优快钻井技术在克拉美丽气田滴南地区的应用

2018-03-06辛小亮付超胜翟亚杰

天然气技术与经济 2018年1期

李君辛小亮付超胜翟亚杰

（中国石油新疆油田公司勘探事业部，新疆克拉玛依 834000）

0 引言

克拉美丽气田位于准噶尔盆地腹部陆梁隆起东南部的滴南凸起西端，是新疆油田公司发现的第一个大型气田。该气田分为4个气藏，目的层为石炭系火山岩，其中滴南凸起东抵克拉美丽山前，西连石西凸起，南临东道海子凹陷，北接滴水泉凹陷。因此从区域构造位置上看，克拉美丽气田的地形优势非常明显。随着地质认识的加深、地震资料的进步，在滴南凸起南带勘探取得显著成果。但目前阶段，克拉美丽气田滴南地区的实际钻井速度比较慢，事故复杂率比较高，导致钻井周期长、钻井成本高，严重制约着该地区的开发进度和经济效益。通过现场实际钻井情况，综合应用优快钻井技术［1-4］，可以显著地提高钻井效率，缩短钻井周期，加快区域勘探的步伐。

1 钻井难点分析

1）滴南地区地层软硬变化比较复杂，地层具有较强的研磨性，容易造成井下事故的发生。该地区的地层压力系统比较复杂，压力系数变化快，压力系数为1.2～1.6。

2）克拉美丽气田上层分布泥岩、安山岩以及凝灰岩，钻进时容易出现地层的缩径和漏失。下层石炭系主要以花岗岩为主，岩石的可钻性差，导致钻进速度较慢。

3）侏罗系主要是以泥岩和砂岩为主，地层承压能力低，易发生漏失，钻井过程中泥岩缩径比较严重，砂岩容易吸水，形成比较厚的泥饼；三叠系泥岩夹层多且容易造成卡钻，同时发育大套泥岩，岩石压实作用较好，但可钻性差，导致钻井速度慢。石炭系岩性以火山岩为主，裂缝较为发育，地层易漏［5］。

目前克拉美丽气田滴南地区的钻井平均机械钻速慢，钻井周期长，开发成本高，严重影响开发的速度和效益。

2 优快钻井技术

2.1 优选个性化PDC钻头

通过对克拉美丽气田周缘邻井资料的分析，可以看出该区域整体所钻井的机械钻速不高［6］。为了加快钻井进程，提高钻井效率，各油田普遍采用PDC钻头进行钻井。PDC钻头具有很高的硬度和耐磨性，能够在低钻压、高转速下取得高钻速和高进尺［7］。如表1所示是滴南地区5口井的钻井时效统计表，从表1中可以看出，全井平均机械钻速在4 m／h左右，平均工期在100 d左右，而PDC钻头占有率平均不到50%。针对机械钻速不高的问题，根据不同层段的地层岩性特征优选个性化PDC钻头在石炭系开展提速试验，大胆尝试PDC钻头在石炭系的使用。

该地区上部白垩系、侏罗系地层可钻性高，为了加快钻井的速度可以采用个性化PDC钻头，争取实现两趟钻。结合上部地层岩层岩石特性选用窄刀翼大排泄槽，提高钻头防泥包能力；针对砾石夹层，选用优质H3复合片，提高钻头抗冲击性，为提高机械钻速，选用五刀翼19 mm齿提高钻头攻击性；最终确定选用DBS钻头SF55H3。SF55H3钻头的设计特点为：① 5刀翼16 mm主切削齿，H3系列切削齿，具有优异的抗冲击性和抗研磨性；② 钢体钻头，中密度布齿，攻击性较强；③ 大刀翼大排屑槽设计、三主刀翼两副刀翼设计；④ 低螺旋度刀翼，长保径设计；⑤ 水眼优化布局，利于钻头冷却和岩屑排出；⑥ A-B涂层防泥包设计。

通过优选个性化PDC钻头，第二次开钻成功实现两趟钻，二开段机械钻速提高50%，单趟钻进尺提高1.5倍，二开段工期节约15 d。如图1所示是克拉美丽气田二开段单趟进尺对比图，DT1井和M6井利用优选的钻头，单趟进尺明显高于DX241井和DX26井，钻井速度得到显著提高。

表1 滴南地区钻井时效统计表

图1 克拉美丽气田二开段单趟进尺对比图

2.2 多维扭力冲击器提速技术应用

该地区二叠系、三叠系大段泥岩或砂泥岩互层，可钻性差。从邻井资料来看，机械钻速普遍偏低。针对这一现状，在M6井、M5井和DQ1井成功应用多维扭力冲击器提速工具（3DXC），取得明显效果。3DXC通过轴向脉冲射流给钻头施加轴向冲击力，通过旋转脉冲射流给钻头施加圆周方向冲击力（扭转冲击），从而提高钻头破岩效率，抑制钻头粘滑振动，延长底部钻具的寿命。通过3DXC＋PDC钻头提速措施的应用，二叠系、三叠系的钻井机械钻速大幅度提升，大大缩短了各井的施工周期。如图2是克拉美丽气田各井二叠系、三叠系钻井机械钻速对比图，从图2中可以看出，将多维扭力冲击器提速工具结合PDC钻头运用于M6井、DQ1井和M5井，机械钻速得到了明显提高。

