優快鉆井技術在克拉美麗氣田滴南地區的應用

李 君 辛小亮 付超勝 翟亞杰

（中國石油新疆油田公司勘探事業部，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引言

克拉美麗氣田位于準噶爾盆地腹部陸梁隆起東南部的滴南凸起西端，是新疆油田公司發現的第一個大型氣田。該氣田分為4個氣藏，目的層為石炭系火山巖，其中滴南凸起東抵克拉美麗山前，西連石西凸起，南臨東道海子凹陷，北接滴水泉凹陷。因此從區域構造位置上看，克拉美麗氣田的地形優勢非常明顯。隨著地質認識的加深、地震資料的進步，在滴南凸起南帶勘探取得顯著成果。但目前階段，克拉美麗氣田滴南地區的實際鉆井速度比較慢，事故復雜率比較高，導致鉆井周期長、鉆井成本高，嚴重制約著該地區的開發進度和經濟效益。通過現場實際鉆井情況，綜合應用優快鉆井技術［1-4］，可以顯著地提高鉆井效率，縮短鉆井周期，加快區域勘探的步伐。

1 鉆井難點分析

1）滴南地區地層軟硬變化比較復雜，地層具有較強的研磨性，容易造成井下事故的發生。該地區的地層壓力系統比較復雜，壓力系數變化快，壓力系數為1.2～1.6。

2）克拉美麗氣田上層分布泥巖、安山巖以及凝灰巖，鉆進時容易出現地層的縮徑和漏失。下層石炭系主要以花崗巖為主，巖石的可鉆性差，導致鉆進速度較慢。

3）侏羅系主要是以泥巖和砂巖為主，地層承壓能力低，易發生漏失，鉆井過程中泥巖縮徑比較嚴重，砂巖容易吸水，形成比較厚的泥餅；三疊系泥巖夾層多且容易造成卡鉆，同時發育大套泥巖，巖石壓實作用較好，但可鉆性差，導致鉆井速度慢。石炭系巖性以火山巖為主，裂縫較為發育，地層易漏［5］。

目前克拉美麗氣田滴南地區的鉆井平均機械鉆速慢，鉆井周期長，開發成本高，嚴重影響開發的速度和效益。

2 優快鉆井技術

2.1 優選個性化PDC鉆頭

通過對克拉美麗氣田周緣鄰井資料的分析，可以看出該區域整體所鉆井的機械鉆速不高［6］。為了加快鉆井進程，提高鉆井效率，各油田普遍采用PDC鉆頭進行鉆井。PDC鉆頭具有很高的硬度和耐磨性，能夠在低鉆壓、高轉速下取得高鉆速和高進尺［7］。如表1所示是滴南地區5口井的鉆井時效統計表，從表1中可以看出，全井平均機械鉆速在4 m／h左右，平均工期在100 d左右，而PDC鉆頭占有率平均不到50%。針對機械鉆速不高的問題，根據不同層段的地層巖性特征優選個性化PDC鉆頭在石炭系開展提速試驗，大膽嘗試PDC鉆頭在石炭系的使用。

該地區上部白堊系、侏羅系地層可鉆性高，為了加快鉆井的速度可以采用個性化PDC鉆頭，爭取實現兩趟鉆。結合上部地層巖層巖石特性選用窄刀翼大排泄槽，提高鉆頭防泥包能力；針對礫石夾層，選用優質H3復合片，提高鉆頭抗沖擊性，為提高機械鉆速，選用五刀翼19 mm齒提高鉆頭攻擊性；最終確定選用DBS鉆頭SF55H3。SF55H3鉆頭的設計特點為：① 5刀翼16 mm主切削齒，H3系列切削齒，具有優異的抗沖擊性和抗研磨性；② 鋼體鉆頭，中密度布齒，攻擊性較強；③ 大刀翼大排屑槽設計、三主刀翼兩副刀翼設計；④ 低螺旋度刀翼，長保徑設計；⑤ 水眼優化布局，利于鉆頭冷卻和巖屑排出；⑥ A-B涂層防泥包設計。

通過優選個性化PDC鉆頭，第二次開鉆成功實現兩趟鉆，二開段機械鉆速提高50%，單趟鉆進尺提高1.5倍，二開段工期節約15 d。如圖1所示是克拉美麗氣田二開段單趟進尺對比圖，DT1井和M6井利用優選的鉆頭，單趟進尺明顯高于DX241井和DX26井，鉆井速度得到顯著提高。

