准噶尔盆地乌夏探区优快钻井配套技术研究与应用*

杨云锋，谢建安，辛小亮，刘佩煊，申延晴，付连明

（1.长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州434023；2.中国石油新疆油田公司勘探公司，新疆克拉玛依834000）

准噶尔盆地乌夏探区优快钻井配套技术研究与应用*

杨云锋，谢建安，辛小亮，刘佩煊，申延晴，付连明

（1.长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州434023；2.中国石油新疆油田公司勘探公司，新疆克拉玛依834000）

准噶尔盆地乌夏探区地层岩性复杂，部分地层压力变化大，漏失现象严重，风城组岩盐发育，可钻性差，机械钻速慢，钻井周期过长，严重制约了乌夏探区的勘探进程。通过综合分析该区块钻井地质特点，有针对性的开展乌夏探区钻井专项技术攻关。通过优化井身结构设计，采用欠平衡钻井技术，优选防漏堵漏抗盐侵钻井液体系和水泥浆固井技术，运用钻井集成提速技术，形成了一套适合乌夏探区的优快钻井配套技术。通过对比分析2010～2015年乌夏探区钻井技术指标，进行攻关后平均钻井周期缩短69d，复杂时率降低5.8%，平均机械钻速提高16.3%，平均月速度提高20.2%。

乌夏探区；优快钻井；井身结构；欠平衡；水泥浆

乌夏断裂带位于玛湖凹陷北斜坡，ZX72井、FC1井、FN5等井在二叠系风城组一段火成岩、云质岩储层相继获得高产工业油气流后，展示了乌夏探区深层二叠系风城组良好的油气勘探前景。然而该探区地层岩性复杂，部分地层压力变化大，地层可钻性差，导致该区域机械钻速低，钻井周期长，严重制约了乌夏探区的勘探进程。在深入分析乌夏探区区域地质特征，参考国内其他油田进行乌夏探区钻井专项技术攻关。通过优化井身结构设计，采用欠平衡钻井技术，优选抗盐侵钻井液体系和水泥浆固井技术，运用钻井集成提速技术，形成了一套适合乌夏探区的优快钻井配套技术。

1　钻井难点分析

1.1岩性复杂

乌夏探区二叠系地层岩性致密，岩石强度高，研磨性强，导致机械钻速慢，且二叠系岩性纵向变化大，均质性差，建立钻头序列困难。二叠系风城组地层压力变化大，井控风险高，风城组二段存在盐岩层，易污染钻井液影响钻井液性能的稳定性。

1.2漏失严重

二叠系夏子街组、风城组裂缝发育，导致钻井过程中钻井液漏失严重，固井过程中因储层裂缝发育水泥浆易漏失低返，造成固井质量差，封隔质量难以保证[1]。

2　优快钻井配套技术

2.1合理设计井身结构

合理的井身结构设计不仅能有效避免井漏、井塌、卡钻等事故的发生，还可以减少固井水泥、套管的用量，大幅度降低钻井成本。根据乌夏断裂带完成井地质资料分析，熟悉掌握区域地层压力分布规律，乌夏探区P2w地层自西北向东南地层压力系数不断抬升，区域内存在两套不同的压力体系。其压力分布特点如下：P2w～P2x地层孔隙压力较低，存在漏失风险；P2x～P1f3顶部地层破裂压力下降，泥浆安全窗口较窄；P1f1孔隙压力台阶式抬升，密度窗口进一步减小。针对以上地层压力分布特征，采用三开井身结构时技套需下至风三段顶部150m左右，封固J2x、J1b、T2k易垮塌地层和P2x、P1f3顶部破碎易漏层，为下部高压层安全钻进创造条件；采用四开井身结构时需在P2w底部增加一层技套，封固P2w相对高压和不稳定地层，避免与P2x及P1f3顶部易漏地层在同一裸眼段钻进。通过对乌夏探区2010～2015年预探井进行井身结构优化，降本增效成效显著，其中5口试验井共节省套管963.7t，平均钻井周期缩短69天。

