准噶尔盆地玛东斜坡区钻井提速配套技术

辛小亮，李君，翟亚杰，付超胜 (中石油新疆油田分公司勘探事业部，新疆 克拉玛依 834000)

曾东初 (长江大学石油工程学院，湖北 武汉 430100)

准噶尔盆地玛东斜坡区整体构造为一西南倾的单斜，局部发育鼻状构造，储层岩性主要为砂砾岩、中粗砂岩。砾石多呈次圆状，分选性差，砾石成分较复杂[1]。随着勘探开发技术的不断发展，机械钻速低，钻井周期长，井下复杂事故时间长等原因，一直制约着玛东斜坡区油气开采的进度。为了加快石油开采的速度，降低钻井成本，提高经济效益，国内外专家学者对如何提高钻井速度的技术方法做了大量的研究[2～5]。结合玛东斜坡区钻井地质特点、工程难点以及邻井实钻情况等分析，摸索出了适合玛东斜坡区钻井提速配套技术。通过优选高效的PDC钻头，优选防漏堵漏钻井液体系，改进常规的扭力冲击器，提出了适合该地区特殊的辅助提速工具——多维扭力冲击器，使钻进速度更快，钻井周期更短。

1 钻井提速的难点分析

1.1 地层可钻性差、易井漏

白垩系及以上部地层可钻性较好，进入克拉玛依组地层由于岩性突变，含砾石层增多增厚，在钻进过程中容易使得钻时变慢。但进入侏罗系八道湾组砂砾岩对PDC钻头磨损较严重，在八道湾地层承压能力低，夹层较多，有大段多段煤层出现，在钻进时容易出现井漏。

1.2 岩性复杂

白碱滩组地层含大段泥岩，容易吸水膨胀；三叠系百口泉组储层岩性主要为砂砾岩、中粗砂岩。砾石多呈次圆状，分选性差，砾石成分较复杂；黏土矿物主要由伊-蒙混层、绿泥石、高岭石和伊利石组成。目的层可能具有一定的弱水敏和速敏。因此在钻井过程中，会影响井壁的稳定性。同时，该储层砂砾岩发育，不利于PDC钻头钻进，机械钻速低，PDC钻头选型困难。

1.3 压力系统复杂

根据钻井及测井等相关数据分析，玛东斜坡区三叠系白碱滩组以上地层不存在压力异常，从白碱滩组及以下地层普遍存在异常高压，抗压强度低，地层承压能力低，在钻进过程中容易发生井漏。白碱滩组与下乌尔禾组压力系数相差大，高密度泥浆易造成上部层段井漏。根据对地层的岩性、产状等特征的分析，三叠系及以下地层易发生缩径、垮塌。

2 钻井提速配套技术

2.1 优选高效PDC钻头

图1 单只钻头进尺和机械钻速

图2 玛东斜坡区八道湾组机械钻速对比

侏罗系八道湾组含砾石，可钻性差，对PDC钻头损伤极大，进入八道湾组后机械钻速明显变慢，一般的PDC钻头无法穿过砾石层。因此，在快速钻进过程中，针对如何提高机械钻速，减少因钻头问题的起下钻这一难题，实时分析现场情况，不断进行工艺参数的优化。根据该地区单只钻头进尺和机械钻速(图1) ，经过优选得到了适合八道湾组的高效PDC钻头SF56H3、SF55H3。通过测试，5刀翼19mm主切削齿、“H3”系列切削齿，具有优异的抗冲击性和抗研磨性；水眼的优化布局，有利于钻头冷却和岩屑排出。

通过优选钻头，优化参数，成功地使用高效PDC钻头钻穿砾石层，大大节约了钻头成本，而且减少了起下钻时间，缩短了钻井周期。达14井使用高研磨性、强攻性、双排齿的SF56DH3钻头，首次成功使用PDC钻头穿越八道湾组底砾岩。如图2所示，利用优选的高效PDC钻头，减少了提下钻时间，提高了行程钻速，在该地区使用效果明显。达15井在八道湾组钻进的机械钻速达到5.09m/h，较往年达13井提速70%，为该区块最快，用56d打到完钻井深，创区块新指标。

2.2 多维扭力冲击器工具提速技术

在钻进过程中，PDC钻头主要是依靠钻头上的齿轮对岩石进行剪切破坏。当钻遇到比较硬的地层时，PDC钻头容易出现憋压卡停，导致不能继续钻进，从而延长了钻井周期[6～8]。利用多维扭力冲击器并配合PDC钻头使用，能够增加PDC钻头切削齿吃入地层深度和岩石的破碎速度,抑制或缓解PDC钻头在破岩过程中粘滑现象，延长钻头使用寿命，增加钻头进尺，缩短钻井周期[9]。图3是多维扭力冲击器的结构示意图，该装置分别由自激振荡器、射流加旋装置以及冲击传递杆等几部分组成。其工作原理是由自激振荡器和射流加旋装置形成的旋转脉冲射流，能够产生有效的扭转冲击作用，同时与轴向脉冲射流产生的轴向冲击联合作用，达到多维冲击的效果。其轴向冲击力可以达到25～42kN，扭转冲击力可以达到1.2～2.7kN，冲击频率达到600Hz，可以在砾岩储层中得到很好的利用，有效地提高了机械钻速。

