塔里木油田富源區塊鉆井提速關鍵技術

靳大松， 霍如軍， 張家振， 阮大勇， 劉立超， 李志敏， 徐海龍

(1中石油渤海鉆探工程公司第三鉆井公司 2中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院)

0 引言

塔里木盆地的油氣藏普遍為埋深超過6 000 m的超深層儲層且地質構造復雜程度高[1- 2],已探明油氣資源總量為178×108t,主要油氣藏按儲層類型可分為裂縫性致密砂巖氣藏和縫洞型碳酸鹽巖油氣藏[3- 5],其中，縫洞型碳酸鹽巖油氣藏開發前景十分廣闊[6- 7]。近年來，富源區塊已成為塔里木盆地碳酸鹽巖油氣藏勘探開發和上產的有利目標和主力區塊。

1 鉆井主要難點

富源區塊二開上部地層可鉆性較強，二開下部“硬骨頭”難鉆地層以及儲層碳酸鹽巖地層縫洞發育存在易垮、易漏、易卡的難點[1- 2]，各段地層的主要鉆井難點為:①富源區塊二開二疊系火成巖，巖性以氣孔—杏仁構造的玄武巖為主，硬度強、可鉆性差，對鉆頭要求高;②富源區塊造斜點普遍在6 600 m以下，定向段鉆進中工具面不穩、易托壓現象比較突出，井眼軌跡控制難度高，定向鉆進的效率低;③富源區塊的二疊系火成巖易垮塌卡鉆，鐵熱克阿瓦提組易出鹽水造成井壁失穩引發卡鉆事故[7- 8]。

富源區塊近2年完鉆的8口井中有6口井在目的層碳酸鹽巖地層發生井漏，其中4口井油氣侵嚴重，花費大量時間節流循環排污，另外的2口井發生漏溢轉換。

2 鉆井提速關鍵技術

2.1 優選鉆頭和提速工具

(1)二開直井段。二開二疊系以上可鉆性較強地層采用高效螺桿+PDC鉆頭。二疊系火成巖地層發育良好，以玄武巖為主，埋深在4 100～4 500 m，層厚在250～350 m。針對火成巖鉆進，目前主要有4種組合：扭力沖擊器+PDC鉆頭[9- 10]、獅虎獸復合鉆頭、進口牙輪鉆頭、復合沖擊器+PDC鉆頭[11]。獅虎獸復合鉆頭、進口牙輪鉆頭的壽命低，牙輪掉落的風險高，不推薦使用。相比復合沖擊器，扭力沖擊器能給鉆頭提供更大的扭矩，因此下部地層推薦使用扭力沖擊器+個性化PDC鉆頭組合(忍者齒)。

(2)三開直井段。二開鉆尾塞時直接使用扭力沖擊器+U516S型平面齒PDC鉆頭，鉆完尾塞直接三開鉆進，可節約一趟鉆。三開直井段地層巖性以泥巖、粉砂巖為主，巖屑硬度較低，推薦使用平面齒鉆頭，切入地層多，機械鉆速快。

(3)三開及四開定向段。使用獅虎獸鉆頭代替PDC鉆頭定向。獅虎獸鉆頭兼顧牙輪鉆頭的特性，定向時工具面穩定，上提下放活動鉆具次數明顯減少，節約鉆井周期同時保證具有良好的定向施工效果；其次托壓釋放后并不會出現蹩泵，只需要重新調整工具面即可。

定向段在滿足中靶的情況下，將原設計的穩斜段優化為造斜段，并考慮自然造斜率，降低設計狗腿度，實現少定多導、降低井眼軌跡控制難度。

2.2 強化鉆進參數和優化鉆具組合

在機泵條件滿足的前提下，采用大鉆壓、大扭矩、大排量、高泵壓、高轉速的“三大兩高”的鉆井參數，其中大鉆壓、大扭矩使鉆頭更快更深切入地層，提高了破碎效率；大排量、高泵壓增大了鉆頭水功率和環空返速，保持井筒清潔。既可提高機械鉆速，又能有效預防事故復雜[12- 13]。在實鉆中，不同井段推薦的強化參數范圍見表1所示。