图2 克拉美丽气田各井二叠系、三叠系钻井机械钻速对比图

石炭系地层岩性为火山岩，裂缝较发育，地层易漏。根据邻井实钻资料的分析，石炭系钻井机械钻速普遍偏低，尤其石炭系进尺较多时，钻井机械钻速进一步降低。在首轮实施的DT1井，通过在石炭系中上部采用提速工具＋PDC钻头提速，平均机械钻速达到4.4 m／h。在后续实施井中，石炭系中上部采用提速工具＋PDC钻头或采用PDC钻头提速，中下部采用长寿命高效牙轮，提高行程钻速。如表2所示是滴南地区石炭系钻井机械钻速和钻头选型对比表，通过表2可以看出，石炭系中上部提速效果显著，2015年邻井平均机械钻速为1.96 m／h，2016年实施井平均机械钻速为3.23 m／h，提速65%；2015年中部下部邻井平均机械钻速为0.91 m／h，2016年实施井平均机械钻速为1.2 m／h，提速24%，提速效果显著。

表2 滴南地区石炭系钻井机械钻速和钻头选型对比表

2.3 优化防漏堵漏技术

本地区石炭系地层压力系数低、火成岩厚度大，裂缝发育，极易发生井漏。如表3所示是克拉美丽气田山前石炭系井漏统计情况。从表3中可以看出，该地区钻井液的漏失量是比较大的，必须采取相应的防漏堵漏技术来降低井下漏失风险。钻井液配方为：4%坂土＋0.2%Na2CO3＋0.3%KOH＋0.8%JT888（SP-8、MAN101）＋ 0.8%PMHA-2（MAN104、FA367）＋0.7%复配铵盐＋2%SMP-1（粉）＋1.5%SPNH＋1%低荧光润滑剂＋3%～5%磺化沥青粉（阳离子乳化沥青）＋2%TP-2（JCM-12、TP-6、YLXD、BAM-2、YB-1、GDJ-IV）＋1%ZL＋2%QCX-1＋重晶石。钻进中K+浓度控制在大于25 000 mg／L，Ca2+浓度控制在300～600 mg／L。CaO的补充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%。在钻井液中加入随钻堵漏剂（TP-2、JCM-12、TP-6、YLXD、BAM-2、YB-1、GDJ-IV）颗粒或纤维2%～3%、胶凝剂（如1%ZL或0.5%APSORB-1、ZND）、凝胶纤维剂等，提高钻井液的防渗漏性，对地层的微孔、裂缝进行先期封堵。

表3 克拉美丽气田山前石炭系井漏统计表

根据以往随钻堵漏的经验［8］，在钻井液中随钻加入缔合型变形活塞凝胶堵漏剂APSORB-1防漏效果明显。根据室内实验研究评价结果表明，在钻井液中加入4%的YB-1或在其他防漏、堵漏措施中配合加入YB-1都可明显缩短提高地层承压能力所需的时间。钻井中一旦发生井漏，应根据漏失情况和漏失特点，采用不同比例和不同浓度的桥堵浆对漏层进行及时、有效的桥塞封堵。

根据钻井液漏失速度可采取相应的技术措施，当漏失速度小于等于5 m3／h时，采取起钻静止堵漏；高坂含坂土浆＋3%～5%综合堵漏剂。当漏失速度大于5 m3／h且小于15 m3／h时，使用10%～12%堵漏剂（综合堵漏剂、核桃壳、云母、锯末等），若一次不成功，视堵漏效果可调整配方反复堵1～2次。当漏失速度大于等于15 m3／h且小于等于25 m3／h时，使用10%～15%堵漏剂（综合堵漏剂、核桃壳、DF-1、云母、锯末等），若一次不成功，视堵漏效果可调整配方反复堵1～2次。当完全性漏失时，使用0～15%浓度的桥浆堵漏，其堵漏剂为2%综堵＋2%～3%核桃壳（3～5 mm）＋6%～10%KZ系列的桥浆堵漏，成功后进行承压（原则上要有5～10 m3堵漏钻井液挤入地层）。

3 现场应用效果分析

在对地层压力、岩石可钻性以及岩石力学特性进行综合分析的基础上，对克拉美丽气田滴南地区钻头防漏堵漏技术进行了不断的改进和优化。通过不断优化钻井配套技术，优选出适用的个性化PDC钻头，采用了特殊的提速辅助工具多维扭力冲击器配合PDC钻头进行钻进，提速效果明显。克拉美丽气田近两年各井施工对比见图3，从图3中可以看出，对比2015年实施的DX1井、DX17井、DX26井以及DX241井的几口井，2016年通过优快钻井技术在该地区M6井的应用，使得钻井周期大大缩短，节约了钻井成本。2015-2016年克拉美丽气田滴南地区所钻井的综合效果对比见表4。从表4中可以看出，较2015年，2016年克拉美丽气田滴南地区所钻井的完钻周期缩短、平均机械钻速大幅提升，其中M6井由开钻至完钻仅用了45 d，平均机械钻速达9.05 m／h，较往年提速72%，取得了本区块的新突破。

图3 克拉美丽气田各井施工对比图

表4 克拉美丽气田钻井综合效果对比表

通过合理选用钻头，三牙轮与PDC钻头优化搭配，DT1井使用单只钻头的进尺达2 176 m，机械钻速为12.57 m／h，顺利穿过三工河组多套含砾砂岩和八道湾组砂砾岩层，第二次开钻工期较邻井有了明显的缩短，较设计提前13 d完钻。石炭系使用单只钻头的进尺均在300 m以上，机械钻速达4.4 m／h，较邻井使用三牙轮钻头机械钻速得到了很大提高，为本区块石炭系使用PDC钻头钻井提速起到了良好的示范效果。