图3 多维扭力冲击器的结构示意图

图4 玛东斜坡区二开单只钻头进尺与平均机械钻速对比图

多维扭力冲击器可以与普通PDC钻头配合使用，也可以和螺杆钻具配合使用。利用多维扭力冲击器提速工具配合PDC钻头钻进，可以减少钻头泥包，提高钻头的破岩效率，使得提速效果非常明显。图4是玛东斜坡区二开单只钻头进尺与平均机械钻速对比图，达15井在二开段采用多维扭力冲击器提速工具+DBS钻头，提速效果显著，平均机械钻速最高达到11.3m/h。

表1列出玛东斜坡区三开进度相近井的钻头工具使用数据。玛中2井、达12井、达14井、达15井在三叠系白碱滩组(T3b)地层使用多维扭力冲击器提速工具+DBS钻头，与达13井不用提速工具相比较，提速效果明显。玛中2井、达12井、达15井进入克拉玛依上亚组(T2k2)段在使用多维扭冲工具后机械钻速提高明显，而达14井不使用多维扭力冲击器，在进入克拉玛依上亚组(T2k2)、克拉玛依下亚组(T2k1)段机械钻速明显较低。

2.3 钻井液体系优化

玛东斜坡区是新疆油田重点勘探领域。通过对该地区已钻井的施工情况分析，二开段容易发生井漏，施工中需要严格控制钻井液密度，常规的钻井液体系已不能满足油田现场的施工要求。目前新疆油田主要采用抑制性较强的钾钙基聚磺钻井液体系[10]，其钻井液体系的主要配方为：4%膨润土+0.2%Na2CO3+9%KCl+0.5%NaOH+0.8%降滤失剂 SP-8+0.7%复配铵盐+0.8%包被剂FA-367+2%磺化酚醛树脂SMP-1+1.5%褐煤树脂SPNH+3%～5%磺化沥青干粉(阳离子乳化沥青)+1%低荧光润滑剂+2%随钻堵漏剂+0.5%CaO+2%超微细碳酸钙QCX-1+1%封堵剂WC-1+重晶石(配方中的百分数为质量分数)。采用该钻井液体系能够更好地预防井漏，钻进中以SP-8、NPAN降低钻井液滤失量，包被剂PMHA-2配合KCl、CaO提高钻井液的包被抑制能力，阳离子乳化沥青、SMP-1、SPNH改善钻井液泥饼质量，低荧光润滑剂提高钻井液的润滑能力。一方面加足KCl，保持合理的Ca2+质量分数，提高钻井液抑制性，减弱岩层的水化分散；另一方面使用大、中分子聚合物复配抗高温树脂类材料，严格控制钻井液高温高压滤失量，同时加入乳化沥青、超细碳酸钙及其他封堵材料，强化防塌性能。表2是玛东斜坡区4口井钻井液的性能参数。通过对该4口井钻井液性能参数的分析，钻井液各项性能均能满足井下需要，井眼稳定，无事故复杂，为安全快速钻井提供了良好的保障。

表1 三开T3b、T2k2、T2k1地层钻头工具使用数据表

表2 玛东斜坡区几口井钻井液性能参数

3 现场应用

表3 玛东斜坡区主要钻井指标对比

根据玛东斜坡区地质条件和钻井特点，通过优选个性化钻头，改进钻井液体系配方，使用辅助提速工具等技术措施的实施，自进行玛东斜坡区钻井提速攻关以来，玛东斜坡区共有16口井应用了提速配套技术，各井的技术指标均大幅度提高，平均工期较设计提前10d，比邻井工期提前了34d；平均机械钻速由原来的4.02m/h提高到5.92m/h，提高了48%。该区块已经摸索出了一套具有较强适用性的钻头序列，初步形成了玛东斜坡区配套的钻井提速技术。表3是准噶尔盆地玛东斜坡区近3年主要钻井指标的对比。通过对比分析可以看出，钻井周期、机械钻速等钻井技术指标都优于攻关前，提速效果较为显著。

4 结论

1)通过对工艺参数的不断优化，优选个性化的钻头，首次成功使用高效PDC钻头穿越八道湾组底砾岩。达15井八道湾组钻进机械钻速达到5.09m/h，全井使用钻头6只，全井PDC钻头占有率达60%。

2)采用抑制性较强的钾钙基聚磺钻井液体系在玛东斜坡区的应用，通过控制钻井液的密度、滤失量、pH值等，使其具有良好的携带岩屑、支撑井壁的作用，实现了安全快速的钻井，能更好地预防井漏，有效地保护了油气层，从而保证安全钻进。

3)玛东斜坡区采用多维扭冲+PDC钻头，在三叠系提速效果明显，其中达15井在采用提速工具后机械钻速达到5.28m/h。

4)玛东斜坡区共有16口井应用了提速配套技术，各井的技术指标均大幅提高，平均工期较设计提前10d，比邻井工期提前了34d；机械钻速由邻井的4.02m/h提高到5.92m/h。通过对现场提速工艺技术的研究，初步形成了适应玛东地区配套的钻井提速技术。

[参考文献]

[1]王海涛，张伟，王国斌，等.准噶尔盆地环玛湖凹陷钻井提速技术[J].石油钻采工艺，2014，36(4)：30～33.

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[10]乔东宇，段利波，张蔚，等.钾钙基聚磺钻井液在滴403井的应用[J].新疆石油科技，2008，18(2)：27～28.