2.2欠平衡钻井技术

欠平衡钻井技术主要以氮气、泡沫为循环介质的一种钻井工艺，可减少对产层的损害，有效保护油气层，降低钻井成本，提高机械钻速，延长钻头使用寿命，有效控制漏失，减少压差卡钻等事故得发生[2]。结合乌夏断裂带已钻井钻速缓慢情况，对乌夏探区已部署井位进行井眼稳定性分析，优化欠平衡钻井技术使用井段。乌夏探区地层发育较全，所部属探井三开段可能钻遇风城组（P1f）、石炭系（C2b）。根据邻井测井资料分析及实钻情况可知，风城组P1f属于力学稳定地层，岩性以云化的白云岩为主，无井壁坍塌风险；石炭系C2b地层坚硬，可钻性差，岩性以火成岩为主，井壁失稳坍塌风险低。因此，针对乌夏探区2010～2015年7口探井实施欠平衡钻井技术，结果见表1。

表1　2010～2015年欠平衡钻井实施情况Tab.1Implementation of underbanlanced drilling between 2010 and 2015

从表1可以看出，通过实施欠平衡钻井技术，机械钻速是常规钻井的3～5倍，7口探井均提速1.66～5.11倍，节约工期8～63d，且井漏、压差卡钻等复杂大幅度降低，既缩短了钻井周期，又降低了井下复杂的发生。

2.3防漏堵漏抗盐侵钻井液体系[3-5]

乌夏探区风城组二段存在大段盐岩层，通过岩心矿物理化特性分析表明，90%以上为NaHCO3和Na2CO3，溶解实验表明岩盐层的白色粉末在室温下16h后94.25%溶解分散于钻井液中，滴定结果显示白色粉末中NaHCO3占46.6%，Na2CO3占35.1%。室内通过对该钻井液体系处理剂进行优选，形成了一套适合岩盐地层的钾钙基聚磺—有机盐钻井液体系。其配方如下：3～4%搬土+0.2%Na2CO3+0.2～0.3% KOH+0.5～0.7%包被剂PMHA-2+0.5～0.7%降滤失剂SP-8+3%降滤失剂SMP-1+1%降滤失剂SPNH+5～10%KCl+10%有机盐+0.8%降滤失剂LV-CMC+1%低荧光润滑剂+3%磺化沥青+0.2%～0.5%CaO+重晶石。针对风城组裂缝发育的地质特征，在以上基浆配方的基础上进行随钻堵漏技术研究。通过流变性和砂床评价试验，将两种随钻堵漏剂JCM-12、SD-601复配使用，漏失量最少。该探区攻关井AK1井四开段下部地层采用钾钙基聚磺-有机盐钻井液体系，安全快速钻进4950～5670m层岩盐层。同邻井FN5井对比，AK1井井眼质量大幅提高，泥浆漏失等复杂时率大幅降低，见表2。

表2　钻井液技术攻关前后应用效果对比Tab.2Application effect comparison before and after drilling fluid technical problem tackling

2.4超高、超低密度水泥浆固井技术

2.4.1抗污染超高密度水泥浆固井技术乌夏断裂带风城探区油层的完钻井深平均在4000m以上，井底温度、压力高，完井钻井液密度达到2.0g·cm-3以上，需要用高密度水泥浆体系进行固井，固井水泥浆设计、添加剂的混配异常困难。高密度、高粘度钻井液在下套管的过程中活塞效应明显，井眼缩径、垮塌，造成下套管作业难，高密度、高粘度水泥浆在顶替高密度、高粘度钻井液时环空流动压耗大，不容易形成紊流，顶替效率低。此外，水泥浆受到钻井液污染后，流动性变差，粘度和动切力上升，水泥石强度降低，一、二界面胶结能力减弱，影响固井质量。根据实际工程概况，研究出一套胶乳防窜水泥浆体系，水泥浆配方如下：TH.G级水泥+20%～40%微珠+6%～10%微硅+2%防气窜剂+4%膨胀剂+3%增塑剂+15～30%胶乳D600G+6%降失水剂+0.6%～2.2%分散剂D145A+0.8%早强剂+0.1%～0.5%消泡剂D047+0.5%悬浮剂D153+1.2%缓凝剂D801，通过在室内进行钻井液及水泥浆体系模拟抗污染试验，水泥浆强度、流变性、流动度、失水、稠化时间等性能均满足深井固井要求，现场应用通过套后成像测井检查固井质量均达到合格，固井强度与质量满足完井试油要求。

