油砂山油田鉆井提速及一趟鉆關鍵技術

馮 斌，高學金，郭立勛，劉周祺，侯玲杰，肖仰德

（中國石油集團渤海鉆探工程有限公司第一鉆井工程分公司，天津300280）

油砂山油田位于青海省柴達木盆地西部南區，隸屬青海省海西州茫崖行政委員會，距花土溝基地東南14.0km。油區北部為山地，南部為鹽漬湖灘，平均地面海拔3100m 左右。該地區屬大陸干旱性氣候，氣候干燥寒冷，少雨多風，冬季漫長，夏季短促。

1 油砂山區塊地層情況

油砂山油田構造屬于柴達木盆地西部坳陷區尕斯斷陷亞區獅子溝-油砂山二級構造帶，油砂溝高點，構造重疊在尕斯庫勒油田之上。地下構造為北西-南東向北緩（地層傾角11°~26°）南陡（50°~60°）頂部平緩的半箱狀背斜，長軸約8.0km，短軸2.0km。自西向東劃分六個斷塊，是一個以構造控制為主，被斷層復雜化的巖性構造油藏。該區塊發現大小斷層共100 余條，斷層傾向多為東傾和西傾，傾角一般為55°～89°，為高角度斷層，斷距隨深度增加而減小，而且大部分斷層消失于300m 以上。油田分為東西兩區，東區地層抬高，出露油砂150.0m 厚，受到嚴重剝蝕，造成了油田東西區的顯著差異。

該區塊油層主要分布在上新統下部的下油砂山組（N21）和中新統上干柴溝組（N1）兩套地層，地層巖性總的特點是：上粗下細，上紅下灰。巖性主要以泥巖、砂礫巖、含礫砂巖為主，泥巖段長，地層上部可鉆性較好，中下部大段灰綠色泥巖夾砂巖可鉆性明顯降低。

2 油砂山區塊影響提速與一趟鉆的因素

（1）油砂山區塊上部構造斷層發育，構造形態的完整性遭到不同程度的破壞，構造的完整性較差。經地面細測及鉆井證實，本區上部300m 左右約有大、小斷層近100條，鉆進過程中易出現井漏等復雜事故，嚴重影響工程提速與一趟鉆實施，消耗大量泥漿材料，增加鉆井成本。

（2）油砂山區塊巖性主要以泥巖、砂礫巖、含礫砂巖為主，下步泥巖段長，地層上部可鉆性較好，但下部的上干柴溝組地層鉆進至900m 之后，地下巖石硬度相對增大，使得鉆井速度急劇下降（由1min~2min/m 降至4min~7min/m），同時鉆頭所受的磨損也增大，易造成PDC 鉆頭崩齒損壞、主力齒磨損現象，影響機速導致起鉆換鉆頭。

（3）該區塊地層傾向多為東傾和西傾，傾角一般為55°～89°，且地層可鉆性不均，井斜難以控制，定向托壓，純鉆時效內定向鉆進時長占比較高，嚴重影響鉆井速度，且易造成井身質量問題。

（4）本區塊設計井深較淺，機械鉆速高，鉆井周期短，且該區巖石具有中等水敏、中等速敏、中等鹽敏、中等酸敏特征，鉆井過程中巖石黏土造漿嚴重，易收縮、失穩、脫落，從而導致所鉆井眼的縮徑、阻塞，泥漿固相含量過高得不到有效處理而影響電測效率甚至井下安全。

（5）由于鉆井成本的限制，泥漿材料的節約限制了其性能的發揮，如何合理調整泥漿性能，保證井下安全也是一個難題。

3 一趟鉆可行性分析

近年，油砂山區塊共計完成38 口井，215.9mm 井眼25 口井都是一趟鉆完成開次全部進尺，平均機速27.65m/h，定向井占比68%；油砂山區塊巖性主要以泥巖、砂礫巖、含礫砂巖為主，泥巖段長，孔隙度較高（如圖1），地層上部可鉆性較好，中下部（1000m 以下）大段灰綠色泥巖夾砂巖可鉆性明顯降低，易造成PDC 鉆頭崩齒損壞、主切削齒磨損現象，且鉆進過程中要注意防漏、防塌及防斜工作。

圖1 孔隙度數據曲線圖

油砂山區塊平均井深為1520.97m，針對本區塊地層特點，選用5 刀翼16mmPDC 鉆頭既為保證上部機械鉆速，也為鉆進過程中定向穩斜效果考慮，爭取一趟鉆完成進尺；螺桿使用中不存在質量問題，未完成一趟鉆井中僅有2 口井為螺桿原因造成，7LZ172mm7.0~1.25°型號螺桿的質保時間180h，未完成一趟鉆井的螺桿實際使用200h~220h，為保證機械鉆速和鉆具安全，中途起出更換了螺桿；未出現鉆井工具質量問題；井身質量合格。

