油砂山油田钻井提速及一趟钻关键技术

冯 斌，高学金，郭立勋，刘周祺，侯玲杰，肖仰德

（中国石油集团渤海钻探工程有限公司第一钻井工程分公司，天津300280）

油砂山油田位于青海省柴达木盆地西部南区，隶属青海省海西州茫崖行政委员会，距花土沟基地东南14.0km。油区北部为山地，南部为盐渍湖滩，平均地面海拔3100m 左右。该地区属大陆干旱性气候，气候干燥寒冷，少雨多风，冬季漫长，夏季短促。

1 油砂山区块地层情况

油砂山油田构造属于柴达木盆地西部坳陷区尕斯断陷亚区狮子沟-油砂山二级构造带，油砂沟高点，构造重叠在尕斯库勒油田之上。地下构造为北西-南东向北缓（地层倾角11°~26°）南陡（50°~60°）顶部平缓的半箱状背斜，长轴约8.0km，短轴2.0km。自西向东划分六个断块，是一个以构造控制为主，被断层复杂化的岩性构造油藏。该区块发现大小断层共100 余条，断层倾向多为东倾和西倾，倾角一般为55°～89°，为高角度断层，断距随深度增加而减小，而且大部分断层消失于300m 以上。油田分为东西两区，东区地层抬高，出露油砂150.0m 厚，受到严重剥蚀，造成了油田东西区的显著差异。

该区块油层主要分布在上新统下部的下油砂山组（N21）和中新统上干柴沟组（N1）两套地层，地层岩性总的特点是：上粗下细，上红下灰。岩性主要以泥岩、砂砾岩、含砾砂岩为主，泥岩段长，地层上部可钻性较好，中下部大段灰绿色泥岩夹砂岩可钻性明显降低。

2 油砂山区块影响提速与一趟钻的因素

（1）油砂山区块上部构造断层发育，构造形态的完整性遭到不同程度的破坏，构造的完整性较差。经地面细测及钻井证实，本区上部300m 左右约有大、小断层近100条，钻进过程中易出现井漏等复杂事故，严重影响工程提速与一趟钻实施，消耗大量泥浆材料，增加钻井成本。

（2）油砂山区块岩性主要以泥岩、砂砾岩、含砾砂岩为主，下步泥岩段长，地层上部可钻性较好，但下部的上干柴沟组地层钻进至900m 之后，地下岩石硬度相对增大，使得钻井速度急剧下降（由1min~2min/m 降至4min~7min/m），同时钻头所受的磨损也增大，易造成PDC 钻头崩齿损坏、主力齿磨损现象，影响机速导致起钻换钻头。

（3）该区块地层倾向多为东倾和西倾，倾角一般为55°～89°，且地层可钻性不均，井斜难以控制，定向托压，纯钻时效内定向钻进时长占比较高，严重影响钻井速度，且易造成井身质量问题。

（4）本区块设计井深较浅，机械钻速高，钻井周期短，且该区岩石具有中等水敏、中等速敏、中等盐敏、中等酸敏特征，钻井过程中岩石黏土造浆严重，易收缩、失稳、脱落，从而导致所钻井眼的缩径、阻塞，泥浆固相含量过高得不到有效处理而影响电测效率甚至井下安全。

（5）由于钻井成本的限制，泥浆材料的节约限制了其性能的发挥，如何合理调整泥浆性能，保证井下安全也是一个难题。

3 一趟钻可行性分析

近年，油砂山区块共计完成38 口井，215.9mm 井眼25 口井都是一趟钻完成开次全部进尺，平均机速27.65m/h，定向井占比68%；油砂山区块岩性主要以泥岩、砂砾岩、含砾砂岩为主，泥岩段长，孔隙度较高（如图1），地层上部可钻性较好，中下部（1000m 以下）大段灰绿色泥岩夹砂岩可钻性明显降低，易造成PDC 钻头崩齿损坏、主切削齿磨损现象，且钻进过程中要注意防漏、防塌及防斜工作。

图1 孔隙度数据曲线图

油砂山区块平均井深为1520.97m，针对本区块地层特点，选用5 刀翼16mmPDC 钻头既为保证上部机械钻速，也为钻进过程中定向稳斜效果考虑，争取一趟钻完成进尺；螺杆使用中不存在质量问题，未完成一趟钻井中仅有2 口井为螺杆原因造成，7LZ172mm7.0~1.25°型号螺杆的质保时间180h，未完成一趟钻井的螺杆实际使用200h~220h，为保证机械钻速和钻具安全，中途起出更换了螺杆；未出现钻井工具质量问题；井身质量合格。

