優快鉆井技術在環瑪湖凹陷斜坡區的應用

楊明合，李維軒，劉穎彪，石建剛，徐生江，周鵬高，楊 虎

（1.鉆井工程重點實驗室防漏堵漏技術研究室（長江大學），湖北武漢 430100；2.新疆油田公司工程技術研究院，新疆克拉瑪依 834000）

瑪湖凹陷是準噶爾盆地二級構造單元，環瑪湖凹陷斜坡區勘探工作目標是進一步深化三疊系-二疊系不整合上下地層巖性油藏富集與高產規律，擴大百口泉組勘探成果，探索和拓展二疊系有利勘探領域，實現儲量目標。凹陷斜坡區下部地層巖性和壓力系統比較復雜，區域壓力變化大，縱向多套壓力系統并存，下部地層可鉆性較差，在某些井段鉆進時機械鉆速低，井下復雜情況時有發生，致使鉆井周期加長、鉆井投資增大。

優快鉆井技術是國內近幾年提出并迅速發展起來新的鉆井工藝技術。其主要研究內容是對各項鉆井技術應用最優化理論，結合經濟效益綜合分析，確定各項鉆井技術的最優匹配模式。綜合應用優快鉆井技術，可以顯著提高鉆井效率，加快新疆油田環瑪湖地區勘探開發步伐，節約勘探開發成本。

1 環瑪湖凹陷斜坡區地層鉆井地質難點分析

（1）環瑪湖凹陷斜坡區壓力系統復雜，區域壓力變化大。由夏72 井區、瑪13 井區至瑪北油田、瑪南斜坡，儲層百口泉組試油外推壓力1.0～1.15 g/cm3上升到1.40～1.7 g/cm3，由瑪西斜坡至瑪東斜坡，地層壓力逐步升高。

（2）環瑪湖凹陷斜坡區縱向多套壓力系統并存。地層壓力上低下高，侏羅系及三疊系地層承壓能力低，百口泉組及烏爾禾組儲層安全密度窗口窄，若處于同一裸眼井段，鉆井風險大，井身結構優化難度大。

（3）環瑪湖凹陷斜坡區漏失層段多、漏失壓力低，普遍存在漏失現象，防漏堵漏難度大。在白堊系吐谷魯群組底部的砂礫巖、侏羅系西山窯組和八道灣組的煤層、二疊系克拉瑪依組的砂礫巖等地層，漏失頻繁。

（4）環瑪湖凹陷斜坡區部分地層井壁穩定性差，制約井身結構優化。三工河組軟泥巖、八道灣組砂礫巖、克拉瑪依、百口泉組硬脆性泥巖易垮塌，造成鉆井阻卡，水平井的井身結構優化簡化難度大。

（5）環瑪湖凹陷斜坡區侏羅系八道灣組底部普遍存在礫石發育，厚度100～350 m 不等，可鉆性差。且克拉瑪依組地層巖性橫向變化大，縱向夾層多，砂礫巖粒徑大小不均，制約PDC 鉆頭優選；儲層百口泉組砂礫巖礫徑大，平均厚度150～200 m，PDC 鉆頭突破難度大。

2 環瑪湖凹陷斜坡區優化鉆井配套技術

2.1 優化井身結構設計

合理的井身結構設計主要取決于對地層的巖性、地層壓力及復雜層位分布等鉆井工程因素的綜合分析結果。根據環瑪湖凹陷斜坡帶地層壓力系統分布規律研究結果，結合實際生產施工，環瑪湖斜坡區井身結構優化設計逐步趨于成熟。瑪湖凹陷瑪北斜坡區域的井身結構簡化演變過程（見圖1），其井身結構簡化設計基本規律為：針對20 世紀90 年代的瑪北油田標準的三開結構，通過對技套下深進行優化，縮短了技套下深；然后從標準三開結構嘗試二開井身結構，即Φ311.2+Φ215.9 mm 復合，預留一層技套，到最終簡化為Φ241.3+Φ215.9 mm 鉆頭復合井眼。

圖1 瑪北斜坡區域的井身結構簡化演變過程示意圖

2.2 鉆頭類型優選

根據環瑪湖地區已鉆井使用的多種不同類型、尺寸的鉆頭，通過對鉆頭資料收集、整理、分析，從完鉆井的鉆頭實際使用效果著手，以鉆頭進尺、純鉆進時間為最終評判結果，采用比能法對已使用鉆頭進行評價優選，使得鉆頭選型在定性基礎上實現了定量化，既反映鉆頭的使用效果及使用條件，又綜合反映了一只鉆頭在某一地層內的鉆井效果。

比能計算公式為：

對于砂巖、泥巖地層系數A=6.23×10-3、B=9.818×10-3、C=0.086；對于灰巖地層則A=6.11×10-3、B=2.14×10-3、C=0.12。