油砂山區塊215.9mm 井眼一趟鉆工程，選用大港中成MD6521L 鉆頭，奧瑞拓7LZ172mm7.0-1.5°型螺桿；鉆井參數鉆壓60kN~80kN、轉速DN+（70~90），實現高機速27.65m/h 鉆進完成進尺。

結論：油砂山區塊215.9mm 井眼一趟鉆區塊可行。

4 關鍵技術措施

4.1 優選鉆井液應對多斷塊構造帶

本區塊的井大多位于斷層發育的油砂溝高點，由于地層孔縫發育較好，鉆井施工中經常發生漏失現象。針對本區塊易漏層段多為上部（0~400m），且切壓力系數低（0.8~0.9）的特點，在一口井的鉆井液選型中盡量不使用觸變性大的鉆井液體系，而是選擇成本較低的低密度膨潤土漿，施工中在鉆入易漏井段前在鉆井液中加入適量小顆粒預堵材料增加封堵能力；在鉆遇頁巖時提高抑制劑含量，降低失水，延緩頁巖坍塌周期；在上部易漏層段精細排量控制（二開300m 之前鉆井排量不超過25L/s）；如發生井漏且漏速大于10m3/h 的則在一次鉆進中合理且盡量多地揭開漏層，然后統一進行堵漏作業，極大地減少了事故發生的時間，針對本區塊的漏層作業行之有效，可有效提高生產效率。

4.2 優選鉆井參數激進鉆井

鉆壓對鉆速有著重要的影響，鉆壓較低時可能導致鉆頭對巖屑進行重復破碎，鉆壓較高會加快鉆頭的磨損，減少鉆頭壽命甚至起鉆更換鉆頭浪費大量時間。面對這種問題，采用高效PDC+高壽命單彎螺桿的雙驅復合鉆進技術進行解決。鉆頭主要選用型號為MD6521L 的5 刀翼、采用中低密度布齒、切削齒為16mm 的PDC 鉆頭，它的鉆頭切片傾角較小，侵入地層多且攻擊性強，經過現場參數優化和廠家對鉆速和耐用性兩方面的平衡優化，提升了鉆頭的綜合性能，既可保證上部機械鉆速，也能在鉆進過程中起到很好的定向穩斜效果（見圖2）。配合高效PDC 鉆頭，我們與螺桿廠家進行溝通，采用奧瑞拓研發的懸垂機式φ172mm 單彎螺桿。現場采用高壽命螺桿與高效PDC 并行，解放了鉆壓同時為一趟鉆提速保駕護航。

圖2 鉆頭水功率與排量關系

用φ180mm 缸套的蘭石3NB1300C 鉆井泵，二開排量盡可提高排量至34L~38L/s，泵壓12.35MPa~16.6MPa，最大限度地發揮單泵的使用效率，可以增加射流沖擊力，如圖3 所示。加上動力鉆具的使用，能起到更好的破巖和沖刷井底效果。

圖3 排量與射流沖擊力關系曲線

提高轉盤轉速至80r~90r/min，較高的轉盤轉速使井下鉆具呈現穩定高扭矩的工作狀態，形成高效的巖屑切削能力，不僅能夠提高機速還有一定的防斜打直能力。

4.3 優化剖面設計，合理配置鉆具組合、防斜打快

每口井施工前針對單井的施工環境及地質情況進行詳細地調查，優化平臺防碰掃描數據，合理優化井眼軌跡；根據該區塊地層傾角特點，結合每口井靶點方位配置不同的鉆具組合；根據地層造斜特性優化定向井段，把定向困難段上提至二開容易定向且地層穩定井段，增加二開定向井段和井斜角，從而降低后期較堅硬可鉆性差的地層滑動鉆進，增加復合鉆進占比。不僅極大地減少了潤滑材料的消耗，也能夠有效地提高施工效率，尤其能保障井下的施工安全。

實鉆過程中根據所鉆地層造斜特點隨時對軌跡進行調整，利用臨井的施工經驗提高本井軌跡施工的準確性和預判能力；在前期中軟地層提前控制好井眼軌跡，加密測量易斜井段的井身質量，并對下一步施工軌跡提前布局。

4.4 加強鉆井液固相控制，有效處理泥漿性能

采用高頻振動篩的替代工作，用高頻振動篩+高目數篩布的組合，配合現場的除砂器、除泥器取代老式的低頻振動篩+離心機的組合有效地控制住鉆井液的固相含量，確保入井鉆井液的清潔度。