油砂山区块215.9mm 井眼一趟钻工程，选用大港中成MD6521L 钻头，奥瑞拓7LZ172mm7.0-1.5°型螺杆；钻井参数钻压60kN~80kN、转速DN+（70~90），实现高机速27.65m/h 钻进完成进尺。

结论：油砂山区块215.9mm 井眼一趟钻区块可行。

4 关键技术措施

4.1 优选钻井液应对多断块构造带

本区块的井大多位于断层发育的油砂沟高点，由于地层孔缝发育较好，钻井施工中经常发生漏失现象。针对本区块易漏层段多为上部（0~400m），且切压力系数低（0.8~0.9）的特点，在一口井的钻井液选型中尽量不使用触变性大的钻井液体系，而是选择成本较低的低密度膨润土浆，施工中在钻入易漏井段前在钻井液中加入适量小颗粒预堵材料增加封堵能力；在钻遇页岩时提高抑制剂含量，降低失水，延缓页岩坍塌周期；在上部易漏层段精细排量控制（二开300m 之前钻井排量不超过25L/s）；如发生井漏且漏速大于10m3/h 的则在一次钻进中合理且尽量多地揭开漏层，然后统一进行堵漏作业，极大地减少了事故发生的时间，针对本区块的漏层作业行之有效，可有效提高生产效率。

4.2 优选钻井参数激进钻井

钻压对钻速有着重要的影响，钻压较低时可能导致钻头对岩屑进行重复破碎，钻压较高会加快钻头的磨损，减少钻头寿命甚至起钻更换钻头浪费大量时间。面对这种问题，采用高效PDC+高寿命单弯螺杆的双驱复合钻进技术进行解决。钻头主要选用型号为MD6521L 的5 刀翼、采用中低密度布齿、切削齿为16mm 的PDC 钻头，它的钻头切片倾角较小，侵入地层多且攻击性强，经过现场参数优化和厂家对钻速和耐用性两方面的平衡优化，提升了钻头的综合性能，既可保证上部机械钻速，也能在钻进过程中起到很好的定向稳斜效果（见图2）。配合高效PDC 钻头，我们与螺杆厂家进行沟通，采用奥瑞拓研发的悬垂机式φ172mm 单弯螺杆。现场采用高寿命螺杆与高效PDC 并行，解放了钻压同时为一趟钻提速保驾护航。

图2 钻头水功率与排量关系

用φ180mm 缸套的兰石3NB1300C 钻井泵，二开排量尽可提高排量至34L~38L/s，泵压12.35MPa~16.6MPa，最大限度地发挥单泵的使用效率，可以增加射流冲击力，如图3 所示。加上动力钻具的使用，能起到更好的破岩和冲刷井底效果。

图3 排量与射流冲击力关系曲线

提高转盘转速至80r~90r/min，较高的转盘转速使井下钻具呈现稳定高扭矩的工作状态，形成高效的岩屑切削能力，不仅能够提高机速还有一定的防斜打直能力。

4.3 优化剖面设计，合理配置钻具组合、防斜打快

每口井施工前针对单井的施工环境及地质情况进行详细地调查，优化平台防碰扫描数据，合理优化井眼轨迹；根据该区块地层倾角特点，结合每口井靶点方位配置不同的钻具组合；根据地层造斜特性优化定向井段，把定向困难段上提至二开容易定向且地层稳定井段，增加二开定向井段和井斜角，从而降低后期较坚硬可钻性差的地层滑动钻进，增加复合钻进占比。不仅极大地减少了润滑材料的消耗，也能够有效地提高施工效率，尤其能保障井下的施工安全。

实钻过程中根据所钻地层造斜特点随时对轨迹进行调整，利用临井的施工经验提高本井轨迹施工的准确性和预判能力；在前期中软地层提前控制好井眼轨迹，加密测量易斜井段的井身质量，并对下一步施工轨迹提前布局。

4.4 加强钻井液固相控制，有效处理泥浆性能

采用高频振动筛的替代工作，用高频振动筛+高目数筛布的组合，配合现场的除砂器、除泥器取代老式的低频振动筛+离心机的组合有效地控制住钻井液的固相含量，确保入井钻井液的清洁度。

