优快钻井技术在环玛湖凹陷斜坡区的应用

2014-12-24杨明合李维轩刘颖彪石建刚徐生江周鹏高

石油化工应用 2014年3期

杨明合，李维轩，刘颖彪，石建刚，徐生江，周鹏高，杨虎

（1.钻井工程重点实验室防漏堵漏技术研究室（长江大学），湖北武汉 430100；2.新疆油田公司工程技术研究院，新疆克拉玛依 834000）

玛湖凹陷是准噶尔盆地二级构造单元，环玛湖凹陷斜坡区勘探工作目标是进一步深化三叠系-二叠系不整合上下地层岩性油藏富集与高产规律，扩大百口泉组勘探成果，探索和拓展二叠系有利勘探领域，实现储量目标。凹陷斜坡区下部地层岩性和压力系统比较复杂，区域压力变化大，纵向多套压力系统并存，下部地层可钻性较差，在某些井段钻进时机械钻速低，井下复杂情况时有发生，致使钻井周期加长、钻井投资增大。

优快钻井技术是国内近几年提出并迅速发展起来新的钻井工艺技术。其主要研究内容是对各项钻井技术应用最优化理论，结合经济效益综合分析，确定各项钻井技术的最优匹配模式。综合应用优快钻井技术，可以显著提高钻井效率，加快新疆油田环玛湖地区勘探开发步伐，节约勘探开发成本。

1 环玛湖凹陷斜坡区地层钻井地质难点分析

（1）环玛湖凹陷斜坡区压力系统复杂，区域压力变化大。由夏72 井区、玛13 井区至玛北油田、玛南斜坡，储层百口泉组试油外推压力1.0～1.15 g/cm3上升到1.40～1.7 g/cm3，由玛西斜坡至玛东斜坡，地层压力逐步升高。

（2）环玛湖凹陷斜坡区纵向多套压力系统并存。地层压力上低下高，侏罗系及三叠系地层承压能力低，百口泉组及乌尔禾组储层安全密度窗口窄，若处于同一裸眼井段，钻井风险大，井身结构优化难度大。

（3）环玛湖凹陷斜坡区漏失层段多、漏失压力低，普遍存在漏失现象，防漏堵漏难度大。在白垩系吐谷鲁群组底部的砂砾岩、侏罗系西山窑组和八道湾组的煤层、二叠系克拉玛依组的砂砾岩等地层，漏失频繁。

（4）环玛湖凹陷斜坡区部分地层井壁稳定性差，制约井身结构优化。三工河组软泥岩、八道湾组砂砾岩、克拉玛依、百口泉组硬脆性泥岩易垮塌，造成钻井阻卡，水平井的井身结构优化简化难度大。

（5）环玛湖凹陷斜坡区侏罗系八道湾组底部普遍存在砾石发育，厚度100～350 m 不等，可钻性差。且克拉玛依组地层岩性横向变化大，纵向夹层多，砂砾岩粒径大小不均，制约PDC 钻头优选；储层百口泉组砂砾岩砾径大，平均厚度150～200 m，PDC 钻头突破难度大。

2 环玛湖凹陷斜坡区优化钻井配套技术

2.1 优化井身结构设计

合理的井身结构设计主要取决于对地层的岩性、地层压力及复杂层位分布等钻井工程因素的综合分析结果。根据环玛湖凹陷斜坡带地层压力系统分布规律研究结果，结合实际生产施工，环玛湖斜坡区井身结构优化设计逐步趋于成熟。玛湖凹陷玛北斜坡区域的井身结构简化演变过程（见图1），其井身结构简化设计基本规律为：针对20 世纪90 年代的玛北油田标准的三开结构，通过对技套下深进行优化，缩短了技套下深；然后从标准三开结构尝试二开井身结构，即Φ311.2+Φ215.9 mm 复合，预留一层技套，到最终简化为Φ241.3+Φ215.9 mm 钻头复合井眼。