4.5 模塊化鉆井液體系，節支提速

一開井段所鉆遇地層膠結松散，可鉆性好，鉆井液為4%~5%膨潤土漿，主要以攜帶巖屑、穩定井壁，確保安全鉆進為目的。

二開鉆遇地層物性復雜，膠結性差，巖屑分散嚴重，易發生坍塌和井漏。要求鉆井液必須具有較強的抑制能力，確保其造壁性、防塌性和良好的流變性。選用聚合物非滲透鉆井液體系，（基本配方：4%~5%膨潤土+0.3%~0.4%燒堿（NaOH）+0.2%~0.3%純堿（Na2CO3）+0.3%高黏羧甲基纖維素（HV－CMC）+1%~2%低黏羧甲基纖維素+0.8%~1%聚丙烯酸鉀（KPAM）+3%~3.5%無熒光防塌劑（PA－1）+0.5%無水聚合醇+4%~6%抗高溫抗鹽降濾失劑+1%非滲透處理劑）。

鉆進時配合有效的固控設備，補充新配的聚合物膠液維護鉆井液性能，（配方：0.2%~0.3%燒堿（NaOH）+0.2%抗高溫抗鹽防塌降濾失劑+0.3%無熒光防塌劑+0.1%~0.4%聚丙烯酸鉀KPAM），保證鉆井液有適當的粘切、足夠的返速，保證鉆井液的攜帶能力同時維護良好的鉆井液流動性來沖刷泥餅。

進入上干柴溝組后逐步補充低黏羧甲基纖維素LVCMC 和抗高溫抗鹽降濾失劑配合銨鹽NPAN 調整鉆井液的流變性并保證泥漿的強抑制性，低失水量，延緩泥頁巖坍塌周期，保證井眼穩定。

針對二開主要定向段托壓嚴重以及穩斜段長位移扭矩大的問題，在定向初期及時添加潤滑劑，隨著井斜的增加要不斷提高潤滑劑的含量，當鉆進至穩斜段及降斜段后期時，必須維持潤滑劑含量滿足快速鉆井要求，降低施工后期扭矩，減少卡鉆斷鉆具的風險。

現場施工中由于鉆速過快，平時要求職工操作時做到接單根早開泵，晚停泵；隨時關注泥漿性能的變化，控制環空巖屑濃度≤6%，必要時，中途循環除砂或者進行短程起下鉆。完鉆起鉆前和通井下鉆到底都要制定有針對性的泥漿處理措施，以達到充分循環除砂，保證井眼的穩定與清潔，保證電測、下套管的順利進行。

4.6 其他保障措施

（1）鉆頭選擇5 刀16 片MD6521L 鉆頭，積極和鉆頭廠家溝通、為現場提供抗研磨性強的復合片鉆頭；奧瑞拓7LZ172mm7.0-1.5°型螺桿，剩余質保時間不足25%的螺桿禁止入井，保證不因井下螺桿原因導致機速低起鉆。

（2）提前規劃定向井井眼軌跡參數，根據區塊地層傾角特點，結合每口井靶點方位配置相應的鉆具組合，實鉆過程中根據鄰井的地層造斜特點提前對軌跡進行調整，減少滑動定向鉆進，增加復合鉆進占比，提高機速。

（3）根據鉆頭所鉆地層優選鉆井參數，通過調整鉆壓、轉盤轉速、排量，提高鉆井速度和鉆頭使用壽命。

（4）剩余質保時間不足25%的螺桿禁止入井；針對部分井隊離心機除泥效果差的情況現場進行了調試、逐步開展高頻振動篩的替代工作，加強固相控制；針對油砂山區塊施工難點進行了泥漿體系優化，油砂山區塊上部下油砂山組井段鉆井液維護以控制造漿、減少有害固相積累、防縮徑為主；進入上干柴溝組后，及時加入防塌劑降低高、中壓濾失量，1000m 后API 濾失量嚴格控制在4mL以內，同時補充0.5%PAC-LV，提高封堵能力鞏固井壁，預防井下垮塌。

5 結論和認識

多項措施的使用取得了良好效果，本隊于2020 年在油砂山區塊施工24 口井，全年進尺超3.5 萬米，平均井深1471m，平均機械鉆速27.64m/h，平均鉆完井周期8.97天，事故復雜率為0%，電測一趟到底率達到84%，固井質量合格率100%，井深質量合格率100%，其中二開一趟鉆完成井為19 口，占比達到80%。

提速與一趟鉆的推行不是某個單一元素所決定的，多舉措的并行才能達到最佳效果。油砂山區塊相對較老，但生產提速工作還有較大潛力，一趟鉆技術對區塊提速有著重要意義。