彰武工区快速钻井工艺技术

2014-07-13俞宪生

钻探工程 2014年5期

俞宪生

(中石化东北油气分公司，吉林长春 130062)

松辽盆地南部的彰武断陷资源潜力巨大，随彰武2、3井的油气突破，已成为中石化东北油气分公司主力上产区块。钻井统计资料表明，受井斜、井漏、上部地层掉块、含砾岩段PDC钻头选型困难等诸多地质因素的影响，导致区域钻井平均机械钻速低，周期长，钻井提速困难。彰武区块要快速上产钻井提速势在必行，为解决这些影响钻井提速的问题，首先从认识地层入手，建立可钻性及三压力剖面，然后依据地层特性优选钻头、钻进参数、钻井液性能，配套相关工艺技术，最后推广应用优选和试验成果，以实现区域钻井整体提速。

1 彰武断陷地层特性

1.1 可钻性剖面的建立

结合前期地质工作，按行业规范，采用微钻法对收集的岩心进行岩石可钻性测定与分级(见表1、表2)。对比测定结果与实钻资料符合性，除义县组因所选岩心局限性导致测定结果偏差外，其它层段测定岩石可钻性与现场实钻资料符合率均在90%以上，建立的可钻性剖面具有工程使用性，符合使用标准，也为后续的钻头选型及钻井参数、钻井液优选提供了科学依据。

表1 彰武断陷岩石可钻性等级测定结果

表2 彰武断陷岩石可钻性等级测定结果

1.2 三压力剖面的建立

彰武工区为低压低渗易漏储层，且上部地层胶结性较差，为确定合理的钻井液密度、控制合适的漏失压差，利用已有声波测井资料求取漏失层的地层压力系数，实测沙海组、九佛堂组、义县组的地层压力系数分别为0.89、0.94、0.85。结合地质分层，采用伊顿法求取孔隙压力建立地层孔隙压力剖面;鉴于区域地层倾角较大，在考虑弱面的滑动摩擦系数的基础上，采用摩尔库仑准则求取地层坍塌压力(当量钻井液密度)建立地层坍塌压力剖面;结合区域岩石抗张强度很低，利用已有钻井、测试资料及实测破裂压力数据建立地层破裂压力剖面。

三压力剖面的建立(图1)，为确定钻井液漏失安全窗口，解决压差性漏失问题奠定了基础。

图1 彰武地区三压力剖面

2 影响快速钻井的因素分析

2.1 井漏

彰武断陷裂隙发育、地层承压能力低，井漏一般发生在沙海组与九佛堂组，地层垂直裂缝较发育，裂缝面粗糙、张开、无充填，存在多段漏失。

截止2012年底，有12口井在钻井或固井过程中发生了不同程度的漏失。其中，4口井钻进漏失，8口井固井漏失(见表3)。漏失多发生在1000～1900 m段的白垩系沙海组、九佛堂组和义县组，漏失形式主要为裂缝性漏失，实物岩心显示裂缝面粗糙、张开、无充填(见图2)。彰武3井井壁取心显示平行裂缝比较发育(见表4)，成像测井资料解释九佛堂组高导缝、高阻缝发育(见表5)，全井段高导缝倾向以北倾为主，走向东西向，倾角在65°以上，为高角度至垂直裂缝。

表3 彰武断陷2012年井漏情况统计

图2 岩心实物裂缝照片

2.2 井斜

彰武断陷地层呈东南高西北低向，电测资料显示地层走向基本保持在330°左右，且地层倾角较大(见表6)。针对易井斜段轻压吊打、机械钻速低、钻井周期长等问题，从导致井斜原因分析入手，提出了防斜纠斜试验方案，并取得了较好的现场应用效果。

表4 彰武3井井壁取心岩心段裂缝统计

表5 彰武3井成像高导缝统计

表6 彰武断陷地层倾角统计

2.3 地层的不均质性

阜新组、沙海组及九佛堂组普遍含砾，含砾层累计厚度660～680 m，岩性以灰色、杂色含砾泥岩及砂泥岩、砂砾岩为主。钻进时无论PDC钻头或牙轮钻头，如钻井参数选择不当极易造成崩齿、断齿等导致先期损坏，钻头的优选和优化难度大，高效钻头难以发挥作用。

3 针对性措施的研究

为解决彰武地区制约钻井提速问题，从优化钻井液性能入手，开展防漏堵漏、防斜打直、优选钻头等工艺技术研究和现场试验，经过数口井验证，取得了较好的试验效果。

3.1 堵漏工艺研究

3.1.1 漏失原因分析

造成彰武地区井漏主要原因，一是地层压力低，地层压力系数多在0.95～1.0之间，实钻钻井液密度多高于1.0 g/cm3，因地层承压能力低极易诱发漏失;二是天然裂缝发育，岩性和成像测井资料显示地层存在大量的天然裂缝，选择堵漏材料颗粒复配级差的难度大。

