吐哈盆地深层天然气井优快钻完井技术

徐丽琴

（中国石油吐哈油田分公司工程技术研究院，新疆鄯善838202）

吐哈盆地深层天然气井优快钻完井技术

徐丽琴*

（中国石油吐哈油田分公司工程技术研究院，新疆鄯善838202）

胜北、红台、巴喀等区块是吐哈油田天然气上产的重点领域，从分析红台、胜北、巴喀等天然气建产主要区块钻井难点出发，开展天然气领域复杂岩性剖面全新钻头设计、新型防卡钻具组合、煤层安全钻井等技术攻关，并在50口井进行试验及推广应用，实现了复杂天然气藏钻井提速突破。

天然气；钻头设计；储层保护；优快钻井

胜北、红台、巴喀等区块是吐哈油田天然气上建产重点领域，受一系列瓶颈问题的制约，该领域前期钻井速度慢、周期长、开发效果差，钻井技术不能满足天然气快速建产的紧迫需求，主要技术难点表现为：胜北白垩系地层厚层大粒径砾石发育，前期钻井PDC钻头使用受限导致钻井速度慢。红台上部地层井壁稳定性差，易发生憋、卡等复杂，硬脆性泥岩发育导致机械钻速慢；巴喀地层倾角大井身质量控制难、煤层发育复杂事故多、下部致密砂岩钻速慢。

1　区域钻井难点分析

（1）胜北区块中部地层1700～2450m砾石发育，可钻性较差、研磨性较强，常规PDC钻头使用效果差，采用牙轮钻头钻进以及引起的起下钻施工影响整体钻井施工效率。

（2）红台水平井钻井由于储层的不连续性，实现长水平段钻井需穿越150～250m泥岩，目前钻井液体系穿越泥岩主要采用提高密度措施，但上部漏层和水平段易塌层泥岩处于同一裸眼，高比重防塌与漏失的矛盾突出。同时由于水平段频繁轨迹调整（每口井2～3次），导致上部泥岩段浸泡时间过长，超过坍塌周期（一般在35d左右），出现不同程度的垮塌现象，形成不规则井眼，大肚子井段环空钻井液返速降低，导致携砂困难。

（3）巴喀区块构造地质条件复杂，受煤上地层倾角大（40°～70°）、中下部地层煤层发育（最长跨度2243m、最大累计厚度252m、最多层数84层、单层最厚73m）等因素影响，钻井过程中煤上防斜打快与煤层安全钻井问题突出，最终导致煤系地层钻井速度慢、钻井周期长，严重制约了山前带勘探开发进程。

2　钻井提速配套技术

2.1全新PDC钻头优化选型

针对各区块钻井难点及地层特征提出PDC钻头设计思路：①胜北——大粒径厚砾石：设计双排齿PDC，提高攻击性与切削效率。②红台——硬脆性泥岩：超宽流道，深排屑槽，避免泥包；大螺旋、斜刀翼，主动切削地层；冠部头型更尖锐，超强攻击性。③巴喀——致密砂岩：保径为碳化钨合成块与PDC镶嵌齿混合。切削齿多空间多角度小尺寸切屑齿布齿；全角度深度滤钴抗高温复合片。

（1）500～2000m井段：岩性以泥岩为主、夹薄砂砾岩，针对其地层松软、可钻性好的特征，优选8-1/2″EM1905ESGU或9-1/2″SD9531ZC型PDC钻头，采用五刀翼、Ø19mm主切屑齿、较高抛物线设计，确保较强攻击性的同时具有一定的穿砾石夹层能力。

（2）2000～3200m井段：岩性以杂色砂砾岩、棕红色泥岩不等厚互层为主，针对其地层可钻性较好、白垩系存在厚砾岩的特征，优选8-1/2″MD6645A或MD6651A型PDC钻头，采用六刀翼、Ø16mm主切屑齿、较低抛物线设计，重点强化砾岩穿越能力。

2.2动力钻具优化改进研究

通过改进螺杆制造工艺、物理特性，推行按需订制模式，使其具有更长的井底工作寿命和更高的钻进工况匹配度。丰富了螺杆钻具品种系列，改变了以前类型单一，选择性、适应性差的局面，起下钻频次大幅下降，施工效率大幅提高。

传动轴由以前传统的花瓣式升级为新型高强度密封球式，提高传动轴和动力钻具整体寿命和安全性；瓣比由以前的5/6中速螺杆钻具为主优化为以7/8中低速为主，增加输出扭矩；螺杆选用级数增至5～6级，以进一步增强输出动力；根据待钻工况需求确定稳定器的类型、加量及配合尺寸。

