川西双鱼石构造超深井大尺寸井眼钻井提速技术研究

2020-01-09周代生胡锡辉刘殿琛刘洪彬

钻采工艺 2019年6期

周代生, 杨欢, 胡锡辉, 刘殿琛, 陈骥, 伍葳, 刘洪彬

(1中石油西南油气田分公司工程技术研究院 2中石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院)

一、地质特征

双鱼石-河湾场构造带位于四川盆地川西北部地区，大地构造位置隶属上扬子克拉通北缘龙门山山前褶皱带，为川北典型低缓构造。双鱼石区块自上而下地层压力系数：剑门关组～沙溪庙组为1、自流井组～须家河组为1.40、雷口坡组为1.30、嘉陵江组为1.40、飞仙关组～长兴组为1.60、吴家坪组～茅口组为1.80、栖霞组～梁山组为1.36、石岩系为1.30、观雾山组～志留系1.50。

双鱼石区块自流井组中部和底部各具一套灰白色块状砾岩，砾石成份以石英砾为主，偶见火燧石砾，下部菱铁矿发育，须家河组须一、须三段结构较细，为砂、页岩组合，部分夹煤线；须二、须四段为结构较粗的砾岩、砂岩及页岩，偶见燧石；地层岩性坚硬、石英含量高、研磨性强、部分井段含砾岩，可钻性差，机械钻速低。

二、工程简况

双鱼石构造目的层埋藏深，纵向存在压力系统复杂，实钻中局部异常高压与井漏频繁。经过前期ST1、ST3井等实钻井摸索，逐步形成目前ST7井五开五完井身结构(备用一层Ø190.5 mm井眼应对复杂)，见图1。

图1 井身结构优化

三、超深井大尺寸井眼提速技术

1. 优化井身结构

川西双鱼石区块勘探目的层埋藏深，完钻井深在7 000 m以深的超深井，纵向多压力系统，井塌、井漏、气侵等复杂多，为了应对下部复杂井段，保证顺利钻达目的层，初期上部大尺寸井眼所钻深度较深[1]。通过前期实钻井下无复杂和“三压力”数据分析，为提高机械钻速将上部Ø444.5 mm井眼深度从1 000 m缩短至500 m，减少大井眼钻进长度。

2. 气体钻井

通过建立气体钻井井壁稳定性分析模型、地层出水预测模型的影响分析，并结合川西地区实钻地质特征，完成该区块气体钻井可行性评价论证，并建立了一套适用于川西地区双鱼石构造气体钻井的评估流程[2]。

根据气体钻井井壁稳定性模型，结合测井资料，对ST1、ST3井的井壁稳定性进行了评估分析。评估结果表明：剑门关组、蓬莱镇组、遂宁组、沙二段井壁稳定性良好，气体钻井可安全实施到沙溪庙组的中上部，井段长度2 500 m左右。川渝地区沙溪庙下部地层在实钻中极易出现应力性垮塌造成井下复杂，与该评估结论大致相符。

根据出水量预测计算模型，结合实钻测井资料，对ST1、ST3井的出水量预测进行了评估分析。预测结果表明：蓬莱镇组、遂宁组、沙溪庙组均无明显水层，适宜采用气体钻井。其中，ST3井评估结果与ST1井类似，一定程度上说明区域总体特征相同。综上，双鱼石构造上部蓬莱镇组、遂宁组、沙溪庙组中上部井段适宜采用气体钻井提速，可安全实施井段长度2 500 m左右。

3. 钻头优选

依据区块实际情况，采用岩石可钻性的常规回归公式进行岩石可钻性预测处理。根据所建立的可钻性、研磨性模型，采用逐点处理与解释典型井的测井曲线，建立了该区块地层岩石可钻性、研磨性、抗钻性参数表,见表1。通过对自流井组、须家河组岩石的可钻性、研磨性实验数据，结合前期钻头使用情况，进行了钻头个性化优选，并确定以个性化PDC+螺杆复合钻进措施[3-8]。