2.4.2超低密度水泥浆固井技术乌夏断裂带克百探区和凤城探区二叠系风城组呈现截然相反的地质特征，该区漏失层段多，下套管过程中因套管刮削井壁增加激动压力，易破坏井壁稳定性，引起下部裸眼段漏失，且井底温度平均达到99℃，封固段顶部与底部温差过大，对水泥浆强度影响较大。此外，克百探区水泥封固段地层破裂压力低，部分探井封固段地层压力低至1.10g·cm-3，固井时易发生井漏，造成水泥浆漏失低返[6]。通过室内试验，得到水泥浆配方如下：TH.G级水泥+24%～60%微珠+11%～35%微硅+4%～8%早强剂SW-1A+4%膨胀剂SNP+（4%～6%降失水剂ST900L+1.1%～1.5%分散剂SXY-2+0.4%～0.5%缓凝剂ST200R）+67%～83%液固比。克百探区BQ1井、BQ2井等探井现场实施过程中未发现漏失，水泥胶结质量较好，12MPa试压30min未降，固井质量合格，而邻井KB1井、FC011井在固井过程中均出现水泥浆漏失。

2.5高效钻井集成提速技术[7，8]

通过对乌夏探区地质参数进行分析，建立了地层岩石力学特征性剖面。P2w及以上地层以泥岩为主，可钻性级值小于5，岩石强度低，较适合PDC钻头钻进。针对K、J1b中下部地层，选择5刀翼、19mm切削齿钢体PDC钻头，J1b底部砾岩层选择6刀翼、16mm双排切削齿胎体PDC钻头，同邻井钻探情况相比，FN7井、AK1井等同层位使用PDC钻头机械钻速明显高于牙轮钻头。P2w、P2x及P1f3地层岩性变化较大，中上部地层为泥岩与泥质粉砂岩不等厚互层，下部地层岩石强度明显增大，可钻性级值处于4.5～6之间，可钻性变差。经室内模拟实验分析结合现场实钻情况，P2w、P2x及P1f3段地层使用扭力冲击器+6刀翼、16mm切削齿PDC钻头或Newdrill工具+6刀翼、16mm切削齿PDC钻头。现场应用结果表明，三叠系地层应用的6口探井平均提速2.42倍，单井节约工期9.5d，二叠系地层应用的2口探井平均提速2.71倍，单井节约工期17d。P1f2、P1f1地层可钻性级值为6～7.5，岩石强度高，研磨性强，属于硬脆性地层，因此钻探该地层选用涡轮钻具+孕镶金刚石钻头复合钻井技术，结合气基流体欠平衡钻井技术，与常规牙轮钻进相比，AK1井风二段提速46%，FN7井风一段提速119%，风城组钻井提速效果明显。

3　现场应用

根据乌夏探区地质条件和钻井特点，通过合理设计井身结构，应用欠平衡钻井技术和防漏堵漏抗盐侵钻井液体系，优选超高、超低密度水泥浆固井技术，推广高效钻井集成提速技术，有代表性地选择2011～2015年间技术攻关后5口探井与2010年前的5口探井进行技术指标对比。通过对比分析2010～2015年乌夏探区钻井技术指标，进行攻关后平均钻井周期缩短69d，平均复杂时率降低5.8%，平均机械钻速提高16.3%，平均月速度提高20.2%。根据现场应用效果可看出，采用该配套优快钻井技术后，钻井周期、机械钻速、月速度和复杂时率均优于技术攻关前，综合提速效果显著。

表3　配套技术应用前后钻井指标对比Tab.3Drilling technical index comparison before and after applying matching technology

