双高喷射钻井对提速的意义

2023-09-22黄念义祝学飞徐思旭范荣贵刘皓枫

西部探矿工程 2023年9期

黄念义，祝学飞，徐思旭，范荣贵，孙俊，刘皓枫

（川庆钻探工程有限公司新疆分公司，新疆库尔勒 841000）

大尺寸长裸眼指井眼直径大于等于311.2mm，444.5mm 井眼井深超过3500m 或311.2mm 井眼井深超过5500m 的井段，随着塔里木油田勘探开发一体化战略不断全面推进，各区块标准井井身结构的不断细化实施[1]，山前区块7000m以上的超深井二开444.5mm井眼中完井深达到4000～4500m，台盆区块二开311.2mm裸眼长度超过5500m，70DB型钻机的机泵功率、提升负荷与钻进井次上部井眼的清洁矛盾、阻卡矛盾、排量矛盾日益突出[2-3]。为实现油田油气增储上产，各勘探公司不断加强钻井装备的更新换代，油田80DB、90DB 型钻机多达40部，在不同区域实施高泵压、高排量双高喷射钻井，不断突破刷新区域指标，实现钻井提速提效。博孜区块盐上地层井眼尺寸大、砾石与砂泥岩发育、中硬地层，可钻性强，通过应用Power-V 垂钻工具、旋转导向、混合钻头等工具，为双高喷射钻井提供了技术基础；跃满台盆区块长裸眼二叠系前的地层较新，5000m以上地层多为砂泥岩互层、岩性疏松，软地层特性，可钻性强，也为双高喷射钻井提供了技术基础[4-5]。

目前石油寒冬大环境现状，工作量极不饱和，钻井承包总成本不断下浮，某些勘探公司钻机设备老化严重，不愿对现有设备进行升级改造，作业现场部分管理者、操作者出于保护设备、节约柴油、减低劳动强度的陈旧观念，仍不愿意实施双高喷射钻井施工，随着油田深井超深井高难度井的不断增多，唯有更新换代装备，加强管理改变观念，提速提效是大势所趋。

1 配套装备

喷射钻井是钻井液通过喷射方式进入钻头喷嘴，产生高速射流的水力作用进行清洗井底、辅助钻头破碎岩石提高机械钻速的一种钻井方法[6]。高泵压喷射的高压钻井液直接冲击井底，井底岩屑被形成的井底漫流及时清除，避免重复切屑，高排量提高钻头水槽的流速，提高岩屑上返速率；高转速高扭矩提高破岩效率，有助于钻头切削齿的工作，显著提高机械钻速；聚合物轻泥浆对钻屑的有效包被抑制使PDC钻头在工作过程中不易被破碎岩屑粘附造成泥包，从而提高工作效率。为了双高喷射钻井技术得到更好的实施，对现场设备进行升级改造：①钻井心脏F2200HL 型、QDP-3000 型泥浆泵取代F1600HL 型强化水力学参数，配套专用陶瓷缸套使用寿命达3500～4000h，排量与压力更加稳定，并在泥浆泵与循环罐间的上水管线安装一低量程压力表监测上水管线动态压力,若低于0.8MPa 则配套使用灌注泵；②高压水龙带、高压管汇均抗压至70MPa；③博孜、台盆区块分别使用5-7/8″、5″非API 大水眼钻杆；④井口至振动筛排液管改为直径310mm 管线,高频振动筛取代高仿德瑞克振动筛，配套200 目以上的细目筛布；⑤管理方面定期清理检查上水管线确保畅通无堵塞。兼顾泵压与排量的关系，根据钻井方案与装备性能选择合理的钻头压降参数，区块不同直径井眼不同直径缸套使用情况与泵压控制目标总结见表1。

表1 区块不同直径井眼不同直径缸套使用情况与泵压控制目标总结

2 提速工具的使用

博孜区块使用5- 7/8″非API 大水眼钻杆、进口减震器+Power-V 垂钻工具模式在保证井身轨迹的同时解放钻压，为高转速高扭矩施工提供了保障，减震作用可减轻高钻压钻进时井底的“跳钻”现象保证井下安全，同时降低了钻具疲劳损坏保障钻具安全，保障钻头对地层的切屑效率，延长钻头使用寿命。二开长砾石段选用16mm齿4刀翼2牙轮狮虎兽混合钻头[7]，既能实现PDC 切削结构的连续切削破岩作用，又能实现牙轮在砾石段井眼滚动拉划防卡作用，结合垂钻工具与钻头的优选使用，钻压最高提至280～300kN，扭矩最高提至25～28kN·m。