式中：SE-比能，MJ/m3；W-鉆壓，kN；D-鉆頭直徑，mm；N 轉速，r/min；Tb-鉆頭扭矩，kN·m；R-鉆速，m/h；P-鉆頭比水功率，kW/cm3。

通過計算，結合現場試驗結果，逐步形成了一套適用與該地區的鉆頭序列。表1 給出了適用于環瑪湖凹陷的優選鉆頭序列：上部井段采用6 刀翼、16 mm 雙排切削齒PDC 鉆頭（FX65DX3）和5 刀翼、19 mm 雙排切削齒PDC 鉆頭（FS2563BGZ），下部井段采用XJDBS的FS2563BGX3 型號PDC 鉆頭。

表1 適用于環瑪湖凹陷斜坡區鉆頭優選結果

2.3 扭力沖擊器提速技術

扭力沖擊器配合PDC 鉆頭，能將鉆井液的流體能量轉換成扭向的、高頻的、均勻穩定的機械沖擊能量并直接傳遞給PDC 鉆頭，消除鉆頭粘滑現象，減少反沖扭力，有助于提高鉆頭的耐久性，延長鉆頭使用壽命。在夏91 井、瑪15 井克拉瑪依組砂礫巖地層，試驗扭力沖擊器+PDC 鉆頭，機械鉆速比鄰井提高2 倍左右，提速效果顯著。試驗對比效果（見表2）。

表2 試驗扭力沖擊器+PDC 鉆頭（三疊系克拉瑪依組）試驗結果

2.4 優化鉆井液體系配方

根據環瑪湖區塊地層特征，對鉀鈣基聚磺鉆井液體系中抑制劑、包被劑、降失水劑、封堵劑、潤滑劑進行了評價及優選，通過不同處理劑組合、配方優化等100組室內評價實驗，最終形成適合環瑪湖區塊的鉆井液技術。

針對環瑪湖區塊漏失特征，對常用的隨鉆堵漏劑進行了評價及優選，通過不同加量的隨鉆堵漏劑的流變性及砂床評價實驗可以得知，JCM-12、SD-601 對流變性影響最小、漏失量最少。通過常規堵漏技術研究，評價不同架橋離子的形狀（顆粒、纖維、片狀）、尺寸、強度（剛性材料和彈性材料）的合理匹配，形成的適合環瑪湖區塊的堵漏劑配方（4#），該配方對裂縫有較寬的適應性，可以封堵1～3 mm 的裂縫，并且能承壓至7 MPa（見表3）。

加入隨鉆堵漏劑，可以形成具有一定強度的非滲透性屏蔽帶，提高泥餅承壓能力及防漏能力。現場應用23 口井，發生井漏6 井次，較攻關前漏失井率降低了27.25 %。通過應用橋塞堵漏技術，井漏復雜處理時間短，平均單井漏失量下降28.23 %、平均單井處理時間下降41.57 %。

3 優快鉆井技術應用效果分析

在對地層壓力、井壁穩定性及巖石力學特性綜合分析的基礎上，環瑪湖凹陷斜坡區井身結構設計方案不斷優化。通過不斷強化鉆井配套技術，優化鉆頭設計和不同區帶攻關試驗，優選出一套適用的鉆頭序列。應用環瑪湖區塊的防漏堵漏技術，鉆井提速效果明顯。攻關后，環瑪湖斜坡帶20 口直井平均機械鉆速6.10 m/h，提高22 %；平均鉆井周期83.17 d，縮短11.89 d；井下鉆井復雜事故明顯減少（時效為0.77 %）（見表4）。

表3 常規橋接材料封堵承壓性能試驗結果

表4 環瑪湖斜坡帶鉆井綜合效果對比

4 結論

（1）通過對環瑪湖斜坡區地層的巖性、地層壓力及復雜層位分布等鉆井工程因素的綜合分析，優化了套管程序，環瑪湖斜坡區井身結構優化設計設計逐步趨于成熟。

（2）應用比能法對已使用鉆頭進行評價，結合現場試驗結果，逐步形成了一套適用于環瑪湖凹陷斜坡區的鉆頭序列；結合井下提速配套工具的有效利用，鉆井提速效果顯著。

（3）根據環瑪湖區塊地層漏失特征，通過不同處理劑組合評價實驗，優化鉆井液體系配方，防漏堵漏技術取得良好成效，形成適合環瑪湖區塊的鉆井液技術。

（4）綜合應用優快鉆井技術，環瑪湖凹陷斜坡鉆井提速效果明顯，加快新疆油田環瑪湖地區勘探開發步伐。

［1］ 李維軒.環瑪湖凹陷低滲儲層鉆井提速技術研究［R］.克拉瑪依，2013：12.

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