏。吉7井區地層分布上部古近系、新近系紅色膏質泥巖發育，易吸水膨脹蠕變，造成縮徑，起下鉆掛卡嚴重。前期施工中在800～1000m阻卡嚴重，造成大段劃眼；侏羅系頭屯河組、西山窯組、八道灣地層硬脆性泥巖和煤層易垮塌掉塊，易發生垮塌卡鉆及漏失；三工河、八道灣地層造漿嚴重，造成鉆井液固相污染，梧桐溝組泥巖易發生水敏性垮塌。

（2）易出現井斜問題。地層傾角4°～8°，井區內斷裂發育，由斷裂切割形成多個斷塊，易發生井斜復雜，多套井網開發，單井井間距為20～25m，井網重疊區域處井間距較小,要求單井最大水平位移不大于最小井間距的一半，防碰風險較高。

（3）八道灣組、二疊系可鉆性差，機械鉆速低。區塊平均機械鉆速7.85m/h，夾層多、底部含礫造成鉆頭易先期磨損，影響鉆井周期。

（4）完井固井水泥返至地面，水泥封固段長，施工中易井漏。由于吉7井區水層分布廣、跨度大，自地表以下1000m都存在地下水層，為了做好該區地下水保護工作，完井固井水泥返至地面。頭屯河組、西山窯組與八道灣組易發生漏失。

圖1 FR1925S-241.3鉆頭

2 快速鉆井配套技術

2.1 優選鉆頭，提高八道灣組和二疊系機械鉆速

根據區塊地層特征和前期PDC鉆頭使用研究，二開選用FR1925S（見圖1）鉆頭，其主要結構特點是:該鉆頭設計為鋼制刀翼，保證了刀翼的抗沖擊性；刀翼較薄且長,能夠減小鉆頭與井底的接觸面積，保證在小鉆壓的情況下切削齒能夠很好的吃入地層。為了保證鉆井過程中在不均質地層中平穩鉆進，又不至于犧牲機械鉆速，該鉆頭采用銳角PDC切削齒作為鉆頭的切削元件，從而提高機械鉆速。使用該類型鉆頭在八道灣組、二疊系的平均機械鉆速為13.22m/h，同比井區前期八道灣、二疊系平均機械鉆速提高了55%，達到了理想的使用效果。

吉7井區鉆井實施中八道灣組上部地層可鉆性好，進入八道灣組后夾層多，PDC鉆頭易損壞，造成機械鉆速低。鉆井實施中二開鉆頭序列先后經歷了2個階段的完善與改進過程：一是先期采用的兩趟鉆方案,即PDC+牙輪方案和PDC+PDC鉆頭方案。通過一輪井的施工,由于大部分井鉆進至八道灣組50～100m，鉆時較慢,鉆頭出井冠部復合片嚴重磨損,分別采用再下一只PDC鉆頭和下入牙輪鉆頭鉆完下部井段方式，由于斷塊地層變化，鉆井機械提高鉆速不多，影響鉆井周期。二是通過臨井區同地層鉆頭使用和地層可鉆性分析，優選鉆頭采用一趟鉆方案，使用一只PDC鉆頭完成鉆井進尺，同時大幅提高了鉆井速度，形成了吉7井區二開一趟鉆快速鉆井方案。

2.2 防斜打快，確保施工質量

（1）優化鉆具結構。開發井部署井網重疊區域處井間距較小,單井最大水平位移的要求嚴格，二開對防斜打快的鉆具組合進行了2次改進和優選，起初PDC鉆頭鉆進時使用塔式單扶正器鐘擺鉆具組合，由于井深800～1000m膏質泥巖吸水蠕變縮徑，八道灣組泥巖夾層和梧桐溝組水敏性和應力性井壁易垮，存在不同程度的掉塊現象，影響機械鉆速，鉆井中阻卡復雜和事故發生頻繁。通過分析和施工措施針對性改進，優選塔式鉆具組合：?241.3mmPDC+?178mmDC6根+?158mmDC15根+?127mmDP可更好實現防斜打快。

（2）及時測量及監控。二開鉆進中從500～1000m易出現井斜增大的趨勢，每50～100m使用自浮式測斜儀測斜。在1400～1600m井段根據單點測斜情況提前預防，井斜0.8°～1.5°內采取打二吊一，或打二單根吊一單根的方式；井斜1.5°～2°時采取中打一吊二的方式，每鉆進50m測斜一次。

（3）優化鉆井參數。二開鉆井參數采用鉆壓10～30kN，鉆井排量40～50L/s，轉速100～120r/min，維持鉆頭噴嘴壓降大于1.5MPa，實施防斜打快效果明顯。

表2 不同鉆井參數防斜打快對比

2.3 井壁穩定的鉆井液技術

井壁失穩易造成井壁垮塌、縮徑、漏失、卡鉆等井下復雜情況和事故。該區塊已鉆井復雜統計表明每口井都有不同程度的縮徑、掉塊、掛卡。吉7井區井壁穩定問題一是上部古近系、新近系強水敏性地層縮徑及下部八道灣組、梧桐溝組的水敏性坍塌；另一種是下部梧桐溝組由地應力引起的，層理發育泥頁巖地層的硬脆性坍塌。

