塔河油田托普臺區塊超深井快速鉆井技術

李益平

一、概況

塔河油田托普臺區塊位于塔河油田西南部，與塔河油田主體區塊有相近的油氣成藏地質條件，是油氣運移聚集的有利地區。目前，托普臺區塊開發已經取得了良好的油氣產量，是塔河油田實現油氣勘探開發戰略接替的重點區塊。托普臺地層發育比較完全，由第四系、第三系、白堊系下統、侏羅系下統、三疊系、二疊系、石炭系下統、泥盆系上統、志留系下統和奧陶系上、中統組成。目前托普臺區塊油藏埋藏深，鉆井周期長，機械鉆速低、鉆井成本高是制約托普臺勘探開發的瓶頸。

二、塔河油田托普臺區塊施工難點分析

（1）托普臺地區奧陶系油藏埋深6400-7100m，普遍深于塔河油田主體區塊600m。施工鉆井周期普遍較長（TP17井鉆井周期150.44d，TP22鉆井周期137.8d，TP303鉆井周期145.61d）。

（2）Ф311.2mm階段侏羅系、三疊系阿克庫勒、柯吐爾組底部地層可鉆性差，PDC鉆頭平均機械鉆速低，鉆頭磨損嚴重。Ф 215.9mm井眼鉆至三疊系哈拉哈塘、阿克庫勒、石炭系卡拉沙依組灰、深灰、褐色泥巖（膠粘性很強），易造成PDC鉆頭泥包，個別井甚至連續發生泥包現象，嚴重影響了機械鉆速。特別是石炭系卡拉沙依、巴楚組泥巖段地層質硬性脆，PDC牙齒不易吃入，TP7-4井鉆至井深5455m后鉆進速度較慢，鉆時50-80min/m；TP22井該段地層最高鉆時達260min/m。

（3）二疊系上部為灰白色凝灰巖、淺灰色火山角礫巖，中部為淺灰色英安巖，下部為玄武巖，屬于裂縫性地層，地層承壓能力差，該井段鉆進時機械鉆速低，鉆井液消耗量較大，地質結構復雜，極易發生井漏及井壁坍塌等井下復雜情況。一旦二疊系發生漏失，漏失速度快，堵漏時間耗時長（TP22井二疊系兩次擠水泥時間長達14d，TP303井二疊系堵漏施工長達22.89d）。

（4）三疊系柯吐爾組、石炭系下統巴楚組、泥盆系、志留系地層以泥頁巖、砂巖和灰巖為主。志留系柯坪塔格組中部為脆性泥頁巖發育，易發生井壁掉快、坍塌（TP303、TP17井井徑擴大率都在20%-40%，TP17井在4875-4925m井徑擴大率高達88%），起下鉆及其困難。

三、塔河油田托普臺區塊超深井快速鉆井工藝技術

311.2mm井段

1.311.2mm井段上部地層砂泥巖交錯，易發生井斜。為確保井身質量，常用防斜鉆具組合：Φ311.15mm鉆頭+Φ228.6mm鉆鋌×2根+310mm扶正器+Φ228.6mm鉆鋌×1根+Φ 203.2mm鉆鋌×6根+Φ177.8mm鉆鋌×9根+Φ127mm加重鉆桿+Φ127mm鉆桿；Φ311.15mm鉆頭+244.5mm直螺桿+Φ 228.6mm鉆鋌×1根+121/4＂扶正器+Φ228.6mm鉆鋌×1根+Φ203.2mm鉆鋌×9根+Φ177.8mm鉆鋌×6根+Φ127mm鉆桿；扶正器選用外徑308-310mm的螺旋扶正器防斜效果較好。

2.311.2mm井段康村組底部和吉迪克組石膏發育良好，污染鉆井液，易發生井眼縮徑，造成短起下鉆困難。在鉆進過程中進入前50米將鉆井液密度上提至1.16g/cm3，每鉆進150-200m進行短程起下鉆和每鉆進600m進行一次長短起下鉆作業，確保井眼穩定。

3.上白堊系砂巖發育，地層滲透性好，泥餅厚，容易發生卡鉆。在施工過程中，加入適量的SMP-1、SPNH，控制合適的失水，形成薄而韌的泥餅。工程上每鉆進300m進行一次短程起下鉆，及時修整井壁，同時加入1%的潤滑劑，增強鉆井液的潤滑性，防止鉆頭泥包和卡鉆事故的發生。