3.1.2 防漏堵漏试验

从降低漏失压差和堵漏材料级差复配入手进行防漏堵漏试验。2012年，在易发漏失的3井区试验了中空微珠低密度钻井液，控制钻井液密度＜1.05 g/cm3时基本不发生漏失。针对微裂缝性漏失或漏速＜5 m3/h时静止堵漏效果尚可;针对大于2 mm裂缝性漏失静止堵漏则完全失效;针对漏速＜5 m3/h的井使用5% ～6%随钻堵漏剂+2% ～3%复合堵漏剂的桥堵浆堵漏效果不太理想。采用段塞堵漏工艺技术试验的刚性堵漏材料(见表7)，彰武7井复配的刚性材料堵漏浆(颗粒级配C∶D=1∶1)，彰武3－3井复配的刚性材料堵漏浆(A、B、C、D四种刚性堵漏材料0.5 t，C、D二种刚性堵漏材料0.4 t)都一次堵漏成功。

表7 刚性堵漏材料颗粒等级与尺寸对比

据统计，采用刚性堵漏材料前，平均一次堵漏费时17.2 h，消耗堵漏泥浆45 m3;采用刚性堵漏材料后，平均一次堵漏费时0.21 h，消耗堵漏泥浆8.5 m3。

3.2 防斜工艺研究

3.2.1 井斜原因分析

地层倾角较大，地层均质性及常规钻具组合、钻进技术措施、操作技术等因素影响，是井斜的主要原因。

3.2.2 防斜纠斜试验

在大倾角地层，钟摆钻具、塔式钻具防斜试验效果不理想，只延缓了增斜速度，不能彻底防斜、纠斜;满眼钻具因上部地层坍塌掉块，易发生掉块卡钻，从作业安全考虑未进行试验。钟摆钻具虽然吊打有一定效果，但严重影响机械钻速，延长钻井施工周期。

典型的常规钻具防斜纠斜不理想，从提高防斜纠斜效果、提高机械钻速出发，试验应用了“螺杆+PDC”复合钻具。利用复合钻具转动时，下部轴偏移产生的离心力，改变钻头受力状况，以增加钻头降斜侧向力、钟摆力与离心力周期性的分离重合，产生周变性纠斜力来控制和纠正井斜。控制井斜效果比钟摆钻具稳定，防斜效果更明显，同时还可以获得更高的机械钻速，有效地解决了传统钟摆钻具小钻压、钻速偏低等问题。

“螺杆+PDC”复合钻具适用低钻压、高转速，相同进尺情况下，PDC钻头切削下井壁次数是常规钻具的2～4倍，实际上也就增加了复合钻具的防斜和纠斜能力。采用有限元法分析优化下部钻具组合，短钻铤由3 m调整为6 m后，钻头的侧向力更大防斜效果更明显。

3.3 钻头的优选

钻头优选的实质是比较钻头使用效果的优劣，一般把机械钻速、钻头进尺、钻头工作时间、钻压、转速、泵压、泵排量及井深等作为评价参数，把进尺、机械钻速、钻压、转速、比能等作为评价指标。采用上述方法将已完井钻头资料，按井眼尺寸及所钻地层等进行钻头评价(见表8)。为使各项指标在综合指数中产生正效应，将钻压、钻速、比能等参数采用倒数的形式。

表8 彰武断陷钻头、钻具优选序列

(1)第四系、孙家湾组岩性主要是风成沙、亚沙土、亚粘土，平均机械钻速高，可钻性好。统计分析综合指标最高的是HJT127G的滑动轴承金属密封特别保径牙轮钻头，综合指数为2.42，平均比能0.56 MJ/m3，平均进尺 179.2 m，平均机械钻速39.82 m/h。彰武3－1HF井GX52型PDC钻头，平均机械钻速25.13 m/h，仅次于HJT127G的机械钻速，钻井平均进尺201 m，钻进效果良好。

(2)阜新组岩性以杂色含砾泥岩、砂泥岩、砂砾岩为主，平均机械钻速较高，可钻性比较好。统计分析综合指标最高的是W644型PDC钻头，综合指数为3.51，平均比能1.87 MJ/m3，平均进尺803.4 m，平均机械钻速15.16 m/h。

(3)沙海组岩性以灰色、杂色砾岩和粗砂岩为主，夹薄层灰色细砂岩、粉砂岩以及泥岩为主，平均机械钻速波动较大，可钻性不稳定。统计分析综合指标最高的是 W644型 PDC钻头，综合指数为2.20，平均进尺最高536 m;其次是S5445型彰武钻头，综合指数1.97，平均进尺269 m。

(4)九佛堂组岩性以深灰色泥岩为主，夹薄层灰色粉砂岩和砂砾岩，平均机械钻速低，可钻性差，使用钻头较多。统计分析综合指标最高的是S5445型PDC钻头，综合指数为2.55，平均进尺145.38 m。

(5)义县组岩性以灰绿色安山岩、褐色安山岩、绿黑色安山－玄武岩为主，平均机械钻速低，可钻性差。统计分析综合指标最高的是HJ517G型牙轮钻头，综合指数1.29，平均进尺90.31 m，最高进尺122.61 m。