跃满台盆区块中上部地层成岩性较差，使用5″非API钻杆为高泵压高排量奠定基础，使用高速螺杆实现快速钻进,部分地区采用直井段1.5°单弯螺杆技术钻进，目的是扩大井眼直径为井眼畅通创造条件。二叠系高含玄武岩段钻进牙轮钻头进尺短、PDC 钻头易崩齿难题，采用3刀翼3牙轮混合钻头配合输出扭矩更大的等壁厚螺杆解决机械钻速偏慢及单只钻头进尺偏短的难题。

3 聚合物轻钻井液模式

强包被、强抑制、强封堵、低固相含量、适当粘切、高瞬时失水与低累积失水、良好的剪切稀释性、较高的雷诺数是聚合物轻钻井液的特征[8-9]，为固控设备的有效发挥、喷射钻井提供技术基础。上部疏松地层采用聚合物、KCl 聚合物体系，利用水化充分且经剪切泵充分剪切稀释的大分子包被剂NMI-4/IND30胶液对钻屑第一时间进行絮凝包被，中小分子MYK进行流型调节与抗盐抗钙污染，444.5、333.3mm井眼大分子胶液浓度分别为0.7%～1%、0.5%～0.7%；利用KCl+有机盐Weigh2/OS-80 对强水敏性泥岩、易垮塌地层进行强抑制防水化分散与PDC 钻头泥包；大渗透量井段利用超细钙+微米纤维+优质坂土浆强化泥饼质量与封堵，控制渗透量在新增井筒容积2倍之内。雷诺数Re作为判定钻井液流动流态的重要参数[10]，在低粘切高泵压高排量模式下控制Re>3000，使其为紊流状态，钻屑运动过程中不存在转动和滑落现象，其横向扰动作用更能将井筒岩屑携带干净。

4 现场应用

4.1 博孜区块中硬地层

BZ3-K2井二开444.5mm井眼地层第四系西域组，新近系库车组、康村组砾石发育，可钻性差，优选高性能混合钻头，钻进最高泵压至35MPa，最高排量80L/s，最高钻压260kN，扭矩22～28kN·m。采用KCl聚合物钻井液体系，密度1.10～1.20g/cm3，漏斗粘度40～50s，充分体现配方简单低粘低切优质钻井液概念，高效使用固控设备，筛布目数200 目以上，确保固相含量不大于8%。通过高泵压高排量，提高钻井液返速有力携砂清洁井筒，9″钻铤、5-7/8″钻杆环环空返速达0.70、0.57m/s，实现大尺寸井眼清洁，在长段砾石层易卡钻井段突破了常规钻进进尺不超过500m或钻进时间不超过24h必须短起下钻拉划井壁的技术瓶颈，二开钻进未进行短起下钻拉划井壁作业，创博孜区块444.5mm 井眼最高单日进尺360m、最高单趟钻进尺1111m、最高机械钻速10.43m/h三项纪录。

三开333.4mm 井眼钻进至2600m 开始造斜，以1.5°/30m 的造斜率定向钻进至井斜15°后稳斜钻至4523.5m中完。直井段应用Power-V 垂钻工具，确保轨迹受控，定向段应用贝克休斯旋转导向工具，确保定向轨迹平滑，定向过程中最高钻压对比邻井由140↗190kN，泵压提高至32MPa，排量提高至62L/s,钻进扭矩最高26kN·m。吉迪克组垮塌性褐色泥岩维护工艺，密度靠设计上线保持井壁稳定、有机盐+无机盐有效抑制泥页岩水化、大分子包被+中小分子流型调节与抗盐钙污染，保持高密度钻井液压低塑性粘度流变性特性，同时采用轻泥浆+重稠浆段塞举砂工艺[11]，即起钻前低粘切井浆通过工程变排量实现对井壁足够有效的冲刷，接着利用粘度150～200s、高于井浆密度0.3～0.4g/cm3、有效方量40m3的重稠浆进行携砂清洁井筒，确保井眼通畅与起下钻顺利。BZ3-K2 井喷射钻井指标与区块平均指标对比见表2。