4.吉迪克組大套泥巖、侏羅系、三疊系阿克庫勒、柯吐爾組等地層大套泥巖夾礫質砂巖。地層可鉆性差，PDC鉆頭平均機械鉆速低，鉆頭磨損嚴重。PDC鉆頭使用19mm齒以提高機械鉆速。通過下述幾口井的實踐對比分析得出：1)為保證一只PDC鉆頭能夠鉆至二開終完井深，建議在不影響機械鉆速的情況下盡量使用牙輪鉆頭鉆至井深2000米以上。2)型號 M5363L和MS1952SS PDC鉆頭在311.2mm的井眼在吉迪克組、侏羅系、三疊系阿克庫勒、柯吐爾組鉆進中的機械鉆速和進尺都比較高；而GP19256LT和EM1915S機械鉆速相對偏低。3)在相同類型的鉆頭使用中，螺桿+PDC鉆具組合對機械鉆速無明顯提高，但減輕了鉆具的疲勞損傷和保證了井身質量。建議侏羅系、三疊系阿克庫勒、柯吐爾組等含礫質砂巖地層使用不帶螺桿的常規鉆具，以防止礫石提前損壞鉆頭。

表1 311.2mm井段鉆頭使用表

40 TP 105 51.1 6 13.3 1 30.9 1 12.5 6 100 50 55螺桿HAT1 27 MS195 2SS H126 48 27.5 197.5 9.6 7 219.13 146.5 24.5 144.25 31.83 11.83 176.17 45 1.31 2.41 M1955 SS EM191 5S EM191 5S FS256 3BG HJ517 G HAT1 27 MS195 2SS 35 1.9 86.2 7 15.7 2 TP 17 60 50-60 40-80 40-120 60-120 60-140 180-240 160-240 130 85-130 80-120 40-80 90-120 50+1407 2629.5 298.88 2753.8 508.81 32.0 1 347.09 60.4 1 1020.58 2769.91 50 3.56 6 43 60 204.95 54 901-2308 2308-4937.5 599-897.88 897.88-3651.68 3561.68-4160.49 4160.49-4192.5 4192.5-4539.59 4539.59-4600 506-1526.58 1526.58-4296.49 4296.49-4300.05 4300.05-4505 60 TP 303螺桿3.47 50+103 58+180 45 0.59 70.5 2.91 100 60 280 EM191 5S HJ517 G螺桿 6 0 35

5.該井段是本井鉆井液維護重點，該井的鉆井液轉型工作也是在這一井段完成的，在井深4000米鉆井液轉型的現場過程中，現場嚴格按照鉆井液設計要求及時的將鉆井液體系轉化為聚磺防塌鉆井液體系，重點是抓好白堊系、侏羅系、三疊系的防塌和防粘卡工作。在4000米時加入磺化材料、瀝青類防塌劑，將鉆井液體系逐步轉化為聚磺防塌體系，提高鉆井液的抗高溫和防塌性能。在轉聚磺鉆井液體系之前要嚴格控制鉆井液中的固相含量，防止轉成聚磺體系后，隨著溫度的提高，造成粘土過度分散。堅持使用聚合物，聚合物濃度維持在0.5-0.8%。在施工中通過適當提高鉆井液的動切力、靜切力和動塑比，使泥漿具有良好的攜巖能力和懸浮能力。保持鉆井液中防塌劑和降失水劑的有效含量在3%以上，控制鉆井液的中壓失水小于5ml，高溫高壓失水小于15ml，以確保井壁穩定，井眼規則，防止掉塊跨塌。在滿足鉆井液有足夠攜巖能力的前提下，保持低粘切鉆進，提高了清潔井眼的效果。在鉆進過程中，保持潤滑劑的有效含量5%，使摩擦系數小于0.07，鉆井液具有良好的潤滑性能，防止了粘卡。鉆進過程中，每150m進行一次短起下，保證了井眼清潔與暢通。在本段施工中，鉆井液以維護為主，泥漿性能穩定，潤滑防卡能力好，防止了因泥漿性能大幅度變化引起的井下復雜情況。鉆井時及時測量鉆井液性能，根據泥漿性能的變化隨時調整泥漿性能，保證了井下安全。在進入白堊系系前50米，按設計濃度加足各類防塌劑，將鉆井液密度提至1.22g/cm3,將粘度控制在50秒左右，高溫高壓失水控制在15ml以下，保證鉆井液的防塌能力。鉆過白堊系后，將鉆井液密度提至1.25g/cm3。

215.9mm井段

1.螺桿+PDC鉆具組合：在三開井段，地層主要是二疊系，石炭系，泥盆系，志留系和奧陶系地層。地層壓實性好，地層可鉆性差，常規鉆井工藝機械鉆速較低，螺桿+PDC工藝的推行，比常規鉆進工藝機械鉆速提高明顯：在地層、埋深、鉆頭型號和鉆進參數相同的情況下使用螺桿情況下比不使用螺桿其機械鉆速提高了61.79%-167.89%。螺桿的使用也大大減輕了鉆具的疲勞損傷，保證了井下安全。但唯一不足的是螺桿的工作壽命和安全系數仍然是制約螺桿+PDC工藝大面積推廣的主要因素。

