新疆油田吉25井区致密油探井钻井提速技术探讨

姜兴福，张茂林，徐新旗

(西部钻探准东钻井公司，新疆 昌吉 831100)

新疆油田吉25井区致密油探井钻井提速技术探讨

姜兴福，张茂林，徐新旗

(西部钻探准东钻井公司，新疆 昌吉 831100)

根据新疆油田吉25井区地质特征、钻井难点和钻井实施技术现状，从钻井工具、钻井液体系及配套钻井工艺等方面提出了相关钻井提速措施，即在三叠系以上井段采取优选PDC钻头并优化钻头组合等钻井提速技术；在三叠系以下井段采取多项钻井提速技术(包括使用个性化PDC钻头、采用自激振荡式旋转冲击钻井工具、实施自激式谐振多级脉冲射流钻井技术、实施PDC钻头+螺杆复合钻井提速技术)；优化钻井液(包括控制钻井液密度、滤失量和控制钻井液的抑制性和封堵性)；优化配套钻井工艺。现场应用表明，采用上述措施可以提高吉25井区钻井质量和钻井速度。

吉25井区；井身结构；机械钻速；个性化PDC钻头；钻井液

2011年新疆油田在准噶尔盆地东部勘探发现吉25井区二叠系平地泉组致密油藏，随着该地区勘探开发过程加快，陆续上钻了以二叠系梧桐沟组为主要目的层的预探井或评价井十余口，然而，在钻探过程中，三叠系-二叠系机械钻速慢，井壁易垮塌，而侏罗系和二叠系储层发育段易发井漏等，这不利于该区的安全快速钻井[1]。为此，笔者对新疆油田吉25井区致密油探井钻井提速技术进行了探讨。

1 构造地质特点

吉25井区位于吉木萨尔凹陷东斜坡区由东向西提升，二叠系岩性圈闭构造形态为一整体由西北向东南抬升的单斜，平面上大致呈“类长方形”展布，目的层芦草沟组井深变化大(2353～4400m)，由于烃源岩内部以夹层形式存在致密(白云质粉砂岩、泥质粉砂岩和灰质粉砂岩及碳酸盐岩)储层空间中，表现为地层结构复杂、裂隙发育和地层压力变化大，钻探实践表明压力系数为1.20～1.33,其地层软硬交错和地层倾角变化大。

2 钻井技术难点

2.1地层分布复杂

在探井实践中吉25井区地质剖面上复杂地层分布较多，新近系、古近系局部发育膏泥岩、膏岩层吸水膨胀、缩径，极易遇卡、遇阻，砂砾岩发育易漏失，进一步造成井壁垮塌。侏罗系西山窑组和八道湾组含煤层易发生垮塌卡钻及漏失现象，屯河组、西山窑组地层硬脆性泥岩易发生缩径、剥落和垮塌等现象。三叠系-二叠系泥岩吸水易造浆和垮塌，在钻井过程中容易出现挂卡和井壁垮塌等现象。三叠系下统烧房沟组、韭菜园组红色泥岩和二叠系梧桐沟组(P3wt)深灰色泥岩(伊/蒙混层粘土为主)易发生井壁垮塌，如区内吉17井,该井在井深2793m(P3wt2)、3036m (P3wt1)处发生井漏，在井深3045m产生井壁垮塌现象。

2.2机械钻速低

吉25井区三叠系以下地层岩性致密,硬度大，机械钻速低，极大影响了钻井周期，三叠系韭菜园组主要为泥岩，夹砂岩、泥质粉砂岩和细砂岩。二叠系梧桐沟组(P3wt)以灰色泥岩为主，夹泥质粉砂岩和细砂岩，中下部含砾，可钻性一般。芦草沟组主要为泥岩和夹砂岩，中上部少量含砾。由于地层岩性均质性差，夹层极多且含砾，在油藏凹陷斜坡区域内井深变化大，常规PDC钻头的适用性较差，牙轮钻头平均钻速1.53m/h，PDC钻头平均钻速1.38m/h，临井对比差异性大，钻头选型可比性较低。

3 钻井提速技术方案

3.1三叠系以上井段提速技术

根据已钻三叠系以上地层岩性优选钻头，具体措施如下:①减少刀翼数量以增大排屑面积，从而保证井眼清洁，这样在坚硬地层或软地层钻进时都能保持较高钻速[2]。②根据地层分析，采用高抗研磨、热稳定齿的PDC钻头。通过对四刀翼钻头PDC钻头进行个性化设计，在二开井段从新近系到烧房沟组地层使用1只牙轮钻头和2只四刀翼PDC钻头组合钻至中完井深。以吉33井为例，在该井使用PDC钻头钻套管附件，利用2只PDC钻头钻至中完井深进尺2100m，平均机械钻速12.78m/h，较区块平均机械钻速提高52.81%。

3.2三叠系以下井段提速技术

表1 吉25井区三叠系、二叠系个性化PDC钻头应用对比

1)使用个性化PDC钻头 三叠系地层主要以泥岩和中砂岩为主，夹细砂岩、泥质砂岩和泥质粉砂岩互层，岩石抗压强度在8000psi(1psi=6894.757Pa)左右，研磨性强,具有一定冲击性，因而采用少刀翼、高抗研磨和热稳定齿的PDC钻头以提高机械钻速(见表1)。

