吐哈三塘湖盆地石炭系钻井提速技术研究与应用

摘 要：吐哈三塘湖盆地是吐哈油田增储上产的主要区块之一，盆地石炭系地层岩性复杂，在钻井过程中，因石炭系地层机械钻速低、井塌、井漏等事故复杂导致区块平均钻井周期长。通过开展钻速提升、井下安全技术研究，设计优选个性化PDC钻头、提速工具，优化钻井液防塌、防漏性能，形成一套三塘湖油田石炭系地层钻井提速技术，达到提高机械钻速、降低事故复杂时效、缩短钻井周期的目的。

关键词：三塘湖盆地;石炭系地层;机械钻速;事故复杂;钻井周期

石炭系地层岩石硬度高，研磨性强，可钻性差，易造成钻头先期损坏，致机速低行程短，起下钻频繁。石炭系地层平均机速1.92m/h，平均单钻进尺196.7m，平均口井钻头使用5只。石炭系地层含有破碎带，易剥落掉块和突发性井壁坍塌造成井塌，卡钻和划眼等事故。前期完成22口井因井壁不稳共发生13次事故，损失时间1463.85h，事故复杂率2.96%。石炭系地层裂缝发育易井漏，以微、中小裂缝为主，且存在一定孔隙。统计22口井有8井发生漏失，平均漏失506.16m3，平均损失时间78.94h/井，事故复杂率3.51%。

1 岩石力学参数的确定

利用声波时差、密度、自然伽玛等测井数据分析，测定岩石力学参数，得出岩石硬度、抗压强度。利用室内试验、微钻头法，测定岩石可钻性，确定PDC钻头可钻性级值。采用ZKZ-1型多功能岩石可钻性测定仪进行可钻性实验，得出马67井2870-3080m左右井深岩心取样可钻性实验得较高可钻性级值约6-7左右;条32井3300-3390m左右井高可钻性级值约7-8左右。建立地层三压力计算模型，在等效深度法基础上，计算得出：石炭系地层破裂压力在50MPa-120MPa之间，地层孔隙压力20MPa-40MPa之间，坍塌压力25MPa-45MPa之间。

2 开展个性化鉆头设计

针对石炭系地层研磨性强、硬度及抗压强度大的特点，设计一种6刀翼抗研磨PDC钻头：采用平滑的冠部形状、中高布齿密度、由5刀翼增加到6刀翼提高抗研磨性，设计较小切削齿负前脚弥补攻击性，应用聚晶金刚石保径，提高钻头稳定和使用寿命。优选低速大扭矩螺杆配合扭冲提高钻速，增加单只钻头行程。优选7头5级大扭矩低速螺杆，扭矩增大，钻压提高50%以上，增强钻头破岩能力，应用扭冲配合螺杆，兼顾防斜、保护钻头。应用扭力冲击器，利用部分流体能量，驱动冲击锤的动力部分沿轴心做半圆周往返运动，产生一个周向的、均匀稳定的冲击力作用到整个钻头上，解决“粘滑现象”，保护钻头。

3 研究坍塌、漏失机理，形成防塌、防漏钻井体系

3.1 石炭系井塌、石炭系漏失机理研究

利用MiniFlexII台式X衍射仪分析全岩矿物组份及粘土矿物组份得出：石炭系地层粘土矿物总量在2.27-9.44%，粘土矿物含量低;粘土矿物中膨胀性组份（蒙脱石、伊蒙混层）占比高，较易水化膨胀、分散，起胶结作用的粘土矿物吸水膨胀，导致岩石坍塌压力上升和抗拉强度降低，引起剥落坍塌;石炭系地层破碎，岩石内部裂隙及矿物解理发育;钻开地层构造应力释放造成井眼坍塌。通过表面观测及电镜扫描石炭系地层裂缝发育，分布规律差，裂缝宽度以0.1-3mm为主，长度以5-12cm为主，石炭系地层井漏主要是裂缝性发育造成。

3.2 防塌钻井液技术研究

优选ZNP-1抑制剂提高抑制性，控制粘土矿物水化效应，原配方基础上加量提高0.1%满足石炭系地层抑制粘土矿物水化要求。优选高温降失水剂，强化失水控制，阻缓压力传递。相同加量浓度，HS-2加量3%优于其他降滤失剂。优选与井温情况匹配的沥青材料，实测井底温度与沥青性能实验，2500-3500m井段沥青选用DBFT-201，3500m以下井段选用KH-n、HF-024。提高深部地层封堵造壁效果，优化防塌材料基浆配方：6%土粉+0.3%ZNP-1+0.6%NaHPAN+3%HS-2+1.5%PSC。结合实验与吐哈聚磺浆体系特点的防塌配方：7%土粉+0.3%ZNP-1+0.6%NaHPAN+4%DBFT-201（HF-024/KH-n）+3%HS-2+1.5%PSC+3%QCX-2+2%QCX-1。

3.3 防漏堵漏钻井液技术研究

优化防漏配方，提高钻井液随钻防漏能力实验，配制基浆，用1mm缝板（DL-A2堵漏仪）配方改造后，钻井液防漏、承压能力提高。优化堵漏材料颗粒配比，将片状：纤维：颗粒由1：2.5：1（不计综合堵漏剂）优化为6.3：2.7：1，恶性漏失堵漏成功率、承压能力提高。确定堵漏配方：井浆+5%综合堵漏剂+8%单封+6%细核桃壳+5%中粗核桃壳+3%粗核桃壳+3%QCX-2+5%雷特超强（总浓度35%）

4 现场应用情况

现场共实施6口井，平均井深3523.5m，平均机速5.53m/h，平均钻井周期73.18天，事故复杂时效0;同比应用前，石炭系井段机速提高85.42%，周期缩短52.86%，事故复杂由7.95%降为0。

综上所述，通过对地层岩性研究，优选个性化钻头，解决上部地层牙轮钻头行程钻速低、下部含砾地层机械钻速低的难题，提高机械钻速。优化复合钻进技术，使用低速大扭矩螺杆，解决地层易斜难题，实现上部地层防斜打快。针对盐膏层井段钻井事故复杂，优化钻井液性能及短拉方案，完善区块钻井工艺，解决钻井周期长、事故复杂多等难题。

参考文献：

[1]覃园圆.泥页岩水化对井壁稳定性影响研究[D].西安：西安石油大学，2014.

作者简介：

付光军（1981- ），男，汉族，重庆巫溪人，工程师，主要从事石油钻井工作。