表2 215.9mm井段螺桿使用表

2.鉆頭的選型：在二疊系地層，主要采用牙輪鉆頭進行鉆進，穿透二疊系地層后更換PDC鉆頭。在石炭系泥巖段，以及志留系柯坪塔格組地層磨性強，可鉆性差，建議使用抗研磨性強的PDC鉆頭（如DBS、迪普、BEST鉆頭等），并適時調整鉆井參數，當地層硬度大，牙齒難以吃入地層時，要適當加大鉆壓，同時要降低轉速，達到既保護好鉆頭又能提高鉆速的目的。DBS生產的FMX553Z單只鉆頭鉆進1082m和FMX545Z機械鉆速達9.59m/h的好成績，DS653AB、M1955SS和M1952SS也取得較好的機械鉆速。

表3 215.9mm井段鉆頭使用表

TP 119 30 8 80 23 23 14 108 2 32.58 FMX 553Z FMX 553Z FM35 53Z+198.5 25.5 1.7 5 5.4 5 1.2 8 5185-5199 5199-6281 4939.22-4971.8 30 21.5 2.3 5 40+螺桿4971.8-5229.22 MS19 52SS 30 21.5 231.81 1.9 4 MS19 52SS 5229.22-5461.03 119.25 38+螺桿27 257.42 19.5 73 432.8 28 83.25 19 MS19 52SS 5461.03-5893.83 5.1 7 1.1 6 TP 17 5893.83-5899.83 109.67 62 23 17 6川7-4聚晶MS19 52SS 318.27 5899.83-6218.1 180.25 1.7 7 74 28 20 M195 5SS 349.94 2.1 8 72 6218.1-6568.04 28 160.58 21.5 69.17 70 26.88 6568.04-6789 21 220.96 70+螺桿24 767.33 270.84 55.95 278.32 192.58 110.17 18 M195 5SS 17 4867.56-5680.44 5680.44-5951.28 5951.28-6007.23 6007.23-6285.55 3.1 9 3.9 8 2.4 6 3.1 1 17 80 30-40 60-80 100 15 25 30 5.2 146.17 DS65 3AB DS65 3AB M195 5SS M195 5SS 80 20-60 20-80 40-70 60-100 10-100 80-120 80-120 60-80 80-100 80 1.9 24 18 TP 303 349.67 59.92 M195 5SS 6285.55-6635.22 5.8 4 75 40+螺桿40+螺桿40+螺桿22螺桿19 63+螺桿25

3.鉆具組合及參數：1）二疊系：由于托普臺地區二疊系厚度在100-300m，地層易破碎掉快，所以二疊系鉆進時采用常規鉆具組合：215.9mm牙輪+158.75mm鉆鋌2根+214mm扶正器+158.75mm鉆鋌19根+127mm鉆桿；鉆進參數:W:140-180KN；N:80r/min；Q:30L/s；P:20Mpa。2）石炭系、志留系、泥盆系：地層研磨性強，采用PDC+螺桿鉆具組合：215.9mmPDC+172mm螺桿+61/4″鉆鋌1根+214mm扶正器+61/鉆鋌*20根+5″鉆桿；鉆進參數：W:60-100KN；N:80r/min；Q:27-30L/s；P:20-22Mpa。鉆鋌長度的選擇以保證鉆頭在最大鉆壓下時應力中和點在鉆鋌上為原則。215.9mm井段選用欠尺寸扶正器，外徑一般在213-215mm之間。采用小鐘擺鉆具組合，扶正器距鉆頭距離在21-22m時鐘擺力防斜最為理想。鉆進過程中鉆遇礫巖、礫質砂巖前20m時及時下調鉆速和鉆壓，防止提前損壞鉆頭。扭力發生器、渦輪鉆具等新工藝可以在托普臺地區進行嘗試。

4.二疊系井漏預防及處理：1）鉆開二疊系地層前，復配使用各類防塌劑GLA、WFT-666和聚合醇，確保鉆井液具有良好的防塌能力。同時，鉆井液中加入QS-2和PB-1、單封等隨鉆堵漏材料，提高鉆井液的堵漏性能和地層的承壓能力，鉆進過程中及時補充防塌、堵漏材料，封堵誘導性裂縫的形成。2）鉆井液密度在設計范圍內和確保井壁穩定的前提下盡量走下限，并始終保持鉆井液密度均勻，以防較大的壓差壓漏地層。3）若漏失速度小于5m3/h，則繼續進行隨鉆堵漏；如鉆進過程中發生嚴重漏失（大于10m3/h），直接進行擠水泥堵漏。鉆穿二疊系后擠水泥（含一定纖維）封堵二疊系，確保二疊系的承壓能力能達到后期下套管固井的要求。