4.5 模块化钻井液体系，节支提速

一开井段所钻遇地层胶结松散，可钻性好，钻井液为4%~5%膨润土浆，主要以携带岩屑、稳定井壁，确保安全钻进为目的。

二开钻遇地层物性复杂，胶结性差，岩屑分散严重，易发生坍塌和井漏。要求钻井液必须具有较强的抑制能力，确保其造壁性、防塌性和良好的流变性。选用聚合物非渗透钻井液体系，（基本配方：4%~5%膨润土+0.3%~0.4%烧碱（NaOH）+0.2%~0.3%纯碱（Na2CO3）+0.3%高黏羧甲基纤维素（HV－CMC）+1%~2%低黏羧甲基纤维素+0.8%~1%聚丙烯酸钾（KPAM）+3%~3.5%无荧光防塌剂（PA－1）+0.5%无水聚合醇+4%~6%抗高温抗盐降滤失剂+1%非渗透处理剂）。

钻进时配合有效的固控设备，补充新配的聚合物胶液维护钻井液性能，（配方：0.2%~0.3%烧碱（NaOH）+0.2%抗高温抗盐防塌降滤失剂+0.3%无荧光防塌剂+0.1%~0.4%聚丙烯酸钾KPAM），保证钻井液有适当的粘切、足够的返速，保证钻井液的携带能力同时维护良好的钻井液流动性来冲刷泥饼。

进入上干柴沟组后逐步补充低黏羧甲基纤维素LVCMC 和抗高温抗盐降滤失剂配合铵盐NPAN 调整钻井液的流变性并保证泥浆的强抑制性，低失水量，延缓泥页岩坍塌周期，保证井眼稳定。

针对二开主要定向段托压严重以及稳斜段长位移扭矩大的问题，在定向初期及时添加润滑剂，随着井斜的增加要不断提高润滑剂的含量，当钻进至稳斜段及降斜段后期时，必须维持润滑剂含量满足快速钻井要求，降低施工后期扭矩，减少卡钻断钻具的风险。

现场施工中由于钻速过快，平时要求职工操作时做到接单根早开泵，晚停泵；随时关注泥浆性能的变化，控制环空岩屑浓度≤6%，必要时，中途循环除砂或者进行短程起下钻。完钻起钻前和通井下钻到底都要制定有针对性的泥浆处理措施，以达到充分循环除砂，保证井眼的稳定与清洁，保证电测、下套管的顺利进行。

4.6 其他保障措施

（1）钻头选择5 刀16 片MD6521L 钻头，积极和钻头厂家沟通、为现场提供抗研磨性强的复合片钻头；奥瑞拓7LZ172mm7.0-1.5°型螺杆，剩余质保时间不足25%的螺杆禁止入井，保证不因井下螺杆原因导致机速低起钻。

（2）提前规划定向井井眼轨迹参数，根据区块地层倾角特点，结合每口井靶点方位配置相应的钻具组合，实钻过程中根据邻井的地层造斜特点提前对轨迹进行调整，减少滑动定向钻进，增加复合钻进占比，提高机速。

（3）根据钻头所钻地层优选钻井参数，通过调整钻压、转盘转速、排量，提高钻井速度和钻头使用寿命。

（4）剩余质保时间不足25%的螺杆禁止入井；针对部分井队离心机除泥效果差的情况现场进行了调试、逐步开展高频振动筛的替代工作，加强固相控制；针对油砂山区块施工难点进行了泥浆体系优化，油砂山区块上部下油砂山组井段钻井液维护以控制造浆、减少有害固相积累、防缩径为主；进入上干柴沟组后，及时加入防塌剂降低高、中压滤失量，1000m 后API 滤失量严格控制在4mL以内，同时补充0.5%PAC-LV，提高封堵能力巩固井壁，预防井下垮塌。

5 结论和认识

多项措施的使用取得了良好效果，本队于2020 年在油砂山区块施工24 口井，全年进尺超3.5 万米，平均井深1471m，平均机械钻速27.64m/h，平均钻完井周期8.97天，事故复杂率为0%，电测一趟到底率达到84%，固井质量合格率100%，井深质量合格率100%，其中二开一趟钻完成井为19 口，占比达到80%。

提速与一趟钻的推行不是某个单一元素所决定的，多举措的并行才能达到最佳效果。油砂山区块相对较老，但生产提速工作还有较大潜力，一趟钻技术对区块提速有着重要意义。