吐哈盆地深層天然氣井優快鉆完井技術

徐麗琴

（中國石油吐哈油田分公司工程技術研究院，新疆鄯善838202）

吐哈盆地深層天然氣井優快鉆完井技術

徐麗琴*

（中國石油吐哈油田分公司工程技術研究院，新疆鄯善838202）

勝北、紅臺、巴喀等區塊是吐哈油田天然氣上產的重點領域，從分析紅臺、勝北、巴喀等天然氣建產主要區塊鉆井難點出發，開展天然氣領域復雜巖性剖面全新鉆頭設計、新型防卡鉆具組合、煤層安全鉆井等技術攻關，并在50口井進行試驗及推廣應用，實現了復雜天然氣藏鉆井提速突破。

天然氣；鉆頭設計；儲層保護；優快鉆井

勝北、紅臺、巴喀等區塊是吐哈油田天然氣上建產重點領域，受一系列瓶頸問題的制約，該領域前期鉆井速度慢、周期長、開發效果差，鉆井技術不能滿足天然氣快速建產的緊迫需求，主要技術難點表現為：勝北白堊系地層厚層大粒徑礫石發育，前期鉆井PDC鉆頭使用受限導致鉆井速度慢。紅臺上部地層井壁穩定性差，易發生憋、卡等復雜，硬脆性泥巖發育導致機械鉆速慢；巴喀地層傾角大井身質量控制難、煤層發育復雜事故多、下部致密砂巖鉆速慢。

1　區域鉆井難點分析

（1）勝北區塊中部地層1700～2450m礫石發育，可鉆性較差、研磨性較強，常規PDC鉆頭使用效果差，采用牙輪鉆頭鉆進以及引起的起下鉆施工影響整體鉆井施工效率。

（2）紅臺水平井鉆井由于儲層的不連續性，實現長水平段鉆井需穿越150～250m泥巖，目前鉆井液體系穿越泥巖主要采用提高密度措施，但上部漏層和水平段易塌層泥巖處于同一裸眼，高比重防塌與漏失的矛盾突出。同時由于水平段頻繁軌跡調整（每口井2～3次），導致上部泥巖段浸泡時間過長，超過坍塌周期（一般在35d左右），出現不同程度的垮塌現象，形成不規則井眼，大肚子井段環空鉆井液返速降低，導致攜砂困難。

（3）巴喀區塊構造地質條件復雜，受煤上地層傾角大（40°～70°）、中下部地層煤層發育（最長跨度2243m、最大累計厚度252m、最多層數84層、單層最厚73m）等因素影響，鉆井過程中煤上防斜打快與煤層安全鉆井問題突出，最終導致煤系地層鉆井速度慢、鉆井周期長，嚴重制約了山前帶勘探開發進程。

2　鉆井提速配套技術

2.1全新PDC鉆頭優化選型

針對各區塊鉆井難點及地層特征提出PDC鉆頭設計思路：①勝北——大粒徑厚礫石：設計雙排齒PDC，提高攻擊性與切削效率。②紅臺——硬脆性泥巖：超寬流道，深排屑槽，避免泥包；大螺旋、斜刀翼，主動切削地層；冠部頭型更尖銳，超強攻擊性。③巴喀——致密砂巖：保徑為碳化鎢合成塊與PDC鑲嵌齒混合。切削齒多空間多角度小尺寸切屑齒布齒；全角度深度濾鈷抗高溫復合片。

（1）500～2000m井段：巖性以泥巖為主、夾薄砂礫巖，針對其地層松軟、可鉆性好的特征，優選8-1/2″EM1905ESGU或9-1/2″SD9531ZC型PDC鉆頭，采用五刀翼、?19mm主切屑齒、較高拋物線設計，確保較強攻擊性的同時具有一定的穿礫石夾層能力。

（2）2000～3200m井段：巖性以雜色砂礫巖、棕紅色泥巖不等厚互層為主，針對其地層可鉆性較好、白堊系存在厚礫巖的特征，優選8-1/2″MD6645A或MD6651A型PDC鉆頭，采用六刀翼、?16mm主切屑齒、較低拋物線設計，重點強化礫巖穿越能力。

2.2動力鉆具優化改進研究

通過改進螺桿制造工藝、物理特性，推行按需訂制模式，使其具有更長的井底工作壽命和更高的鉆進工況匹配度。豐富了螺桿鉆具品種系列，改變了以前類型單一，選擇性、適應性差的局面，起下鉆頻次大幅下降，施工效率大幅提高。

傳動軸由以前傳統的花瓣式升級為新型高強度密封球式，提高傳動軸和動力鉆具整體壽命和安全性；瓣比由以前的5/6中速螺桿鉆具為主優化為以7/8中低速為主，增加輸出扭矩；螺桿選用級數增至5～6級，以進一步增強輸出動力；根據待鉆工況需求確定穩定器的類型、加量及配合尺寸。

（1）扶正器類型選用三瓣式偏心直棱穩定器，如圖1所示。

圖1　動力鉆具配合穩定器優化調整

（2）如果需要強力增斜，則選用只附下穩定器的螺桿，且盡量保證下扶正器尺寸滿眼；如果需要強力穩斜，則選用附上下雙穩定器的螺桿，且穩定器的尺寸以下穩定器稍小為宜；如果需要降斜，則選用只附上穩定器的螺桿，或不附穩定器的螺桿。

