吐哈三塘湖盆地石炭系鉆井提速技術研究與應用

摘 要：吐哈三塘湖盆地是吐哈油田增儲上產的主要區塊之一，盆地石炭系地層巖性復雜，在鉆井過程中，因石炭系地層機械鉆速低、井塌、井漏等事故復雜導致區塊平均鉆井周期長。通過開展鉆速提升、井下安全技術研究，設計優選個性化PDC鉆頭、提速工具，優化鉆井液防塌、防漏性能，形成一套三塘湖油田石炭系地層鉆井提速技術，達到提高機械鉆速、降低事故復雜時效、縮短鉆井周期的目的。

關鍵詞：三塘湖盆地;石炭系地層;機械鉆速;事故復雜;鉆井周期

石炭系地層巖石硬度高，研磨性強，可鉆性差，易造成鉆頭先期損壞，致機速低行程短，起下鉆頻繁。石炭系地層平均機速1.92m/h，平均單鉆進尺196.7m，平均口井鉆頭使用5只。石炭系地層含有破碎帶，易剝落掉塊和突發性井壁坍塌造成井塌，卡鉆和劃眼等事故。前期完成22口井因井壁不穩共發生13次事故，損失時間1463.85h，事故復雜率2.96%。石炭系地層裂縫發育易井漏，以微、中小裂縫為主，且存在一定孔隙。統計22口井有8井發生漏失，平均漏失506.16m3，平均損失時間78.94h/井，事故復雜率3.51%。

1 巖石力學參數的確定

利用聲波時差、密度、自然伽瑪等測井數據分析，測定巖石力學參數，得出巖石硬度、抗壓強度。利用室內試驗、微鉆頭法，測定巖石可鉆性，確定PDC鉆頭可鉆性級值。采用ZKZ-1型多功能巖石可鉆性測定儀進行可鉆性實驗，得出馬67井2870-3080m左右井深巖心取樣可鉆性實驗得較高可鉆性級值約6-7左右;條32井3300-3390m左右井高可鉆性級值約7-8左右。建立地層三壓力計算模型，在等效深度法基礎上，計算得出：石炭系地層破裂壓力在50MPa-120MPa之間，地層孔隙壓力20MPa-40MPa之間，坍塌壓力25MPa-45MPa之間。

2 開展個性化鉆頭設計

針對石炭系地層研磨性強、硬度及抗壓強度大的特點，設計一種6刀翼抗研磨PDC鉆頭：采用平滑的冠部形狀、中高布齒密度、由5刀翼增加到6刀翼提高抗研磨性，設計較小切削齒負前腳彌補攻擊性，應用聚晶金剛石保徑，提高鉆頭穩定和使用壽命。優選低速大扭矩螺桿配合扭沖提高鉆速，增加單只鉆頭行程。優選7頭5級大扭矩低速螺桿，扭矩增大，鉆壓提高50%以上，增強鉆頭破巖能力，應用扭沖配合螺桿，兼顧防斜、保護鉆頭。應用扭力沖擊器，利用部分流體能量，驅動沖擊錘的動力部分沿軸心做半圓周往返運動，產生一個周向的、均勻穩定的沖擊力作用到整個鉆頭上，解決“粘滑現象”，保護鉆頭。

3 研究坍塌、漏失機理，形成防塌、防漏鉆井體系

3.1 石炭系井塌、石炭系漏失機理研究

利用MiniFlexII臺式X衍射儀分析全巖礦物組份及粘土礦物組份得出：石炭系地層粘土礦物總量在2.27-9.44%，粘土礦物含量低;粘土礦物中膨脹性組份（蒙脫石、伊蒙混層）占比高，較易水化膨脹、分散，起膠結作用的粘土礦物吸水膨脹，導致巖石坍塌壓力上升和抗拉強度降低，引起剝落坍塌;石炭系地層破碎，巖石內部裂隙及礦物解理發育;鉆開地層構造應力釋放造成井眼坍塌。通過表面觀測及電鏡掃描石炭系地層裂縫發育，分布規律差，裂縫寬度以0.1-3mm為主，長度以5-12cm為主，石炭系地層井漏主要是裂縫性發育造成。

3.2 防塌鉆井液技術研究

優選ZNP-1抑制劑提高抑制性，控制粘土礦物水化效應，原配方基礎上加量提高0.1%滿足石炭系地層抑制粘土礦物水化要求。優選高溫降失水劑，強化失水控制，阻緩壓力傳遞。相同加量濃度，HS-2加量3%優于其他降濾失劑。優選與井溫情況匹配的瀝青材料，實測井底溫度與瀝青性能實驗，2500-3500m井段瀝青選用DBFT-201，3500m以下井段選用KH-n、HF-024。提高深部地層封堵造壁效果，優化防塌材料基漿配方：6%土粉+0.3%ZNP-1+0.6%NaHPAN+3%HS-2+1.5%PSC。結合實驗與吐哈聚磺漿體系特點的防塌配方：7%土粉+0.3%ZNP-1+0.6%NaHPAN+4%DBFT-201（HF-024/KH-n）+3%HS-2+1.5%PSC+3%QCX-2+2%QCX-1。

3.3 防漏堵漏鉆井液技術研究

優化防漏配方，提高鉆井液隨鉆防漏能力實驗，配制基漿，用1mm縫板（DL-A2堵漏儀）配方改造后，鉆井液防漏、承壓能力提高。優化堵漏材料顆粒配比，將片狀：纖維：顆粒由1：2.5：1（不計綜合堵漏劑）優化為6.3：2.7：1，惡性漏失堵漏成功率、承壓能力提高。確定堵漏配方：井漿+5%綜合堵漏劑+8%單封+6%細核桃殼+5%中粗核桃殼+3%粗核桃殼+3%QCX-2+5%雷特超強（總濃度35%）

4 現場應用情況

現場共實施6口井，平均井深3523.5m，平均機速5.53m/h，平均鉆井周期73.18天，事故復雜時效0;同比應用前，石炭系井段機速提高85.42%，周期縮短52.86%，事故復雜由7.95%降為0。

綜上所述，通過對地層巖性研究，優選個性化鉆頭，解決上部地層牙輪鉆頭行程鉆速低、下部含礫地層機械鉆速低的難題，提高機械鉆速。優化復合鉆進技術，使用低速大扭矩螺桿，解決地層易斜難題，實現上部地層防斜打快。針對鹽膏層井段鉆井事故復雜，優化鉆井液性能及短拉方案，完善區塊鉆井工藝，解決鉆井周期長、事故復雜多等難題。

參考文獻：

[1]覃園圓.泥頁巖水化對井壁穩定性影響研究[D].西安：西安石油大學，2014.

作者簡介：

付光軍（1981- ），男，漢族，重慶巫溪人，工程師，主要從事石油鉆井工作。