玉門油田鴨西鉆井提速技術研究與應用

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研究與應用

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)

玉門油田鴨西區塊地層傾角大、防斜難度大，巖石可鉆性差、機械鉆速慢，存在高壓鹽水層但深度不確定等問題。區塊已鉆井速度慢、周期長，2014年鴨西區塊4400m左右的直井，平均周期188d，平均機速2.16m/h；目前玉門油田開發重心轉至青西、鴨西區塊，鴨西工作量充足，提速潛力巨大；通過開展針對性防斜打快、鉆頭個性化設計及優選和高壓鹽水層預防處理等研究，完善了區塊優快鉆井技術；2015年已應用3口井，提速效果顯著，實現了優質高效鉆井；形成一套完善的提速配套技術，可以進一步推廣應用。

鉆井提速；防斜打快；高壓鹽水；鉆頭選型

鴨西區塊存在機械鉆速低、鉆井周期長等問題，提速技術瓶頸亟待解決，該項研究將實現經濟效益和社會效益雙贏，同時能提高深井復雜地層的鉆井技術，并積累鉆井經驗。近年來，鴨西深部地層欠開發，未深入開展提速攻關，2015年鴨西白堊系部署9口井，目前已經完成直井鴨西12井、小井眼加深井鴨西4J井和小井眼側鉆井鴨西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，為鴨西區塊的整體提速奠定了基礎。

1　地質特點及鉆井難點

1.1地質特點

鴨西區塊巖性主要為礫石層、棕紅色含礫砂巖，棕紅色粉砂質泥巖、灰色砂質泥巖等；鴨西區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。依據鴨西12井地質設計，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械鉆速低。因鴨西區塊緊鄰玉門青西油田，依據玉門青西油田巖石可鉆性變化規律探討[1]，參考鴨西區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速影響較大，高密度下機速低，從鄰井鴨西11井看，為壓穩鹽水層鉆井液密度從1.30g/cm3提高到1.68g/cm3左右,密度提高后的機速降低了30%～50%。

（3）鴨西區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，進尺93m，純鉆僅42.83h，機速2.17m/h，起出后PDC鉆頭冠部幾乎磨平報廢。

2　技術研究與應用

2.1防斜打快技術[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。常規的鐘擺鉆具、剛性滿眼鉆具以及輕壓吊打等被動防斜技術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，國內垂直鉆井工具目前還沒有得到廣泛的推廣，且在工具穩定性方面還需提高，為此研究應用PDC鉆頭+螺桿+MWD復合導向技術，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，通過技術研究，表層鉆進時，采用牙輪鉆頭或PDC鉆頭+螺桿+MWD的“0-3”鉆具組合，泥巖達到60%～ 70%之后，選用PDC鉆頭鉆進，鉆井參數采取鉆壓20～ 140kN，轉速50～65r/min+螺桿，排量45～55L/s，平均鉆速可達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，鉆井參數采取鉆壓40～ 120kN，轉速60r/min+螺桿，排量30～35L/s，平均鉆速可達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螺桿優選

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

2.1.3工藝技術

通過前期防斜經驗，當井斜在設計范圍內，方位在自然方位反方位時，全壓復合鉆進，井斜向小變化；當方位回到自然方位，井斜向大變化；當井斜達到設計上限時，采用定向糾斜，全力扭方位至自然方位反方位，控制井斜在設計范圍內，全壓鉆進，達到解放鉆壓，提高機械鉆速的目的。鴨西12井在1513～1782m進行糾斜作業1次，將方位由50°扭至219°，井斜控制在3°以內。

2.2鉆頭個性化設計及優選[4]

針對鴨西區塊白堊系中、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速的影響。鴨西11井在3851～ 3940m，試驗瑞德PDC SKH1516（5刀翼16mm復合片）鉆進89m就報廢；鴨K2-1井在4222～4308m，試驗寶瑞PDC BR1375(5刀翼13mm復合片)鉆進86mPDC的選型問題尤其突出。

通過研究開展了PDC鉆頭優選及應用，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定性。現場實鉆過程中，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，強調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：1.45～1.68g/cm3，鹽水侵極易造成井壁失穩，依據鴨西11井三壓力梯度，如鴨西11在井深2558/2673/2694/3245m發生高壓鹽水侵，鉆井液高密度由1.49g/cm3提至1.68g/cm3，氯根由6736mg/L升至23397mg/L。

為了做好預防工作，需做好鉆井液密度、粘度、氯根濃度的監控，并及時坐崗。下步需進一步摸清高壓鹽水層壓力分布規律；進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情況。

2.4 提速工具NEWDRILL的應用

NEWDRILL提速工具提供近鉆頭高速旋轉及持續扭矩，鉆頭連續接觸地層，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；機械系統驅動，不受液壓力及泥漿密度、堵漏材料的影響；軸向吸力及放力經過幾十萬次測試；尺寸多樣、釋放能量值也可設置；使用壽命可達300h以上；可以有效避免軟硬交錯地層、非均質性較強地層鉆頭受到較強的軸向沖擊力，造成崩齒，掉齒，鉆具疲勞受損，減小鉆頭瞬時不能連續接觸地層，切削效率降低，塑性地層受力應變，而周向滑移剪切時間內實際切削次數降低的不足問題。

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

表2　鴨西8X井NEWDRILL使用統計

從表2應用可以看出NEWDRILL在鴨西區塊機械鉆速提高了50%～80%。

3　實施效果及經濟效益評價

3.1實施效果評價

通過以上措施，鴨西12井全井平均機速5.08m/h，創該區塊機速最快紀錄，鉆井周期75.83d，創該區塊周期最短紀錄，其中1只216mm SF56VH3，井段1518～ 3162m，進尺1644m，平均機速7.26m/h，同比鄰井機速提高了127%；鴨西8X井試驗NEWDRIIL井段機速平均提高了89%，推廣應用前景廣闊。

表3　經濟效益評價

3.2經濟效益評價

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

4　結論和建議

（1）通過鉆井提速技術攻關和實踐，初步形成鴨西區塊鉆井的防斜打快、鉆頭個性化設計及優選、高壓鹽水層預防和處理以及事故復雜預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。

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

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

（4）高壓鹽水層的預防，目前還是遭遇戰，主要依靠監控鉆井液密度、粘度、氯根濃度，及時坐崗來應對，還需要進一步探索更有效的方法預防。

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

[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的研究與應運[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[J].西部探礦工程[J].2003(11)：72-74.

[4]劉謙，王震宇，張敏，等.鴨K區塊PDC鉆頭選型技術的研究及應用[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，現從事鉆井工程技術、鉆井施工工藝等方面的研究和管理工作。