5.鉆頭泥包預防：1）針對下部地層易水化分散造成鉆頭泥包，進而影響機械鉆速等復雜情況，結合下部地層鉆井液返速較低的特性，將鉆頭水眼變小，提高鉆頭水眼對流道的沖刷，清潔鉆頭切割齒表面，從而提高鉆頭機械鉆速。2）鉆至易泥包地層前，加足聚合物絮凝劑，確保鉆井液具有較強的抑制性，保持鉆井液性能處于最佳狀態，同時使用好固控設備，保持鉆井液低的固相含量和含砂量；3）在滿足井下攜砂的前提下，盡量降低鉆井液粘度切力（粘度45S，切力4-6/7-12Pa），鉆井液具有較強的沖刷性能；保持大排量（30-32L/S）、高返速，最大限度的提高鉆井液對鉆頭的沖刷力；4）鉆井液中保持清潔劑（RH-4）含量達到0.4-0.6%，以滲透、分散PDC水槽內的黏附物，并加足潤滑劑含量，降低泥巖對鉆頭的黏附能力；5）在鉆頭泥包高發地層中鉆進，起鉆前先充分循環鉆井液，清洗井眼；下鉆時將PDC排屑槽用篩網包裹好，確保下鉆時鉆頭水眼和排屑槽通暢。6）鉆頭的泥包的根源是水眼射流沖擊力無法有效清潔鉆頭排屑槽的巖屑。水眼的選擇可能對泥包有一定的影響。建議在以泥包的地層，在不影響排量的情況下盡量使用小水眼，最好保持水眼壓力降在2Mpa左右。

6.井壁失穩的預防〔1〕：三疊系、二疊系地層的防塌工作重點在物理防塌、化學防塌輔助。也就是采用合理的泥漿密度，保持井眼內基本的力學平衡，所謂的平衡是鉆井液柱壓力和地層坍塌壓力平衡。同時鉆進時在能滿足攜帶巖屑的條件下盡量降低鉆進排量，以減少泥漿對井壁的沖刷。在此基礎上，選擇合適的防塌劑并控制一定的失水，基本就能達到明顯的效果。對于石炭系下統巴楚組、志留系、泥盆系及奧陶系上統防塌重點放到化學防塌和有效封堵上。要選擇2-3種防塌材料，最好要有變形微粒類和成膜類復合使用，以封堵泥巖地層的微裂縫，API失水和高溫高壓失水達到設計要求的下限，同時要保持鉆井液合適的礦化度，盡量與地層礦化度匹配，密度也要根據地層壓力系數，達到微過平衡的程度。但防塌材料的加入時要注意考慮是否影響地質熒光。

四、現場運用

1.TP222設計井深6530m，完鉆井深6551m。全井設計鉆井周期127天，實際鉆井周期70.58天，純鉆時間：593:30h，平均機械鉆速11.04m/h。全井井身質量優秀。

2.TP119設計完鉆井深6370m，實際完鉆井深6360m。全井設計鉆井周期120天，實際鉆井周期64.5天，純鉆時間：603.5h，平均機械鉆速10.54m/h。全井井身質量優秀。

五、結論及總結

1.螺桿+PDC小鐘擺鉆具組合的推廣，大幅度提高了塔河油田托普臺區塊311.2mm和215.9mm井段的機械鉆速和井身質量，縮短了鉆井周期。但螺桿的使用時間和安全系數已是一個值得深究考慮的問題。

2.在311.2mm井段，M5363L、MS1952SS和FS2563BGPDC型號的PDC鉆頭，在215.9mm井段的FMX553Z、FMX545Z、DS653AB、M1955SS和M1952SS的PDC鉆頭都顯示了比較好地層切削能力。但PDC鉆頭和螺桿的匹配性一個值得探討的課題。

3.二疊系的漏失，擠水泥堵漏是一個比較快捷有效的提高地層承壓能力的方式。三疊系、二疊系坍塌掉快采用物理方法封堵為主，石炭系、志留系和泥盆系的坍塌掉快以化學封堵為主。

4.鉆頭泥包重在前期對泥漿的凈化處理和工程預防。鉆頭水眼的選擇在一定程度上也對鉆頭泥包有一定影響，易泥包地層可更換為小水眼。若在鉆頭上能形成一層納米涂層，泥包將有可能成為歷史。

[1]郭建國.塔河油田托普臺地區鉆井液技術[J].山東化工,2010,39(2):35-37.