針對該區塊地層需采用防塌性及抑制性強的鉆井液體系。復合鹽體系鉆井液適用于該區塊鉆井施工，有利于安全高效快速鉆井。

（1）合理確定各層位鉆井液密度，保持近平衡鉆井。根據地層壓力及先期鉆井液資料合理確定各層位鉆井液密度。在滿足地層對鉆井液的密度需求的同時，合理解決密度與機械鉆速的矛盾。八道灣組以下，存在不同程度的掉塊現象，在進入該地層鉆井液密度1.3g/cm3,梧桐溝組密度上提至1.35g/cm3，保持高液柱壓力物理支撐井壁，防止縮徑、垮塌。

（2）提高鉆井液抑制性、抗污染性及穩定性。在鉆至800m之前在鉆井液中加入足量的工業鹽、鉀鹽，保證鉆井液中氯離子、鉀離子、鈉離子的含量，保證氯根在70000mg/L以上提高鉆井液礦化度，強化鉆井液抑制性、封堵性，防止新近系、古近系膏質泥巖吸水蠕變縮徑。三工河組、八道灣組注意監測鉆井液中鈣離子、碳酸根、碳酸氫根的濃度變化，及時維護處理，保持鉆井液中鈣離子濃度400～600mg/L,鉀離子含量25000mg/L，pH值10～11，確保鉆井液的抗污染能力。快速鉆進中，包被劑消耗量大，需及時補充，保證泥漿中包被劑含量不低于0.5%，以確保其抑制性能和泥漿攜帶能力。全井控制泥漿的中壓失水＜5mL，降低失水，從一定程度上防止縮徑。

（3）八道灣組和目的層梧桐溝組在鉆井液中加入足量的白瀝青，使得形成的泥餅致密而堅韌，在井壁形成一層更好的“保護膜”，減少鉆井液對井壁的沖刷，防止梧桐溝組地層水敏性垮塌。

（4）目的層梧桐溝組砂巖主要發育有沖刷充填構造、浪成沙紋層理、平行層理，鉆進時有漏失現象發生。在合理的密度范圍內，可加入一定量的堵漏劑，封堵滲漏層。在完鉆前加入一定量的堵漏劑封堵后，預防井漏的發生，確保承壓實驗成功。

（5）電測前通井合理調整鉆井液性能，保證鉆井液的潤滑性和懸浮性，保證電測的一次成功率。

（6）合理使用固控設備，尤其是離心機的合理使用，去除鉆井液中有害固相，維持鉆井液性能的穩定，有利于提高機械鉆速。

2.4 快速鉆井的預防復雜技術措施

施工過程中除嚴格執行200～250m進行短程起下鉆之外，鉆至1200m左右時，進行一次長提，提至600m新近系清潔和修復井壁，以確保下部快速鉆井井眼暢通返屑，環空壓降正常預防井漏。完鉆后，短起至600m新近系以上，確保牙輪鉆頭通井順利。在下至800～1000m新近系、古近系易縮地層時，出現下鉆遇阻，采取小排量（10～20L/s）低轉速劃眼通過的方式，避免造成新近系、古近系地層因劃眼排量過大而造成井漏和垮塌。

2.5 固完井技術和生產組織規?；鳂I

（1）低溫早強水泥漿技術。表層應用短候凝水泥漿，6h強度達6.0MPa，縮短了二開裝井口候凝時間。

吉7井區地層壓力系數小，油井封固段長，因此采用低密度水泥漿固井來保證固井質量和保護油氣層。低密度水泥漿根據顆粒級配理論對水泥和固體添加劑的粒徑進行了優化組合，具有抗壓強度高、候凝時間短的優點。在固井施工中，水泥漿密度控制在1.50g/cm3，有效避免了漏失，24h水泥膠結強度就可達到17 MPa。

（2）生產組織規模化作業。要實現區塊開發鉆井效率，必須有可行的配套技術、施工工具和科學的管理密切結合。生產組織方面鉆井各工序需前期配備好足夠的后續鉆完井材料，合理的安排、規范運行。鉆具管理中鉆井周期加快,鉆具受力單位進尺傳遞功率沒有減少，疲勞損壞周期縮短，強化時效周期后期的加密探傷，確保施工安全。

3 現場應用效果

（1）2014年優選鉆頭全井平均機械鉆速為21.94m/h，同比2013年提高了27.65%。八道灣組、二疊系鉆速提高55%

（2）二開一趟鉆工程大面積實現。二開鉆進段施工時間大幅度縮短，平均鉆井周期為9.55d，同比2013年降低25.73%，其中J9389井鉆井周期5.92d。

（3）通過固井完井技術和生產組織管理，平均建井周期同比降低20.8%。

4 結論和認識

（1）通過探索實踐，在鉆頭選型、工程技術參數、鉆井液體系方面進行優選優化，形成一套吉7井區快速鉆井完井配套技術，縮短鉆井周期，節約成本，具有區塊開發進行推廣應用價值。

（2）井區實現優質快速鉆井，上部松軟地層需充分發揮水利破巖的效果，采用高轉速、低鉆壓鉆井參數，保證井身質量。下部地層優選鉆頭與鉆井排量，提高機械鉆速。優選鉆具組合，防止井斜；易發生井斜井段提前采取措施預防。

（3）做好800～1000m新近系、古近系短起下工作，優化劃眼措施，保證該井段的井眼順暢，是實現縮短鉆井周期的一個關鍵因素。

（4）采用抑制性和防塌性強的復合鹽鉆井液體系，預防上部地層縮徑，下部地層垮塌，保證井眼順暢，避免大段劃眼，減少復雜時間，縮短鉆井周期。

TE21

A

1004-5716（2015）06-0048-04

2014-12-02

2014-12-25

于貴?。?985-），男（漢族），遼寧大連人，助理工程師，現從事鉆掘技術工作。