照南區塊鉆井提速配套技術研究與應用

劉宗康

（西部鉆探吐哈鉆井公司，新疆 吐魯番 838200）

近年來照南區塊鉆達下侏羅統完成井，平均井深3922.81m，鉆井周期144.44 天，平均機速2.47m/h，平均月速816m/臺月，事故復雜時效4.21%，鉆井周期長，機械鉆速慢，事故復雜率高嚴重影響該區塊的產能建設和鉆井提速工作，研究開發一套適合該區塊鉆井快速配套技術勢在必行。

1 難點分析

照南區塊實際鉆井中，主要以第三系、中侏羅統七克臺組、三間房組和西山窯組，下侏羅統三工河組和八道灣組及前侏羅系地層為主，鉆井難點突出。

1）地層均質性差、夾層多，存在大段礫巖，PDC 使用受限，牙輪機速慢，使用數量多，單只進尺少，起下鉆時間多。二開砂巖地層砂礫巖占70%，礫巖含量20%，平均機速3.08m/h，使用鉆頭12 只，單只進尺202.69m，起下鉆時間201.57h。三開砂巖地層砂巖占75%，含少量礫巖，地層研磨性強，平均機速1.46m/h，使用鉆頭11 只，單只進尺96.54m，起下鉆時間274.47h。

2）西山窯組及其以下地層煤層發育，煤層多且厚，膠結疏松，易坍塌，平均38 層，平均段長114m，最厚煤層26m，平均損失時間22.16h。

3）受山前逆沖推覆作用，下部侏羅統地層受到強烈擠壓，形成褶皺地層，裂縫發育；地層巖性以砂泥巖為主，地層縫隙填充物以黏土礦物為主，水敏性強，井壁穩定性差，易井塌，事故復雜多發，平均損失時間107.09h，平均事故復雜率3.08%。

4）受山前構造影響，全井地層傾角大（0～50°），方位多變，自然造斜率高，采用常規井身質量控制方式效果差，前期井斜都有超標，井底位移平均118m。

2 提速配套技術研究

開展地層巖石可鉆性研究，優選了個性化PDC 鉆頭、井下動力鉆具，提高了機械鉆速，減少了鉆頭使用數量，縮短了起下鉆時間。

2.1 巖石可鉆性研究

根據彈性波理論，巖石的聲波時差取決于巖石的彈性模量、泊松比、巖石的密度等參數，其參數值的大小反映了巖石的強度、彈性及硬度，而地層巖石的可鉆性與這些參數之間存在著內在的聯系。

2.2 優選個性化PDC 鉆頭

二開井段選用抗沖擊能力強的PDC 鉆頭。鉆頭采用5 刀翼設計，增大排泄槽，優化水眼布局，增強排屑能力；選用19mm 適合含礫地層快速鉆進的PDC 復合片，中密度布齒；采用非同心布齒，增強鉆頭工作穩定性，提高鉆頭行程鉆速。三開井段選用抗研磨性強的PDC 鉆頭。

2.3 優選個性化井下動力鉆具

通常PDC 鉆頭與井下動力鉆具配合使用，兩者的匹配直接影響鉆頭使用效果，匹配合適能有效提高鉆頭使用時間和機械鉆速。

2.4 開展煤系地層特征研究

優化了鉆具結構、鉆井參數，應用球形扶正器、隨鉆安全倒扣裝置等安全鉆井工具，形成煤層段安全鉆進技術。

1）煤系地層特征

該區塊煤層主要在侏羅系發育，埋藏深度在2600m～4200m，測井數據顯示以低伽瑪、高電阻，其上發育低速泥巖段為特征，一般厚度約5～15m，最厚可超過20m，平面分布穩定，在地震剖面上為一可連續追蹤對比的強反射同相軸。

2）應用球形扶正器、隨鉆安全倒扣接頭，優化煤層段鉆具組合和鉆井參數。

在鉆井中引入了球形扶正器，該扶正器相比常規扶正器，扶正棱由80cm 縮短至40cm，扶正棱兩端細中間粗，扶正器棱兩端采用斜坡設計，采取該設計能減少小間隙井段，與井壁接觸面積減少了50%，由面接觸變為點接觸，降低扶正器阻卡。

2.5 開展侏羅系下統地層巖性研究

優化泥漿性能，應用弱凝膠鉆井液體系，預防井下事故復雜。

1）礦物組份分析

黏土礦物中伊/蒙混層含量較大，最大達至79%，混層比最大達到40%。

2）該區塊下部地層受山前逆推覆影響，地層存在微裂縫，在鉆井過程中經常出現井塌，造成井下遇阻劃眼等復雜事故，因此建立地層三壓力剖面，確定照南區塊泥漿密度平衡地層坍塌壓力是預防井下垮塌最有效的手段，通過隨鉆DC指數壓力監測和測井數據計算，建立了照南區塊三壓力剖面。

3）應用弱凝膠鉆井液技術

應用新型弱凝膠鉆井液體系，優選流變性優良，抑制性及攜砂、封堵能力強的弱凝膠主劑與輔劑。

配方：井漿+2.5%DBFT-201+2%MEG+1%YGC+1%SMT+0.5%BC-VIS+2%BC-BPG

2.6 開展地層自然造斜規律

防斜鉆具組合研究，應用復合鉆具組合配合無線隨鉆監測儀，隨時監測井身質量，釋放鉆壓，實現防斜打快。

1）地層自然造斜規律研究

根據前期地質測井資料顯示，該區塊上部齊古組-三間房組地層傾角在20～50°，自然方位240°，自然造斜率0.4°/30m；中部西山窯-三工河組地層傾角0～20°，自然方位40°，自然造斜率0.2°/30m；下部八道灣組：地層傾角0～20°，自然方位180°，自然造斜率0.2°/30m。上部地層傾角較大，自然造斜率較高平均達到0.4°/30m，中下部地層傾角相對要小，自然造斜率小在0.2°/30m 左右，但是自然方位變化較大，井眼走向不易掌握。

2）防斜鉆具組合研究

3）應用復合鉆具強化鉆井參數

采用單彎雙穩鉆具組合，強化鉆井參數，二開井段鉆壓由原來的60kN 強化到80～120kN，排量強化到50～58l/s，三開井段鉆壓由原來的40kN強化到60～100kN，排量強化到32～38 l/s。見表1。

表1 鉆具結構與特點

3 應用效果

二開井段使用3 只鉆頭打完進尺，機速提高113.31%，使用數量減少75%，單只進尺增加298%，起下鉆時間減少74%。應用優化后的煤層鉆具結構和鉆井參數平均鉆遇煤層48.5 層，平均段長116m，平均最厚煤層26m，鉆井中無復雜事故發生。應用新型弱凝膠鉆井液體系，提高了泥漿的抑制性、防塌性、封堵造壁性，事故復雜損失時間減少96.38%，井眼擴大率降低35.76%。應用復合鉆具結構配合MWD，釋放了鉆壓，提高了鉆井速度，有效控制了井身質量，復合鉆進進尺占比提高89.33%，平均機械鉆速提高132%，井身質量合格。

4 結語

通過地層巖石可鉆性研究，優選的個性化PDC 鉆頭適應該區塊地層，能有效提高機械鉆速，減少使用數量。針對該區塊煤層特點優化的煤層鉆井鉆具組合和鉆井參數，能夠有效預防煤層卡鉆，對其他區塊煤層鉆井提供了有力的參考。