照南区块钻井提速配套技术研究与应用

刘宗康

（西部钻探吐哈钻井公司，新疆 吐鲁番 838200）

近年来照南区块钻达下侏罗统完成井，平均井深3922.81m，钻井周期144.44 天，平均机速2.47m/h，平均月速816m/台月，事故复杂时效4.21%，钻井周期长，机械钻速慢，事故复杂率高严重影响该区块的产能建设和钻井提速工作，研究开发一套适合该区块钻井快速配套技术势在必行。

1 难点分析

照南区块实际钻井中，主要以第三系、中侏罗统七克台组、三间房组和西山窑组，下侏罗统三工河组和八道湾组及前侏罗系地层为主，钻井难点突出。

1）地层均质性差、夹层多，存在大段砾岩，PDC 使用受限，牙轮机速慢，使用数量多，单只进尺少，起下钻时间多。二开砂岩地层砂砾岩占70%，砾岩含量20%，平均机速3.08m/h，使用钻头12 只，单只进尺202.69m，起下钻时间201.57h。三开砂岩地层砂岩占75%，含少量砾岩，地层研磨性强，平均机速1.46m/h，使用钻头11 只，单只进尺96.54m，起下钻时间274.47h。

2）西山窑组及其以下地层煤层发育，煤层多且厚，胶结疏松，易坍塌，平均38 层，平均段长114m，最厚煤层26m，平均损失时间22.16h。

3）受山前逆冲推覆作用，下部侏罗统地层受到强烈挤压，形成褶皱地层，裂缝发育；地层岩性以砂泥岩为主，地层缝隙填充物以黏土矿物为主，水敏性强，井壁稳定性差，易井塌，事故复杂多发，平均损失时间107.09h，平均事故复杂率3.08%。

4）受山前构造影响，全井地层倾角大（0～50°），方位多变，自然造斜率高，采用常规井身质量控制方式效果差，前期井斜都有超标，井底位移平均118m。

2 提速配套技术研究

开展地层岩石可钻性研究，优选了个性化PDC 钻头、井下动力钻具，提高了机械钻速，减少了钻头使用数量，缩短了起下钻时间。

2.1 岩石可钻性研究

根据弹性波理论，岩石的声波时差取决于岩石的弹性模量、泊松比、岩石的密度等参数，其参数值的大小反映了岩石的强度、弹性及硬度，而地层岩石的可钻性与这些参数之间存在着内在的联系。

2.2 优选个性化PDC 钻头

二开井段选用抗冲击能力强的PDC 钻头。钻头采用5 刀翼设计，增大排泄槽，优化水眼布局，增强排屑能力；选用19mm 适合含砾地层快速钻进的PDC 复合片，中密度布齿；采用非同心布齿，增强钻头工作稳定性，提高钻头行程钻速。三开井段选用抗研磨性强的PDC 钻头。

2.3 优选个性化井下动力钻具

通常PDC 钻头与井下动力钻具配合使用，两者的匹配直接影响钻头使用效果，匹配合适能有效提高钻头使用时间和机械钻速。

2.4 开展煤系地层特征研究

优化了钻具结构、钻井参数，应用球形扶正器、随钻安全倒扣装置等安全钻井工具，形成煤层段安全钻进技术。

1）煤系地层特征

该区块煤层主要在侏罗系发育，埋藏深度在2600m～4200m，测井数据显示以低伽玛、高电阻，其上发育低速泥岩段为特征，一般厚度约5～15m，最厚可超过20m，平面分布稳定，在地震剖面上为一可连续追踪对比的强反射同相轴。

2）应用球形扶正器、随钻安全倒扣接头，优化煤层段钻具组合和钻井参数。

在钻井中引入了球形扶正器，该扶正器相比常规扶正器，扶正棱由80cm 缩短至40cm，扶正棱两端细中间粗，扶正器棱两端采用斜坡设计，采取该设计能减少小间隙井段，与井壁接触面积减少了50%，由面接触变为点接触，降低扶正器阻卡。

2.5 开展侏罗系下统地层岩性研究

优化泥浆性能，应用弱凝胶钻井液体系，预防井下事故复杂。

1）矿物组份分析

黏土矿物中伊/蒙混层含量较大，最大达至79%，混层比最大达到40%。

2）该区块下部地层受山前逆推覆影响，地层存在微裂缝，在钻井过程中经常出现井塌，造成井下遇阻划眼等复杂事故，因此建立地层三压力剖面，确定照南区块泥浆密度平衡地层坍塌压力是预防井下垮塌最有效的手段，通过随钻DC指数压力监测和测井数据计算，建立了照南区块三压力剖面。

3）应用弱凝胶钻井液技术

应用新型弱凝胶钻井液体系，优选流变性优良，抑制性及携砂、封堵能力强的弱凝胶主剂与辅剂。

配方：井浆+2.5%DBFT-201+2%MEG+1%YGC+1%SMT+0.5%BC-VIS+2%BC-BPG

2.6 开展地层自然造斜规律

防斜钻具组合研究，应用复合钻具组合配合无线随钻监测仪，随时监测井身质量，释放钻压，实现防斜打快。

1）地层自然造斜规律研究

根据前期地质测井资料显示，该区块上部齐古组-三间房组地层倾角在20～50°，自然方位240°，自然造斜率0.4°/30m；中部西山窑-三工河组地层倾角0～20°，自然方位40°，自然造斜率0.2°/30m；下部八道湾组：地层倾角0～20°，自然方位180°，自然造斜率0.2°/30m。上部地层倾角较大，自然造斜率较高平均达到0.4°/30m，中下部地层倾角相对要小，自然造斜率小在0.2°/30m 左右，但是自然方位变化较大，井眼走向不易掌握。

2）防斜钻具组合研究

3）应用复合钻具强化钻井参数

采用单弯双稳钻具组合，强化钻井参数，二开井段钻压由原来的60kN 强化到80～120kN，排量强化到50～58l/s，三开井段钻压由原来的40kN强化到60～100kN，排量强化到32～38 l/s。见表1。

表1 钻具结构与特点

3 应用效果

二开井段使用3 只钻头打完进尺，机速提高113.31%，使用数量减少75%，单只进尺增加298%，起下钻时间减少74%。应用优化后的煤层钻具结构和钻井参数平均钻遇煤层48.5 层，平均段长116m，平均最厚煤层26m，钻井中无复杂事故发生。应用新型弱凝胶钻井液体系，提高了泥浆的抑制性、防塌性、封堵造壁性，事故复杂损失时间减少96.38%，井眼扩大率降低35.76%。应用复合钻具结构配合MWD，释放了钻压，提高了钻井速度，有效控制了井身质量，复合钻进进尺占比提高89.33%，平均机械钻速提高132%，井身质量合格。

4 结语

通过地层岩石可钻性研究，优选的个性化PDC 钻头适应该区块地层，能有效提高机械钻速，减少使用数量。针对该区块煤层特点优化的煤层钻井钻具组合和钻井参数，能够有效预防煤层卡钻，对其他区块煤层钻井提供了有力的参考。