鄂爾多斯盆地長城系地層應(yīng)用氮氣鉆井探索提速新手段

楊 赟, 郭小虎, 賈軍喜

(1中國石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院 2低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室3中國石油長慶油田分公司工程技術(shù)管理部)

儲層氮氣鉆井是指在主力儲層實施以氮氣作為循環(huán)介質(zhì)的氣體鉆井作業(yè)，具有避免井下燃爆、確保安全快速鉆井、提高機(jī)械鉆速、及時準(zhǔn)確評價儲層等技術(shù)優(yōu)點[1]。基于鄂爾多斯盆地天然氣風(fēng)險探井長城系地層研磨性強(qiáng)、可鉆性差、機(jī)械鉆速低的問題，在T105、T91兩口井儲層開展了氮氣鉆井提速試驗，提速效果明顯，為長城系地層鉆井提速提效提供了新手段。

一、長城系地層可鉆性分析

地層可鉆性是影響鉆頭破巖效果、制約鉆井速度的主要因素，可通過地層可鉆性級值、機(jī)械鉆速、鉆頭使用壽命來表現(xiàn)，其受埋藏深度、巖石強(qiáng)度、巖性、膠結(jié)結(jié)構(gòu)等因素的影響。下面基于地層巖性、聲波時差等資料綜合定性和定量分析長城系地層可鉆性。

1. 地層巖性與可鉆性的相關(guān)性

以鄂爾多斯盆地中西部GT1井、T59井、L34井為例，長城系地層巖性以砂巖、含礫砂巖為主，主要為硅質(zhì)膠結(jié)結(jié)構(gòu)，存在變質(zhì)砂巖，石英含量高，普遍在60%以上，且石英含量隨井深增加而增加，下部井段石英含量90%以上，見表1?；凇稁r石十二級分級表》(1958年地質(zhì)部頒發(fā))和莫氏硬度標(biāo)準(zhǔn)分析，長城系地層由于石英含量高，且部分區(qū)域存在致密硅質(zhì)膠結(jié)結(jié)構(gòu)，屬于中硬-硬巖石，研磨性強(qiáng)、可鉆性極差，導(dǎo)致常規(guī)鉆井液鉆井機(jī)械鉆速低、鉆頭易磨損。

2. 聲波時差與可鉆性的相關(guān)性

地層可鉆性與聲波時差的關(guān)系最為密切，聲波時差反映地層的拉伸和壓縮變形及強(qiáng)度特性，地層可鉆性反映巖石抵抗鉆頭沖擊與剪切破壞的能力，聲波時差越小，可鉆性越差、可鉆性級值越大。

以鄂爾多斯盆地中西部GT1井、T59井、L34井為例，通過劉新田等人修正的鄂爾多斯盆地地層可鉆性級值預(yù)測數(shù)學(xué)模型[2](見式1)，計算出長城系地層可鉆性級值(見表2)，其長城系地層可鉆性屬于6～8級，屬于中硬-硬地層[3]，可鉆性差。

Kd=21.136e-0.00519Δt-1.172

(1)

式中:Δt—聲波時差值，s/m。

表1 已鉆井地層構(gòu)造及長城系地層巖性情況

表2 長城系地層可鉆性分級情況

3. 長城系常規(guī)鉆井工程情況分析

以鄂爾多斯盆地中西部GT1井、T59井、L34井為例，長城系可鉆性差、鉆頭使用效果差，機(jī)械鉆速低(普遍低于1 m/h)、單只鉆頭進(jìn)尺短(普通鉆頭平均進(jìn)尺低于50 m)，給鉆頭選型提出了更高要求。近年試驗孕鑲鉆頭+渦輪鉆具、混裝鉆頭，提速和提高鉆頭壽命方面取得一定效果。

綜合地層巖性、聲波時差及實鉆分析可知，盆地中西部長城系地層可鉆性6～8級(級值6～8.5)，屬于中硬-硬地層，石英含量高，部分地層石英含量高達(dá)95%，甚至部分區(qū)域存在致密硅質(zhì)膠結(jié)構(gòu)，地層可鉆性極差、研磨性強(qiáng)，普遍存在機(jī)械鉆速低(0.3～0.5 m/h)、鉆頭壽命短的問題。試驗應(yīng)用孕鑲鉆頭+渦輪鉆具、混裝鉆頭等新技術(shù)，機(jī)械鉆速取得一定提升(0.5～0.8 m/h)，鉆頭壽命也有所增加，但仍不理想。因此，提出在鄂爾多斯盆地天然氣探井長城系地層應(yīng)用氮氣鉆井提速的新思路。