图1 玛北斜坡区域的井身结构简化演变过程示意图

2.2 钻头类型优选

根据环玛湖地区已钻井使用的多种不同类型、尺寸的钻头，通过对钻头资料收集、整理、分析，从完钻井的钻头实际使用效果着手，以钻头进尺、纯钻进时间为最终评判结果，采用比能法对已使用钻头进行评价优选，使得钻头选型在定性基础上实现了定量化，既反映钻头的使用效果及使用条件，又综合反映了一只钻头在某一地层内的钻井效果。

比能计算公式为：

对于砂岩、泥岩地层系数A=6.23×10-3、B=9.818×10-3、C=0.086；对于灰岩地层则A=6.11×10-3、B=2.14×10-3、C=0.12。

式中：SE-比能，MJ/m3；W-钻压，kN；D-钻头直径，mm；N 转速，r/min；Tb-钻头扭矩，kN·m；R-钻速，m/h；P-钻头比水功率，kW/cm3。

通过计算，结合现场试验结果，逐步形成了一套适用与该地区的钻头序列。表1 给出了适用于环玛湖凹陷的优选钻头序列：上部井段采用6 刀翼、16 mm 双排切削齿PDC 钻头（FX65DX3）和5 刀翼、19 mm 双排切削齿PDC 钻头（FS2563BGZ），下部井段采用XJDBS的FS2563BGX3 型号PDC 钻头。

表1 适用于环玛湖凹陷斜坡区钻头优选结果

2.3 扭力冲击器提速技术

扭力冲击器配合PDC 钻头，能将钻井液的流体能量转换成扭向的、高频的、均匀稳定的机械冲击能量并直接传递给PDC 钻头，消除钻头粘滑现象，减少反冲扭力，有助于提高钻头的耐久性，延长钻头使用寿命。在夏91 井、玛15 井克拉玛依组砂砾岩地层，试验扭力冲击器+PDC 钻头，机械钻速比邻井提高2 倍左右，提速效果显著。试验对比效果（见表2）。

表2 试验扭力冲击器+PDC 钻头（三叠系克拉玛依组）试验结果

2.4 优化钻井液体系配方

根据环玛湖区块地层特征，对钾钙基聚磺钻井液体系中抑制剂、包被剂、降失水剂、封堵剂、润滑剂进行了评价及优选，通过不同处理剂组合、配方优化等100组室内评价实验，最终形成适合环玛湖区块的钻井液技术。

针对环玛湖区块漏失特征，对常用的随钻堵漏剂进行了评价及优选，通过不同加量的随钻堵漏剂的流变性及砂床评价实验可以得知，JCM-12、SD-601 对流变性影响最小、漏失量最少。通过常规堵漏技术研究，评价不同架桥离子的形状（颗粒、纤维、片状）、尺寸、强度（刚性材料和弹性材料）的合理匹配，形成的适合环玛湖区块的堵漏剂配方（4#），该配方对裂缝有较宽的适应性，可以封堵1～3 mm 的裂缝，并且能承压至7 MPa（见表3）。

加入随钻堵漏剂，可以形成具有一定强度的非渗透性屏蔽带，提高泥饼承压能力及防漏能力。现场应用23 口井，发生井漏6 井次，较攻关前漏失井率降低了27.25 %。通过应用桥塞堵漏技术，井漏复杂处理时间短，平均单井漏失量下降28.23 %、平均单井处理时间下降41.57 %。

3 优快钻井技术应用效果分析

在对地层压力、井壁稳定性及岩石力学特性综合分析的基础上，环玛湖凹陷斜坡区井身结构设计方案不断优化。通过不断强化钻井配套技术，优化钻头设计和不同区带攻关试验，优选出一套适用的钻头序列。应用环玛湖区块的防漏堵漏技术，钻井提速效果明显。攻关后，环玛湖斜坡带20 口直井平均机械钻速6.10 m/h，提高22 %；平均钻井周期83.17 d，缩短11.89 d；井下钻井复杂事故明显减少（时效为0.77 %）（见表4）。