4. KCl-有机盐聚合物钻井液

KCl-有机盐聚合物钻井液具有抑制能力强、封堵防塌效果好、性能稳定、周期长等优点，在须家河组以上强水敏、强分散性泥页岩地层，抑制钻屑的水化分散防止污染钻井液，有利于钻井液性能控制，抑制岩石组分水化分散膨胀防止井壁垮塌，抑制岩屑的水化分散，减少钻井液中劣质钻屑含量、减少钻井液中微米、亚微米粒子，有助于提高机械钻速；在气液转换过程中，能有效防止“空气钻”后干燥井壁“吸水”引起的井塌，减少气转液后井下复杂情况的发生[3-4]。

表1 双鱼石区块上部地层研磨性、可钻性级值统计表

4.1 钻井液体系配方

KCl-有机盐聚合物钻井液：2.0%膨润土浆+0.2%KPAM+1.0%抗温降滤失剂REDUL+1.0%PAC-LV+4.0%封堵防塌剂NRH+3.0%防卡润滑剂FK-10+7.0%KCl+10.0%有机盐Weigh2+重晶石。

4.2 岩屑滚动回收率实验

室内在80℃、滚动16 h条件下进行岩屑滚动回收率实验，其结果：清水为27.5%，KCl-聚合物钻井液为86.0%，有机盐聚合物钻井液为90.0%，KCl-有机盐聚合物钻井液为91.2%。

4.3 黏土线性膨胀率实验

室内在80℃、3.5 MPa、8 h条件下进行了黏土线性膨胀率实验，其结果：清水为23.0%，KCl-聚合物钻井液为16.5%，有机盐聚合物钻井液为12.5%，KCl-有机盐聚合物钻井液为11.0%。

四、提速效果分析

1. 优化井身结构

将Ø444.5 mm大井眼深度从1 000 m缩短至500 m，减少大井眼钻进长度，平均机械钻速从9.46 m/h提高至14.87 m/h，提升幅度达57.20%。

2. 气体钻井实钻效果

(1)Ø444.5 mm井眼在使用常规钻井液钻进的平均机械钻速仅为3.43 m/h，而空气钻平均机械钻速为9.46 m/h，提高175.8%。

(2)Ø333.4 mm井眼在使用常规钻井液钻进的平均机械钻速为5.02 m/h，而空气钻平均机械钻速达14.87 m/h，提高196.2%。

3. 个性化PDC钻头优选实钻效果

通过对自流井组、须家河组岩石的可钻性、研磨性实验数据，结合前期钻头使用情况，进行了钻头个性化优选，并确定以个性化PDC+螺杆复合钻进措施[5～8]。在该构造上部自流井组、须家河组取得了较好提速效果，平均机械钻速达2.29 m/h，比ST1提高5.87倍。各井实钻钻头指标见表2。

表2 Ø333.4 mm自流井组～须家河组井段实钻钻头指标

4. KCl-有机盐聚合物钻井液实钻效果

在ST3、ST7、ST8井现场应用表明：①该钻井液抑制性强，性能稳定且周期长，波动小，低粘切，有助于安全、快速钻井;②该钻井液抑制性强、封堵防塌效果好，能确保“空气钻”井段井壁稳定，实现了“气转液”后通井顺利，未出现大的掉块现象，井下正常，快速恢复正常钻进，大大缩短了“气转液”时间，实钻井段井壁稳定、井眼规则，平均井径扩大率较小，有助于提高生产时效，缩短钻井周期;③该钻井液抑制性强，低粘切，可提高钻头水马力，减少钻屑在钻头上的吸附，防止钻头泥包，减少微米、亚微米粒子，劣质固相含量，有助于提高机械钻速。

5. 大尺寸井眼提速综合效果

通过空气钻、钻头优选、螺杆+转盘复合钻井技术和优质KCl-有机盐聚合物钻井液，同时加强项目组织管理，双鱼石区块上部大尺寸井眼整体提速效果明显，ST3、ST8井平均机械钻速比提速前ST1井分别提高102.35%、149.77%。同时，钻井周期大幅缩短，ST3、ST8井比提速前ST1井分别减少40.05 d、59.38 d,见图2。