照南區(qū)塊鉆井提速配套技術(shù)研究與應(yīng)用

劉宗康

（西部鉆探吐哈鉆井公司，新疆 吐魯番 838200）

近年來(lái)照南區(qū)塊鉆達(dá)下侏羅統(tǒng)完成井，平均井深3922.81m，鉆井周期144.44 天，平均機(jī)速2.47m/h，平均月速816m/臺(tái)月，事故復(fù)雜時(shí)效4.21%，鉆井周期長(zhǎng)，機(jī)械鉆速慢，事故復(fù)雜率高嚴(yán)重影響該區(qū)塊的產(chǎn)能建設(shè)和鉆井提速工作，研究開(kāi)發(fā)一套適合該區(qū)塊鉆井快速配套技術(shù)勢(shì)在必行。

1 難點(diǎn)分析

照南區(qū)塊實(shí)際鉆井中，主要以第三系、中侏羅統(tǒng)七克臺(tái)組、三間房組和西山窯組，下侏羅統(tǒng)三工河組和八道灣組及前侏羅系地層為主，鉆井難點(diǎn)突出。

1）地層均質(zhì)性差、夾層多，存在大段礫巖，PDC 使用受限，牙輪機(jī)速慢，使用數(shù)量多，單只進(jìn)尺少，起下鉆時(shí)間多。二開(kāi)砂巖地層砂礫巖占70%，礫巖含量20%，平均機(jī)速3.08m/h，使用鉆頭12 只，單只進(jìn)尺202.69m，起下鉆時(shí)間201.57h。三開(kāi)砂巖地層砂巖占75%，含少量礫巖，地層研磨性強(qiáng)，平均機(jī)速1.46m/h，使用鉆頭11 只，單只進(jìn)尺96.54m，起下鉆時(shí)間274.47h。

2）西山窯組及其以下地層煤層發(fā)育，煤層多且厚，膠結(jié)疏松，易坍塌，平均38 層，平均段長(zhǎng)114m，最厚煤層26m，平均損失時(shí)間22.16h。

3）受山前逆沖推覆作用，下部侏羅統(tǒng)地層受到強(qiáng)烈擠壓，形成褶皺地層，裂縫發(fā)育；地層巖性以砂泥巖為主，地層縫隙填充物以黏土礦物為主，水敏性強(qiáng)，井壁穩(wěn)定性差，易井塌，事故復(fù)雜多發(fā)，平均損失時(shí)間107.09h，平均事故復(fù)雜率3.08%。

4）受山前構(gòu)造影響，全井地層傾角大（0～50°），方位多變，自然造斜率高，采用常規(guī)井身質(zhì)量控制方式效果差，前期井斜都有超標(biāo)，井底位移平均118m。

2 提速配套技術(shù)研究

開(kāi)展地層巖石可鉆性研究，優(yōu)選了個(gè)性化PDC 鉆頭、井下動(dòng)力鉆具，提高了機(jī)械鉆速，減少了鉆頭使用數(shù)量，縮短了起下鉆時(shí)間。

2.1 巖石可鉆性研究

根據(jù)彈性波理論，巖石的聲波時(shí)差取決于巖石的彈性模量、泊松比、巖石的密度等參數(shù)，其參數(shù)值的大小反映了巖石的強(qiáng)度、彈性及硬度，而地層巖石的可鉆性與這些參數(shù)之間存在著內(nèi)在的聯(lián)系。

2.2 優(yōu)選個(gè)性化PDC 鉆頭

二開(kāi)井段選用抗沖擊能力強(qiáng)的PDC 鉆頭。鉆頭采用5 刀翼設(shè)計(jì)，增大排泄槽，優(yōu)化水眼布局，增強(qiáng)排屑能力；選用19mm 適合含礫地層快速鉆進(jìn)的PDC 復(fù)合片，中密度布齒；采用非同心布齒，增強(qiáng)鉆頭工作穩(wěn)定性，提高鉆頭行程鉆速。三開(kāi)井段選用抗研磨性強(qiáng)的PDC 鉆頭。

2.3 優(yōu)選個(gè)性化井下動(dòng)力鉆具

通常PDC 鉆頭與井下動(dòng)力鉆具配合使用，兩者的匹配直接影響鉆頭使用效果，匹配合適能有效提高鉆頭使用時(shí)間和機(jī)械鉆速。

2.4 開(kāi)展煤系地層特征研究

優(yōu)化了鉆具結(jié)構(gòu)、鉆井參數(shù)，應(yīng)用球形扶正器、隨鉆安全倒扣裝置等安全鉆井工具，形成煤層段安全鉆進(jìn)技術(shù)。

1）煤系地層特征

該區(qū)塊煤層主要在侏羅系發(fā)育，埋藏深度在2600m～4200m，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)顯示以低伽瑪、高電阻，其上發(fā)育低速泥巖段為特征，一般厚度約5～15m，最厚可超過(guò)20m，平面分布穩(wěn)定，在地震剖面上為一可連續(xù)追蹤對(duì)比的強(qiáng)反射同相軸。