4　结论及建议

（1）配套优快钻井技术在乌夏探区的应用，大幅度提高了机械钻速，缩短了钻井周期，降低了复杂时率，同时优选防漏堵漏抗盐侵钻井液体系，并通过优化井身结构大大节约了钻井成本，为钻井提速和加快乌夏探区的勘探步伐提供了有力保障。

（2）合理的井身结构设计，能有效封隔易垮塌层和易漏地层，增加处理复杂的应变能力，为后续安全钻进创造了条件。

（3）欠平衡钻井技术的应用，不仅能大幅度提高钻井速度，减少钻井过程中钻井液对地层的伤害，还可以避免井漏问题，减少压差卡钻等复杂的发生。

（4）正确选用水泥浆配方，优选固井技术，是古井质量达到优质的重要保证。

（5）通过地层岩石力学特性分析，建立了一套自上而下的适合乌夏探区各地层的辅助提速工具+钻头复合钻井技术，建议在乌夏探区进一步推广使用，加快乌夏探区的勘探步伐。

［1］杨明合，李维轩，刘颖彪，等.优快钻井技术在环玛湖凹陷斜坡区的应用［J］.石油化工应用，2013，33（3）：23-26.

［2］杨雄文，周英操，方世良，等.控压欠平衡钻井工艺实现方法与现场试验［J］.天然气工业，2012,32（1）：75-80.

［3］王劲松，亢德峰，蓝强.双聚磺胺基聚醇钻井液在渤南低渗油田的应用［J］.钻井液与完井液，2010,27（3）：51-54.

［4］邱春阳，秦涛，王宝田，等.准噶尔盆地中部4区块侏罗系井壁稳定钻井液技术［J］.钻采工艺，2015,38（5）：77-80.

［5］张伟，杨洪，蒋学光，等.快速钻井液技术的研究与应用—以准噶尔盆地车排子-中拐地区为例［J］.天然气工业，2012,32（2）：60-62.

［6］张伟，魏瑞华，杨洪，等.超低密度水泥浆固井技术的应用-以百泉1井为例［J］.天然气工业，2012,32（4）：69-71.

［7］刘志鹏，曾恒，周学军.适用于特定地层的PDC钻头个性化设计［J］.天然气工业，2013,33（3）：59-63.

［8］穆国臣，陈晓峰，王雪，等.松南地区深井钻井提速难点与对策［J］.石油钻探技术，2011,39（6）：19-22.

Research and application of the matching optimized fast drilling in wu-xia exploration area,junggar basin*

YANG Yun-feng，XIE Jian-an，XIN Xiao-liang，LIU Pei-xuan，SHEN Yan-qing，FU Lian-ming
（1.College of Chemical and Environmental Engineering,Yangtze University,Jingzhou,434023,China；2.Exploration Division of Xinjiang Oilfield Company,Petrochina,Karamay 834000,China）

Wu-Xia exploration area of Junggar is a complex formation with complex lithologies,changeable regional pressure,serious formation leakage and existence of gypsolith of Fengcheng formation,leading to poor drillability,low ROP and long drilling circle,which greatly hinders the exploration progress in Wu-Xia exploration area.Through a comprehensive analysis of drilling geological characteristics of this block,efforts have been made to tackle the technical difficulties in drilling acceleration,and a complete set of techniques have been developed for drilling acceleration through such measures as optimization of wellbore configuration,using underbalanced drilling and lost circulation prevention and salt-tolerant drilling fluid,optimizing slurry cementing and using integration technology of drilling.By comparing the analysis of tech-economic indication of drilling in Wu-Xia exploration area from 2010 to 2015,drilling period of the wells to which techniques have been applied was shortened to 69 d,and downhole trouble rate was down by 5.8%,and the average rate of penetration was up by 16.3%,and monthly drilling rate was improved by 20.2%.

Wu-Xia exploration area；optimal and fast drilling；well bore configuration；underbalanced drilling；oilwell cement slurry

TE22

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20161140

2016-08-13

中石油股份公司钻井科研项目“乌夏地区钻井提速配套技术研究与应用（2011XZQ-B-0002）”

杨云锋（1991-），男，硕士生，主要从事油田化学方面的学习与研究。