2)采用自激振荡式旋转冲击钻井工具 自激振荡式旋转冲击钻井工具利用井底水力能量增强钻头冲击力，从而优化井底流场，通过改善钻头和岩石受力状况以提高机械钻速。例如吉251井在二叠系梧桐沟组3374.13～3536m井段采用牙轮钻头的平均机械钻速为1.62m/h，而吉30井在梧桐沟组3235.03～3814m井段使用该工具+牙轮钻头钻进，平均机械钻速为1.97m/h，机械钻速提高约21%。

3)实施自激式谐振多级脉冲射流钻井技术 该技术的原理是组合使用脉冲接头和脉冲钻头，通过多次脉冲震荡叠加以提高射流瞬时冲击力，增加有效喷射距离和射流到达井底的瞬时水力能量，从而达到钻井提速的目的[3]。如吉251井三开开始下入自激式谐振多级脉冲射流接头+带脉冲喷嘴的PDC钻头钻完套管附件后后直接钻进，该钻头进尺336m，机械钻速2.09m/h，比该类型PDC钻头同井段机械钻速提高23%。

4)实施PDC钻头+螺杆复合钻井提速技术 在吉172H井采用该技术后，在二叠系梧桐沟组复合钻进时机械钻速最高达到12.36m/h，最高日进尺达138m，平均机械钻速3.23m/h，较直井相同层位机械钻速提高48.85%。

3.3优化钻井液体系

1)控制钻井液密度 吉25井区三叠系～二叠系地层坍塌类型如下：①强水敏性地层(蒙脱石含量高达80%以上)及钙、膏泥岩的水敏性坍塌；②由地应力引起的泥页岩地层硬脆性坍塌。要避免产生上述现象，控制钻井液密度是实现平衡压力钻井和保护油气层的关键。因此，在钻井过程中,应根据随钻检测到的地层压力合理选择钻井液密度。

2)控制钻井液滤失量 通过分析该区井眼情况、起下钻遇阻等情况，采取以下措施控制钻井液滤失量：在进入侏罗系井段滤失量不大于6ml；在三叠系和二叠系水敏性泥岩地层应选择滤失量低的钻井液，在揭开油气层前要调整钻井液性能并降低钻井液滤失量,以减小滤液对油气层的损害。

3)控制钻井液的抑制性和封堵性 为了控制钻井液的抑制性和封堵性，可以通过K+、Ca2+的复配使用以强化对井壁和钻屑的抑制作用。实际钻进中应将Ca2+浓度控制在400～600mg/L，而K+浓度应大于25000mg/L。补充CaO时采取逐步增多的方式，初次加入量控制在0.2%以内，最大加量不超过0.5%。钻进中以PMHA-2和KCl加强包被抑制，以SP-8、SPNH控制钻井液滤失量,以SMP-1、阳离子乳化沥青改善滤饼质量并增强滤饼的防透性，力争做到井下不阻不卡，保证钻井安全。

3.4优化配套钻井工艺

优化配套钻井工艺措施的具体内容主要包括以下几方面：①在煤层段和三叠系、二叠系泥岩井段控制钻进速度，防止抽吸和压力激动造成井壁失稳，提钻时灌好泥浆，防止井壁垮塌。②加强固控设备的使用，振动筛使用细目筛布80+100目，最大化清除有害固相，从而满足钻井液性能要求。③加强监控井身质量和短程提下钻措施，有效修复井壁以维护井壁稳定性。④针对不同地层，采取材料匹配等措施以提高防漏和堵漏效果。

4 结 语

针对新疆油田吉25井区的地质特点，分析了该地区的钻井技术难点，提出了相关具体措施，即在三叠系以上井段采取优选PDC钻头并优化钻头组合等钻井提速技术；在三叠系以下井段采取多项钻井提速技术(包括使用个性化PDC钻头、采用自激振荡式旋转冲击钻井工具、实施自激式谐振多级脉冲射流钻井技术、实施PDC钻头+螺杆复合钻井提速技术)；优化钻井液(包括控制钻井液密度、滤失量和控制钻井液的抑制性和封堵性)；优化配套钻井工艺。实际应用表明，采用上述措施可以提高钻井机械钻速。今后，应进一步优化钻井工程技术参数，在加强高压喷射钻井技术的基础上,在水平井小井眼钻井中继续开展“PDC钻头+减速涡轮”复合钻井技术试验[4]。

[1]周煜辉,赵凯民,沈宗约,等.小井眼钻井技术[J].石油钻采工艺,1994，16(2)：16-19.

[2]刘伟，李丽，潘登雷，等.陆相深井钻井完井技术[J].天然气工业，2008，28(8)：76-78.

[3]刘伟，李丽，吴建忠，等.川西地区须家河组致密气藏钻井提速新思路[J].天然气技术，2009，14(2)：34-36.

[4]谭春飞,蔡镜仑.利用涡轮钻具提高深井钻速的试验研究[J].石油钻探技术,2003，31(5)：30-32.

[编辑] 李启栋

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.12.029

TE242

A

1673-1409(2012)12-N090-02