2）應(yīng)用球形扶正器、隨鉆安全倒扣接頭，優(yōu)化煤層段鉆具組合和鉆井參數(shù)。

在鉆井中引入了球形扶正器，該扶正器相比常規(guī)扶正器，扶正棱由80cm 縮短至40cm，扶正棱兩端細(xì)中間粗，扶正器棱兩端采用斜坡設(shè)計(jì)，采取該設(shè)計(jì)能減少小間隙井段，與井壁接觸面積減少了50%，由面接觸變?yōu)辄c(diǎn)接觸，降低扶正器阻卡。

2.5 開(kāi)展侏羅系下統(tǒng)地層巖性研究

優(yōu)化泥漿性能，應(yīng)用弱凝膠鉆井液體系，預(yù)防井下事故復(fù)雜。

1）礦物組份分析

黏土礦物中伊/蒙混層含量較大，最大達(dá)至79%，混層比最大達(dá)到40%。

2）該區(qū)塊下部地層受山前逆推覆影響，地層存在微裂縫，在鉆井過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)井塌，造成井下遇阻劃眼等復(fù)雜事故，因此建立地層三壓力剖面，確定照南區(qū)塊泥漿密度平衡地層坍塌壓力是預(yù)防井下垮塌最有效的手段，通過(guò)隨鉆DC指數(shù)壓力監(jiān)測(cè)和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算，建立了照南區(qū)塊三壓力剖面。

3）應(yīng)用弱凝膠鉆井液技術(shù)

應(yīng)用新型弱凝膠鉆井液體系，優(yōu)選流變性優(yōu)良，抑制性及攜砂、封堵能力強(qiáng)的弱凝膠主劑與輔劑。

配方：井漿+2.5%DBFT-201+2%MEG+1%YGC+1%SMT+0.5%BC-VIS+2%BC-BPG

2.6 開(kāi)展地層自然造斜規(guī)律

防斜鉆具組合研究，應(yīng)用復(fù)合鉆具組合配合無(wú)線隨鉆監(jiān)測(cè)儀，隨時(shí)監(jiān)測(cè)井身質(zhì)量，釋放鉆壓，實(shí)現(xiàn)防斜打快。

1）地層自然造斜規(guī)律研究

根據(jù)前期地質(zhì)測(cè)井資料顯示，該區(qū)塊上部齊古組-三間房組地層傾角在20～50°，自然方位240°，自然造斜率0.4°/30m；中部西山窯-三工河組地層傾角0～20°，自然方位40°，自然造斜率0.2°/30m；下部八道灣組：地層傾角0～20°，自然方位180°，自然造斜率0.2°/30m。上部地層傾角較大，自然造斜率較高平均達(dá)到0.4°/30m，中下部地層傾角相對(duì)要小，自然造斜率小在0.2°/30m 左右，但是自然方位變化較大，井眼走向不易掌握。

2）防斜鉆具組合研究

3）應(yīng)用復(fù)合鉆具強(qiáng)化鉆井參數(shù)

采用單彎雙穩(wěn)鉆具組合，強(qiáng)化鉆井參數(shù)，二開(kāi)井段鉆壓由原來(lái)的60kN 強(qiáng)化到80～120kN，排量強(qiáng)化到50～58l/s，三開(kāi)井段鉆壓由原來(lái)的40kN強(qiáng)化到60～100kN，排量強(qiáng)化到32～38 l/s。見(jiàn)表1。

表1 鉆具結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

3 應(yīng)用效果

二開(kāi)井段使用3 只鉆頭打完進(jìn)尺，機(jī)速提高113.31%，使用數(shù)量減少75%，單只進(jìn)尺增加298%，起下鉆時(shí)間減少74%。應(yīng)用優(yōu)化后的煤層鉆具結(jié)構(gòu)和鉆井參數(shù)平均鉆遇煤層48.5 層，平均段長(zhǎng)116m，平均最厚煤層26m，鉆井中無(wú)復(fù)雜事故發(fā)生。應(yīng)用新型弱凝膠鉆井液體系，提高了泥漿的抑制性、防塌性、封堵造壁性，事故復(fù)雜損失時(shí)間減少96.38%，井眼擴(kuò)大率降低35.76%。應(yīng)用復(fù)合鉆具結(jié)構(gòu)配合MWD，釋放了鉆壓，提高了鉆井速度，有效控制了井身質(zhì)量，復(fù)合鉆進(jìn)進(jìn)尺占比提高89.33%，平均機(jī)械鉆速提高132%，井身質(zhì)量合格。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)地層巖石可鉆性研究，優(yōu)選的個(gè)性化PDC 鉆頭適應(yīng)該區(qū)塊地層，能有效提高機(jī)械鉆速，減少使用數(shù)量。針對(duì)該區(qū)塊煤層特點(diǎn)優(yōu)化的煤層鉆井鉆具組合和鉆井參數(shù)，能夠有效預(yù)防煤層卡鉆，對(duì)其他區(qū)塊煤層鉆井提供了有力的參考。