表1 滴南地區鉆井時效統計表

圖1 克拉美麗氣田二開段單趟進尺對比圖

2.2 多維扭力沖擊器提速技術應用

該地區二疊系、三疊系大段泥巖或砂泥巖互層，可鉆性差。從鄰井資料來看，機械鉆速普遍偏低。針對這一現狀，在M6井、M5井和DQ1井成功應用多維扭力沖擊器提速工具（3DXC），取得明顯效果。3DXC通過軸向脈沖射流給鉆頭施加軸向沖擊力，通過旋轉脈沖射流給鉆頭施加圓周方向沖擊力（扭轉沖擊），從而提高鉆頭破巖效率，抑制鉆頭粘滑振動，延長底部鉆具的壽命。通過3DXC＋PDC鉆頭提速措施的應用，二疊系、三疊系的鉆井機械鉆速大幅度提升，大大縮短了各井的施工周期。如圖2是克拉美麗氣田各井二疊系、三疊系鉆井機械鉆速對比圖，從圖2中可以看出，將多維扭力沖擊器提速工具結合PDC鉆頭運用于M6井、DQ1井和M5井，機械鉆速得到了明顯提高。

圖2 克拉美麗氣田各井二疊系、三疊系鉆井機械鉆速對比圖

石炭系地層巖性為火山巖，裂縫較發育，地層易漏。根據鄰井實鉆資料的分析，石炭系鉆井機械鉆速普遍偏低，尤其石炭系進尺較多時，鉆井機械鉆速進一步降低。在首輪實施的DT1井，通過在石炭系中上部采用提速工具＋PDC鉆頭提速，平均機械鉆速達到4.4 m／h。在后續實施井中，石炭系中上部采用提速工具＋PDC鉆頭或采用PDC鉆頭提速，中下部采用長壽命高效牙輪，提高行程鉆速。如表2所示是滴南地區石炭系鉆井機械鉆速和鉆頭選型對比表，通過表2可以看出，石炭系中上部提速效果顯著，2015年鄰井平均機械鉆速為1.96 m／h，2016年實施井平均機械鉆速為3.23 m／h，提速65%；2015年中部下部鄰井平均機械鉆速為0.91 m／h，2016年實施井平均機械鉆速為1.2 m／h，提速24%，提速效果顯著。

表2 滴南地區石炭系鉆井機械鉆速和鉆頭選型對比表

2.3 優化防漏堵漏技術

本地區石炭系地層壓力系數低、火成巖厚度大，裂縫發育，極易發生井漏。如表3所示是克拉美麗氣田山前石炭系井漏統計情況。從表3中可以看出，該地區鉆井液的漏失量是比較大的，必須采取相應的防漏堵漏技術來降低井下漏失風險。鉆井液配方為：4%坂土＋0.2%Na2CO3＋0.3%KOH＋0.8%JT888（SP-8、MAN101）＋ 0.8%PMHA-2（MAN104、FA367）＋0.7%復配銨鹽＋2%SMP-1（粉）＋1.5%SPNH＋1%低熒光潤滑劑＋3%～5%磺化瀝青粉（陽離子乳化瀝青）＋2%TP-2（JCM-12、TP-6、YLXD、BAM-2、YB-1、GDJ-IV）＋1%ZL＋2%QCX-1＋重晶石。鉆進中K+濃度控制在大于25 000 mg／L，Ca2+濃度控制在300～600 mg／L。CaO的補充采取逐步增多的方式，初次加入量控制在0.2%以內，最大加量不超過0.5%。在鉆井液中加入隨鉆堵漏劑（TP-2、JCM-12、TP-6、YLXD、BAM-2、YB-1、GDJ-IV）顆粒或纖維2%～3%、膠凝劑（如1%ZL或0.5%APSORB-1、ZND）、凝膠纖維劑等，提高鉆井液的防滲漏性，對地層的微孔、裂縫進行先期封堵。

表3 克拉美麗氣田山前石炭系井漏統計表

根據以往隨鉆堵漏的經驗［8］，在鉆井液中隨鉆加入締合型變形活塞凝膠堵漏劑APSORB-1防漏效果明顯。根據室內實驗研究評價結果表明，在鉆井液中加入4%的YB-1或在其他防漏、堵漏措施中配合加入YB-1都可明顯縮短提高地層承壓能力所需的時間。鉆井中一旦發生井漏，應根據漏失情況和漏失特點，采用不同比例和不同濃度的橋堵漿對漏層進行及時、有效的橋塞封堵。