二、長城系氮氣鉆井及提速可行性分析

1. 地層壓力

鄂爾多斯盆地中西部長城系地層壓力系數(shù)為0.91～1.03，屬低壓力系統(tǒng)。如GT1井長城系地層壓力系數(shù)1.0，T59井長城系地層壓力系數(shù)0.92～0.94。

2. 井壁穩(wěn)定性

(1)實鉆資料表明，長城系鉆井液鉆進(jìn)期間未出現(xiàn)因井壁垮塌所導(dǎo)致的井下復(fù)雜。

(2)QS1井、HT1井、T1井等井測井圖表明，長城系地層井徑擴(kuò)大率多為2%～5%，最大14%。

(3)長城系巖性為含礫石英砂巖和云母片巖，地層強(qiáng)度高、研磨性強(qiáng)，井壁穩(wěn)定。

3. 地層產(chǎn)油氣水情況

(1)K1井、HT1井長城系巖心資料分析，長城系以產(chǎn)氣為主。

(2)已收集的資料表明，僅QS1、HT1兩口井在長城系見水層分布。① QS1井長城系解釋水層4層，共16.5 m，預(yù)測產(chǎn)水速度3.1 m3/h；② HT1井長城系解釋水層1層，10.5 m，預(yù)測產(chǎn)水速度4.6 m3/h。

(3)未有資料提示長城系有含H2S。

圖1 長城系氮氣鉆井與常規(guī)鉆井機(jī)械鉆速對比

4. 提速可行性分析

調(diào)研分析可知，與鄂爾多斯盆地長城系地層地質(zhì)特征類似的克拉瑪依AK1井鳳城組(可鉆性差6.5～7級，鄰井FN7井四開鉆井液鉆井平均機(jī)械鉆速0.71 m/h，消耗?215.9 mm鉆頭16只)[4]、塔里木MD2井志留系(MD2井?149.2 mm井眼鉆井液鉆井井段平均機(jī)械鉆速0.57 m/h，鄰井MD1井鉆井液鉆井平均機(jī)械鉆速1.01 m/h，消耗?152.4 mm鉆頭32只)[5],氮氣鉆井提速試驗效果顯著，AK1井四開鳳城組消耗?215.9 mm鉆頭3只、平均機(jī)械鉆速5.21m/h，MD2井志留系消耗?149.2mm鉆頭2只、平均機(jī)械鉆速5.44m/h，同比鉆井液鉆井鉆速提高4倍以上，且單只鉆頭進(jìn)尺大幅度增加。

綜上所述，可嘗試在長城系應(yīng)用氮氣鉆井提速，但須做好出水、出氣預(yù)防措施，確保作業(yè)安全。

三、長城系地層氮氣鉆井試驗分析

鄂爾多斯中西部長城系地層試驗氮氣鉆井2井次，均實現(xiàn)三開氮氣鉆井一趟鉆。T105、T91井長城系地層氮氣鉆井提速明顯，同比常規(guī)鉆井提速4倍以上，比應(yīng)用孕鑲鉆頭+渦輪鉆具、混裝鉆頭等新技術(shù)的GT1、L34井提速1倍以上，見圖1。

T105井、T91井氮氣鉆井選用SMITH 537X ?152.4 mm三牙輪鉆頭實現(xiàn)三開氮氣鉆井一趟鉆，鉆頭數(shù)量大幅度減少，鉆頭進(jìn)尺明顯增加，鉆頭進(jìn)尺最長245 m(長城系鉆進(jìn)107 m)，鉆頭平均進(jìn)尺200 m(表3)。

表3 長城系地層氮氣鉆井及常規(guī)鉆井鉆頭使用情況

四、認(rèn)識與建議

(1)長城系氮氣鉆井提速效果顯著，效果優(yōu)于孕鑲鉆頭+渦輪鉆具、混裝鉆頭等新技術(shù)，為開發(fā)沉積年代遠(yuǎn)、可鉆性差的地層提供了新的鉆井提速手段，同時為準(zhǔn)確評價儲層提供新途徑。

(2)建議開展長城系地層巖石可鉆性測定以及鉆頭適應(yīng)性試驗，為優(yōu)選鉆頭提供依據(jù)。