表1 不同井段強化的鉆井參數推薦范圍

同時優化鉆具組合，三開可用?127 mm非標準鉆桿替代設計中的部分?101.6 mm鉆桿。二、三開直井段鉆進時可使用MWD隨鉆測斜，實時監測井斜、方位，充分解放鉆壓。

2.3 特殊地層事故復雜防控

(1)二疊系玄武巖防塌防卡措施。首先，保障良好的攜砂性是減少卡鉆的有效手段。進入二疊系前調整好鉆井液密度及性能，黏度控制在65 s以上，初切1.5～2 Pa，終切6～8 Pa，動切4～6 Pa。其次，制定合理操作規程。鉆進采取接單根方式，接單根時間控制在5 min內，鉆完單根井口預留不少于6 m，上提鉆具前在井底循環至少5 min，做到晚停泵、早開泵。起下鉆及接單根過程盡量減少劃眼時間，不針對同井段進行反復劃眼。在鉆具組合中接入隨鉆震擊器，為解除卡鉆提供有效的保障。

(2)緩解定向托壓的措施。富源區塊定向井的造斜點較深，定向段及水平段鉆進時由于鉆具自身重量的作用，在靜止或滑動鉆進時，井下鉆具易貼向井壁低邊，易造成粘附卡鉆[14]。鉆井液中添加抗溫降濾失劑、防塌封堵劑形成優質濾餅，保證斜井段的井壁穩定。同時，添加潤滑劑以加強濾餅的潤滑性能，抗溫降失水劑和防塌封堵劑以維持低HTHP 濾失量，保持優良的流變性與潤滑性，控制適當高的動塑比，滿足井眼巖屑凈化和巖屑懸浮。

定向滑動鉆進中及時活動鉆具防止卡鉆，監測返出巖屑判斷鉆井液性能是否滿足防塌要求。另外，如前所述，采用獅虎獸復合鉆頭和水力振蕩器，減輕托壓現象。

(3)鹽水層事故復雜預防措施。奧陶系鐵熱克阿瓦提組、桑塔木組可能會鉆遇鹽水層，該地區鹽水層高壓低滲[15- 16]，一般情況下鉆進時不出鹽水，靜止期間容易出鹽水。

若發生鹽水侵，根據首次到底后的鉆井液受污情況，采取節流循環排污、提密度或每次起鉆至鹽水層上環空壓重帽的方式處理(附加壓力為循環壓耗)，防止起下鉆期間鹽水侵入地層造成井壁失穩。

(4)奧陶系防漏、溢流措施。奧陶系目的層碳酸鹽巖地層為縫洞性構造，溢漏同層，安全窗口窄，安裝使用旋轉控制頭能夠有效提高井漏、溢流處理的效率。

安裝旋轉控制頭，裸眼里鉆進時發現溢流后處置措施如下：關閉旋轉控制頭平板閥及灌漿閥，觀察至少30 min。①若套壓穩定且小于5 MPa，則控壓循環排出受污鉆井液，液氣分離器處長明火。控壓循環過程中，調節節流閥控制套壓，控壓原則：不溢不漏。記錄微漏失(0.1～0.2 m3/10 min)的套壓和液面穩定不上漲時的套壓，通過這兩個值計算平衡地層壓力的當量鉆井液密度，然后節流循環提密度，期間可以上下活動或轉動鉆具防止卡鉆;②若套壓超過5 MPa，停泵及時關閉半封，打開旋轉控制頭平板閥，卸掉旋轉控制頭平板閥與半封之間的壓力。根據套壓情況確定壓井方案。

安裝旋轉控制頭，裸眼里起下鉆時發現溢流后處置措施：關井觀察套壓情況，套壓穩定不升且小于7 MPa，可控壓起鉆至安全井段或控壓下鉆至要求井段。

3 現場應用情況

3.1 鉆頭優選的提速效果

FY210- H7、FY210- H10兩口井二開上部地層均采用等壁厚高效螺桿+ TS1952型PDC鉆頭組合，一趟鉆完成二疊系井段。在FY212X井采用帶減震齒的SD9531型PDC鉆頭，該鉆頭切削齒的傾角大，對上部泥巖攻擊性差，3 000 m之后同比機械鉆速降低40%，在三疊系之前的井段兩趟鉆完成。