根據鉆井液漏失速度可采取相應的技術措施，當漏失速度小于等于5 m3／h時，采取起鉆靜止堵漏；高坂含坂土漿＋3%～5%綜合堵漏劑。當漏失速度大于5 m3／h且小于15 m3／h時，使用10%～12%堵漏劑（綜合堵漏劑、核桃殼、云母、鋸末等），若一次不成功，視堵漏效果可調整配方反復堵1～2次。當漏失速度大于等于15 m3／h且小于等于25 m3／h時，使用10%～15%堵漏劑（綜合堵漏劑、核桃殼、DF-1、云母、鋸末等），若一次不成功，視堵漏效果可調整配方反復堵1～2次。當完全性漏失時，使用0～15%濃度的橋漿堵漏，其堵漏劑為2%綜堵＋2%～3%核桃殼（3～5 mm）＋6%～10%KZ系列的橋漿堵漏，成功后進行承壓（原則上要有5～10 m3堵漏鉆井液擠入地層）。

3 現場應用效果分析

在對地層壓力、巖石可鉆性以及巖石力學特性進行綜合分析的基礎上，對克拉美麗氣田滴南地區鉆頭防漏堵漏技術進行了不斷的改進和優化。通過不斷優化鉆井配套技術，優選出適用的個性化PDC鉆頭，采用了特殊的提速輔助工具多維扭力沖擊器配合PDC鉆頭進行鉆進，提速效果明顯。克拉美麗氣田近兩年各井施工對比見圖3，從圖3中可以看出，對比2015年實施的DX1井、DX17井、DX26井以及DX241井的幾口井，2016年通過優快鉆井技術在該地區M6井的應用，使得鉆井周期大大縮短，節約了鉆井成本。2015-2016年克拉美麗氣田滴南地區所鉆井的綜合效果對比見表4。從表4中可以看出，較2015年，2016年克拉美麗氣田滴南地區所鉆井的完鉆周期縮短、平均機械鉆速大幅提升，其中M6井由開鉆至完鉆僅用了45 d，平均機械鉆速達9.05 m／h，較往年提速72%，取得了本區塊的新突破。

圖3 克拉美麗氣田各井施工對比圖

表4 克拉美麗氣田鉆井綜合效果對比表

通過合理選用鉆頭，三牙輪與PDC鉆頭優化搭配，DT1井使用單只鉆頭的進尺達2 176 m，機械鉆速為12.57 m／h，順利穿過三工河組多套含礫砂巖和八道灣組砂礫巖層，第二次開鉆工期較鄰井有了明顯的縮短，較設計提前13 d完鉆。石炭系使用單只鉆頭的進尺均在300 m以上，機械鉆速達4.4 m／h，較鄰井使用三牙輪鉆頭機械鉆速得到了很大提高，為本區塊石炭系使用PDC鉆頭鉆井提速起到了良好的示范效果。

4 結論

1）通過對克拉美麗氣田滴南地區地層的巖性、地層壓力以及可鉆性等鉆井工程因素的綜合分析，優選出個性化PDC鉆頭，采用特殊的輔助提速工具多維扭力沖擊器以及優選防漏堵漏技術，使得該地區鉆井提速效果明顯。

2）將克拉美麗氣田該地區2016年與2015年所鉆的井進行了對比，通過對鉆井綜合效果的對比，采用新的技術方法和特殊提速輔助工具多維扭力沖擊器后，可以看出攻關前后鉆井提速效果顯著，逐步形成了適用于克拉美麗氣田滴南地區的鉆井提速技術方法。

3）綜合應用優快鉆井技術，克拉美麗氣田滴南地區鉆井提速效果明顯，加快了新疆油田滴南地區勘探開發的步伐。

［1］李廣，郭辛陽，李娟.提高鉆速新技術研究進展［J］.鉆采工藝，2010，33（6）：31-35.

［2］常洪斌，鄭志剛.準噶爾盆地中部1區塊優快鉆井技術研究［J］. 天然氣技術與經濟，2012，6（2）：49-52.

［3］賈鎖宏.優快鉆井技術與應用［J］.石油礦場機械，2006，35（4）：109-111.

［4］楊明合，李維軒，劉穎彪，等.優快鉆井技術在環瑪湖凹陷斜坡區的應用［J］. 石油化工應用，2014，33（3）：23-26.

［5］羅翼.準噶爾盆地克拉美麗氣田水平井鉆井配套提速技術［J］. 中國石油和化工標準與質量，2016，36（14）：113-114.

［6］孫琳，孫海平，謝建輝.克拉美麗氣田鉆井提速配套技術應用［J］. 西部探礦工程，2012，24（12）：77-80.

［7］張忠乾，曹向峰，曹繼飛.硬地層PDC鉆頭優快鉆井配套技術研究進展［J］. 西部探礦工程，2012，24（12）：34-37.

［8］尚楷楷，王林，尚朝方，等.腹部滴西鉆井提速配套技術［J］. 新疆石油科技，2016，26（4）：1-6.