2.3新型防卡鉆具組合設計

（1）針對北部山前帶大段易坍塌煤系地層，優選螺桿鉆具復合鉆進方式，一方面減少上部鉆具的轉動和磨損，更重要的是減少對井壁的碰撞，提高了鉆具的安全性。為進一步提高螺桿鉆具的防卡能力和使用壽命，對螺桿鉆具進行了改進。

（2）煤層段優選“0-1”鉆具組合（如圖2所示），可有效實現煤層穩斜鉆進，避免大井斜穿越煤層，確保煤層安全鉆進。

其鉆具組合為：?215.9mm鉆頭+?210mm直棱非對稱穩定器+?165mm單彎螺桿（0.75°）+?212mm螺旋穩定器+?159mm螺旋鉆鋌×15根+柔桿+?159mm隨鉆震擊器+?127mmHWDP×9根+?127mmDP。

2.4煤層安全鉆井對策

圖2　防卡穩斜鉆具組合

煤體破碎、塑性、水敏膨脹性、應力集中和地層傾斜等客觀因素是煤巖井壁失穩的前提，泥頁巖的膨脹推擠作用和格檔效應是泥頁巖與煤巖相互作用的具體表現，北部山前帶煤層分布廣，單層厚度大，增加了井下復雜情況出現的機會。要解決煤層井壁失穩問題，應該從以下幾方面入手：

（1）必須選擇合適的鉆井液體系和最佳的鉆井液密度。鉆井液必須具有快速、牢固封堵煤層裂縫的功能，良好的泥頁巖抑制性和造壁性；最佳的鉆井液密度，既能平衡井壁的應力，又能在起下鉆過程中防止煤巖解體、煤層坍塌事故的發生。

（2）由于吐哈盆地煤層多為煤巖與泥頁巖交互存在，其厚度多為薄—中厚煤層，所以鉆井液必須對泥頁巖具有抑制性，同時也能抑制煤巖中的粘土礦物，對泥頁巖裂縫有良好封堵效果，又不會使泥頁巖過度膨脹擠壓煤巖促使煤層坍塌。

（3）煤巖破碎，井內壓力波動、水力沖擊、震動會導致煤層瓦斯解析，加速煤巖解體。鉆井工藝上必須減小井內壓力波動，降低水力沖擊，減少鉆具在井內的徑向運動。在鉆進過程中，適當降低鉆機的轉速，控制起、下鉆速度，減少鉆具旋轉和壓力波動對煤層井壁穩定性的影響。

（4）在山前構造帶區域，由于煤層多，單層厚，應力集中和地層傾斜等客觀因素，增加了井下復雜和事故出現的幾率，在鉆進中應制定更加詳細和有針對性的技術措施，采取降低鉆速、緩慢釋放煤層應力，并反復劃眼修整井壁，及時擠碎并帶出井下塌塊等措施，確保上部井壁穩定和下部鉆進安全。

3　現場應用情況

在勝北、紅臺及巴喀等區塊現場試驗和推廣應用50井次，其中勝北區塊推廣應用47井次，鉆井周期由53.67d縮短至32.29d，縮短39.8%；機械鉆速由6.27m/h提高至10.27m/h，提高63.8%；鉆頭用量由7.67只減少至5.21只，減少32.1%；復雜事故時效由6.35%降低至2.06%，降低67.6%。巴喀區塊鉆井提速試驗1井次，通過近年來持續攻關，巴喀致密氣鉆井不斷實現新跨越。該井鉆井周期52.63d，機械鉆速5.66m/h，刷新巴喀地區鉆井周期最短、機械鉆速最高2項記錄。紅臺區塊直導眼提速試驗1井次，鉆進周期由55.44d縮短至28.83d，縮短48%；機械鉆速由6.15m/h提高至8.46m/h，提高37.6%；鉆頭用量由8只減少至6只，減少了25%。創紅臺區塊最快鉆井記錄。

4　結論與認識

通過開展優快鉆完井技術攻關，研制的新型PDC鉆頭成功突破勝北白堊系厚礫巖、紅臺硬脆性泥巖PDC應用瓶頸，首次實現勝北二開全程PDC復合鉆井，刷新紅臺區塊最高單只進尺記錄1814m，創鋼體PDC鉆頭成功應用先例。研發新型防卡鉆具組合，制定煤層安全鉆井技術規范解決了巴喀區塊大段巨厚煤層安全鉆井難題，實現天然氣領域鉆井速度大幅提升。

［1］嚴新新，陳永明，燕修良.MPD技術及其在鉆井中的應用［J］.天然氣勘探與開發，2007，30（6）：62-66.

［2］郝希寧，汪志明，薛亮，等.泥漿帽控壓鉆井裂縫漏失規律［J］.石油鉆采工藝，2009，31（5）：48-51.

［3］張利生，宋周成，白登相，等.注氣控壓鉆井技術在塔里木油田的應用［J］.長江大學學報，2008，5（3）：168-170.

［5］祁玉童.鉆井過程中循環當量密度的控制方法［J］.石油機械，2008，36（3）：74-76.

TE2

B

1004-5716（2016）07-0039-03

2016-03-17

2016-03-21

徐麗琴（1981-），女（漢族），四川眉山人，工程師，現從事鉆井工藝技術研究工作。