二開下部地層采用扭力沖擊器+U613S型忍者齒PDC鉆頭，FY210- H7、FY210- H10兩口井一趟鉆完成玄武巖井段，相比鄰井采用其他鉆頭節約3～4趟鉆，節約周期10～16 d。

FY212H井采用扭力沖擊器+U516S型平面齒PDC鉆頭，最高日進尺277 m，單只鉆頭進尺1 499 m，平均機械鉆速8.68 m/h，同時創造該區塊?215.9 mm井眼單只鉆頭日進尺、單只鉆頭機械鉆速最快兩項指標，較同區塊平均機械鉆速6.26 m/h提高38.8%。

FY210- H7井、FY212H井、FY210- H10井均使用獅虎獸復合鉆頭一趟鉆完成了定向造斜段的鉆進，機械鉆速分別達到1.81 m/h、2.14 m/h、2.05 m/h，相對于PDC定向節約周期3～5 d，機械鉆速提高30%以上。

3.2 鉆井參數強化的提速效果

采用強化鉆進參數的情況統計數據見表2所示。對比來看，FY210- H10井、FY210- H7井和FY210H井鉆壓相近，FY210- H10井的轉速及排量比這兩口井強化得多，機械鉆速提速分別提高37.9%和98.5%；FY210- H10井在有隨鉆測斜的前提下通過實時掌握井身質量，鉆進過程中增大鉆壓，鉆壓放大近50%，機械鉆速同比提高61.2%。通過“三大兩高”的鉆井參數強化措施，FY210- H10實現了?311.2 mm井眼日進尺突破1 000 m，機械鉆速高達59.88 m/h，提速效果良好。

表2 富源區塊二開直井段參數

FY212H井三開及四開井段采用?127 mm非標準鉆桿代替設計中的?101.6 mm、?88.9 mm鉆桿2 000 m，排量提高2～3 L/s，機械鉆速相比鄰井提高10%～20%。

3.3 事故復雜預防的效果

FY210- H10井在進入二疊系地層前因鉆井液損害、性能劣化，三疊系下鉆遇阻后采取立即停止鉆進措施，起鉆更換牙輪，處理維護鉆井液性能，提高鉆井液黏切，后續在二疊系鉆進時保持較高黏切，定時用稠塞循環洗井，有效降低了井下風險，避免了事故復雜，一趟鉆鉆穿玄武巖井段。

FY210- H10井在進入奧陶系鐵熱克阿瓦提組和桑塔木組鉆進時，每次起鉆前環空注入比井漿密度高0.02 g/cm3的封閉漿，有效防止了鹽水侵，井壁穩定，后續電測、下尾管均一次到底。

使用旋轉控制頭可有效提高井漏、溢流的處理效率，在FY212H井鉆進至7 733.24 m時井漏失返，起鉆至套管鞋內，罐內降密度至1.20 g/cm3，替至120 m3時發生溢流，立即控壓下鉆到底后節流排污，控壓鉆進，僅用4.5 h就解除了溢流，顯著提高了溢流的處理效率，保障了井下安全。

4 結論與建議

針對富源區塊地質特征，開展針對性研究，各段地層因層制宜，形成了個性化關鍵提速技術。

(1)二開上部地層可鉆性較強，采用高效螺桿+PDC鉆頭，二開下部井段應用扭力沖擊器+個性化PDC鉆頭組合，三開及后續井段優選采用平面齒PDC鉆頭和獅虎獸鉆頭；采用大鉆壓、大扭矩、大排量、高泵壓、高轉速的“三大兩高”的鉆井參數，同時優化鉆具組合；在二疊系玄武巖井段采用防塌防卡、定向段緩解托壓、鹽水層預防鹽水侵、奧陶系儲層防漏及溢流相結合的防控措施。

(2)在富源區塊采用上述關鍵技術，成功實施完鉆6口井，與2019年之前相比，平均完鉆井深由7 614.5 m提升至7 796.3 m，平均鉆井周期由200.65 d降低至164.44 d，取得了顯著的提速效果。

(3)建議定制額定工作壓力高的缸套，要求?180 mm缸套額定工作壓力達到24 MPa，?170 mm缸套額定工作壓力達到28 MPa。為保障鉆井參數強化實施和效果，建議鉆井隊三開前至少配備2臺高壓泵。