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研究院，吉林長春130062）

1 區域地質概況

順北油田位于沙漠腹地順托果勒低隆的北部，緊鄰塔指躍滿區塊。該地區地層發育較齊全，自上而下發育新生界第四系、新近系、古近系、中生界白堊系、侏羅系、三疊系、古生界二疊系、石炭系下統卡拉沙依組、巴楚組、泥盆系上統東河塘組、志留系下統塔塔埃爾塔格組、下統柯坪塔格組，奧陶系地層發育齊全。三疊系地層砂泥巖護層頻繁，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；奧陶系地層裂縫發育，地層壓力低易漏失，且高含硫化氫[1]。

2 工程施工難點

2.1 二疊系漏失風險高、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）漏點多，鉆進中漏失風險較高。巨大的漏失量表現為裂縫性漏失，從憋鉆現象和同時發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，機械鉆速受到極大限制。

表1 二疊系實鉆地層情況表

2.2 志留系易水化剝落垮塌、含石英砂巖研磨性強

（1）工區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物質，同時高嶺石發育，以片狀、粒狀存在，表面存在微裂縫，膠結狀態存在剝落垮塌趨勢。

（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，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、跳鉆嚴重。

2.3 桑塔木組侵入體發育、存在垮塌漏失風險

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

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，井眼尺寸為120.6mm且井底循環溫度在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、軌跡控制難度大、鉆具極易發生疲勞破壞，因此定向鉆頭選型需要探索，技術措施需要優化。

3 鉆井提速關鍵技術

3.1 二疊系快速鉆穿火成巖技術

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

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，消除鉆頭運動時可能出現的一種或多種有害振動，消除粘滑現象，提高機械鉆速、延長鉆頭使用壽命[3]。同時阿特拉鉆頭“渦輪狀”獨特材料配比的切削齒，用特殊獨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

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

（2）鉆遇漏點（漏速＞5m3/h），可注入40～50m3濃度為8%～12%的隨鉆堵漏漿強行鉆進，若鉆遇多個漏點采取堵漏漿鉆進技術進行施工，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）+2%SQD-98+1.5%CXD+2%云母（中粗）+2%云母（細）+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。采用燒堿調整鉆井液pH值≥10，使用隨鉆堵漏漿每鉆進2～3d，清除膨脹、發酵的堵漏材料，及時補充隨鉆堵漏劑；加入足量的潤滑劑及1%～2%固體石墨粉增強鉆井液潤滑性。

3.3 侵入體安全鉆進技術

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

（2）鉆井液密度選擇在1.80～1.82g/cm3開鉆，進入侵入體前加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

3.4.1 鉆頭選型優化

考慮牙輪鉆頭使用時間短、存在易掉牙輪的風險，故考慮PDC鉆頭。結合塔河油田同種尺寸小井眼側鉆水平井的經驗，優選百斯特生產的M0864鉆頭，工具面較為穩定，純鉆時間長。

3.4.2 螺桿及定向儀器選型

依據TH12518CH和TH10246CH井95mm螺桿使用經驗，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。結合工區備貨情況，采用美國APS公司或SLIMPULSE抗175℃高溫MWD隨鉆測量儀器。鉆進中堅持每趟鉆更換MWD電池和脈沖發生器，根據螺桿廠家推薦的時間控制95mm螺桿使用時間。見表2。3.4.3 鉆具組合及方案優化

表2 小井眼高溫儀器參數表

（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鉆具，施工極限深度達8100m；88.9mm和101.6mm非標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℃）復合鉆進，根據測斜情況及時定向微調。

（3）在定向設計的連續增斜單圓弧剖面基礎上，對局部造斜率進行優化，來避免起步造斜率與穩定造斜率不匹配的情況。斜井段做好待鉆井眼軌跡的預測，及時根據修正的設計軌道數據選擇合適的彎殼體馬達。

（4）下鉆至出139.7mm套管后50～100m循環鉆井液，進行MWD儀器測試，鉆頭進入139.7mm套管后嚴禁長時間開泵測試儀器；在安全鉆井情況下適當提高排量，增強脈沖信號。

4 現場應用分析

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械鉆速，均獲得了理想的提速效果。SHB 1-4H機械鉆速最低，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 二疊系火成巖機械鉆速統計表

通過新材料應用及堵漏漿鉆進技術，從單井漏失次數、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 侵入體實現安全鉆進

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，該段輝綠巖井徑擴大率20%左右，凝灰巖井徑擴大率2%～4%。順北1-3井使用PDC（U713M）+扭力沖擊器，進尺15m，機械鉆速達2.24m/h，段工具后使用史密斯牙輪鉆頭（XR50YODPS）鉆穿侵入體，進尺29m，機械鉆速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井四開進尺499.07m，機械鉆速3.12m/h，比設計提高65.96%；實際定向施工周期23.41d，較設計周期縮短率為36.73%。區塊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,創國內定向井斜深和垂深記錄。

表5 四開井段時效分析表

5 結論和建議

（1）對順北二疊系多漏層、縱向裂縫發育漏層等，推廣應用全井筒堵漏漿鉆進工藝，降低二疊系漏失情況、節約周期；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控井斜。

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

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

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

[2] 楊金龍.塔河地區二疊系火山巖地層儲集層特征[J].石油勘探與開發.2004,31（4）：44-47.

[3] 侯子旭，賈曉斌.玉北地區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.非標大水眼高強度鉆桿水力破巖技術[J].斷塊油氣藏，2013，20（3）：370-372.