表2 BZ3-K2井喷射钻井指标与区块平均指标对比

由表2 可看出：BZ3-K2 井与区块平均指标对比，444.5mm 井眼机械钻提高209.77%，行程钻速提高245.50%，钻井周期节约27.82d。333.4mm 井眼机械钻速提高133.98%，行程钻速提高86.47%，钻井周期节约27.44d。

4.2 台盆区块软地层

跃满台盆区块二开311.2mm 裸眼长4500m 左右，快速钻进井段跨越层位较多，且存在多套压力系统,上部新生代新近系、古近系地层为砂泥岩互层，可钻性好，易形成“虚假”泥饼造成井眼缩径引起起下钻阻卡，中生代白垩系、侏罗系、三叠系地层中的巨厚泥岩在压实过程中形成了硬脆性泥岩，易出现井壁剥落掉块垮塌造成的阻卡，二叠系火成岩易发生漏失情况，占用大量生产时间。鉴于长裸眼阻卡难题是造成台盆区块起下钻困难的主要原因[12-13]，二开长裸眼排量控制指标要求：3000m、3800m 以上井深排量分别不低于70L/s、65L/s，4200m以下排量不低于55L/s。在FY303-H1、YueM3-H13井进行双高喷射钻井实践。

1200～3500m 段：本段地层较新欠压实机械钻速较高，流变性的控制突出“轻”概念，以低粘切为前提：①通过0.002%～0.004%大分子对易水化分散泥岩进行有效包被絮凝，低分子量包被剂形成低塑性粘度流态，3500m 前胶液配制只加入大分子即可；②为防大渗透量形成虚厚泥饼采用800～2000 目超细碳酸钙YX 复配随钻堵漏剂TYSD-1/TP-2，控制渗透量在井眼理论容积2.5～3 倍以内；③控制较低漏斗粘度FV30～35s，3000m前放开API失水至40mL左右，3000～3500m 控制20mL 左右；④工程钻具组合使用高速螺杆，高排量65～70L/s、高泵压20～25MPa、雷诺数Re3000～4000，实现高环空返速和低粘切有效冲刷井壁，防止钻屑粘附导致短起下钻阻卡的发生。

3500～5500m 段：随着井深增加，地层伊/蒙混层岩性混杂，易产生剥蚀性掉块，易吸水膨胀导致垮塌，两种情况同时存在导致井壁失稳，起下钻阻卡频繁。①侏罗系后提高胶液中各种处理剂的含量，进一步强化井浆包被、抑制性，并补充预水化护胶坂土浆适当提高钻井液粘切保证携砂能力，4000m 前漏斗粘度40s即可，低粘切强化井壁冲刷，防止钻头泥包，利于起下钻顺畅；②三叠系逐步提密度至1.26～1.28g/cm3，加入5%～8%超细碳酸钙YX、1%～2%干粉沥青、2%～3%乳化沥青SY-A01加强封堵改善泥饼质量，迅速降低钻井液滤失量严控FLAPI6mL、FLHTHP12mL 以内；③采用“稠浆+雷特纤维”工艺清洁井眼，防止掉块堆积造成阻卡；④中下部转磺后强封堵强防塌适当粘切携砂确保井下安全；⑤工程高排量45～60L/s、高泵压23～25MPa 钻进携砂与冲刷井壁，8″钻铤与5″钻杆环空返速达1.25、0.8 4m/s,本区块地层疏松，钻进扭矩控制在15～18kN·m。FY303-H1井提前合同周期22.62d完井，创塔里木油田富满区块四开井身结构井最快完井纪录；YueM3-H13井完井周期99.42d实现提速25.75%，单月进尺5186m，打破哈拉哈塘区块水平井单月进尺4942m纪录。试验井311.2mm井眼双高喷射钻井指标与区块平均指标对比见表3。