（1）扶正器类型选用三瓣式偏心直棱稳定器，如图1所示。

图1　动力钻具配合稳定器优化调整

（2）如果需要强力增斜，则选用只附下稳定器的螺杆，且尽量保证下扶正器尺寸满眼；如果需要强力稳斜，则选用附上下双稳定器的螺杆，且稳定器的尺寸以下稳定器稍小为宜；如果需要降斜，则选用只附上稳定器的螺杆，或不附稳定器的螺杆。

2.3新型防卡钻具组合设计

（1）针对北部山前带大段易坍塌煤系地层，优选螺杆钻具复合钻进方式，一方面减少上部钻具的转动和磨损，更重要的是减少对井壁的碰撞，提高了钻具的安全性。为进一步提高螺杆钻具的防卡能力和使用寿命，对螺杆钻具进行了改进。

（2）煤层段优选“0-1”钻具组合（如图2所示），可有效实现煤层稳斜钻进，避免大井斜穿越煤层，确保煤层安全钻进。

其钻具组合为：Ø215.9mm钻头+Ø210mm直棱非对称稳定器+Ø165mm单弯螺杆（0.75°）+Ø212mm螺旋稳定器+Ø159mm螺旋钻铤×15根+柔杆+Ø159mm随钻震击器+Ø127mmHWDP×9根+Ø127mmDP。

2.4煤层安全钻井对策

图2　防卡稳斜钻具组合

煤体破碎、塑性、水敏膨胀性、应力集中和地层倾斜等客观因素是煤岩井壁失稳的前提，泥页岩的膨胀推挤作用和格档效应是泥页岩与煤岩相互作用的具体表现，北部山前带煤层分布广，单层厚度大，增加了井下复杂情况出现的机会。要解决煤层井壁失稳问题，应该从以下几方面入手：

（1）必须选择合适的钻井液体系和最佳的钻井液密度。钻井液必须具有快速、牢固封堵煤层裂缝的功能，良好的泥页岩抑制性和造壁性；最佳的钻井液密度，既能平衡井壁的应力，又能在起下钻过程中防止煤岩解体、煤层坍塌事故的发生。

（2）由于吐哈盆地煤层多为煤岩与泥页岩交互存在，其厚度多为薄—中厚煤层，所以钻井液必须对泥页岩具有抑制性，同时也能抑制煤岩中的粘土矿物，对泥页岩裂缝有良好封堵效果，又不会使泥页岩过度膨胀挤压煤岩促使煤层坍塌。

（3）煤岩破碎，井内压力波动、水力冲击、震动会导致煤层瓦斯解析，加速煤岩解体。钻井工艺上必须减小井内压力波动，降低水力冲击，减少钻具在井内的径向运动。在钻进过程中，适当降低钻机的转速，控制起、下钻速度，减少钻具旋转和压力波动对煤层井壁稳定性的影响。

（4）在山前构造带区域，由于煤层多，单层厚，应力集中和地层倾斜等客观因素，增加了井下复杂和事故出现的几率，在钻进中应制定更加详细和有针对性的技术措施，采取降低钻速、缓慢释放煤层应力，并反复划眼修整井壁，及时挤碎并带出井下塌块等措施，确保上部井壁稳定和下部钻进安全。

3　现场应用情况

在胜北、红台及巴喀等区块现场试验和推广应用50井次，其中胜北区块推广应用47井次，钻井周期由53.67d缩短至32.29d，缩短39.8%；机械钻速由6.27m/h提高至10.27m/h，提高63.8%；钻头用量由7.67只减少至5.21只，减少32.1%；复杂事故时效由6.35%降低至2.06%，降低67.6%。巴喀区块钻井提速试验1井次，通过近年来持续攻关，巴喀致密气钻井不断实现新跨越。该井钻井周期52.63d，机械钻速5.66m/h，刷新巴喀地区钻井周期最短、机械钻速最高2项记录。红台区块直导眼提速试验1井次，钻进周期由55.44d缩短至28.83d，缩短48%；机械钻速由6.15m/h提高至8.46m/h，提高37.6%；钻头用量由8只减少至6只，减少了25%。创红台区块最快钻井记录。

4　结论与认识

通过开展优快钻完井技术攻关，研制的新型PDC钻头成功突破胜北白垩系厚砾岩、红台硬脆性泥岩PDC应用瓶颈，首次实现胜北二开全程PDC复合钻井，刷新红台区块最高单只进尺记录1814m，创钢体PDC钻头成功应用先例。研发新型防卡钻具组合，制定煤层安全钻井技术规范解决了巴喀区块大段巨厚煤层安全钻井难题，实现天然气领域钻井速度大幅提升。

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TE2

B

1004-5716（2016）07-0039-03

2016-03-17

2016-03-21

徐丽琴（1981-），女（汉族），四川眉山人，工程师，现从事钻井工艺技术研究工作。