沙灣凹陷東北斜坡區配套高效鉆井技術及運用

馬雷，狄亮，陳曉文

中國石油新疆油田分公司 勘探事業部（新疆 克拉瑪依834000）

1 沙灣凹陷東北斜坡區地質特征

1.1 地質概況

沙灣凹陷東北斜坡區發育的地層自上而下主要有第四系、新近系、古近系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系和石炭系；該區開鉆所遇到的地層從上向下分別是第四系、新近系、古近系、白堊紀以及侏羅系。在第四系的地層所屬巖性看主要呈松散的土黃色砂、礫及泥土。新近系的地層主要是淺褐、黃褐色泥巖、砂質泥巖與淺灰、灰黃色砂巖、粉砂巖、泥質砂巖互層。古近系的地層主要是棕色、灰黃色膏質泥巖和砂巖為主，夾雜色砂礫巖。白堊系所在地層主要是大套棕紅色泥巖夾薄層淺棕色砂質泥巖、褐色泥巖、灰褐色粉砂質泥巖、巨厚層棕褐色泥巖與中厚層灰色、棕褐色細、粉砂巖為主。侏羅系所在地層的巖性上段為紫紅、棕紅和雜色泥巖，中部為中厚層深灰色泥巖夾灰色粉砂巖，下部為厚度不等的砂泥巖互層。

從該區實鉆地質情況分析，各系地層沉積特征差異較大，尤其是白堊系地層壓實程度低，膠結較疏松，泥巖水敏性強，其特點是遇水容易膨脹、易縮徑及垮塌。

1.2 鉆井難點

1）二開古近系至白堊系呼圖壁河組500～3 200 m井段是棕色、灰黃色膏質泥巖、褐色泥巖縮徑嚴重，提下鉆阻卡頻繁，易發生憋泵卡鉆。

2）二開裸眼段長，地層易縮徑及垮塌，技術套管下入難度大。

3）白堊系與侏羅系為區域不整合接觸關系，侏羅系內部頭屯河組與下伏地層為不整合接觸，井斜難以控制、易發生井漏。

2 配套鉆井技術應用

2.1 優化井身結構設計

1）一開：采用Φ444.5 mm鉆頭，在安全的前提下表套下深由500 m優化至200 m，具體下深實鉆巖性確定，固井水泥返至地面，為后續安全鉆井提供條件。

2）二開：采用Φ311.2 mm鉆頭，技術套管下至1 300 m，水泥漿返至地面，封固古近系底部砂礫巖地層，防止井壁失穩給下步鉆井增加風險。

3）三開：采用Φ215.9 mm鉆頭鉆至4 350 m完鉆井深，下入Φ139.7 mm套管，分級固井水泥返至地面。

2.2 個性化鉆頭選型

1）鉆頭應對地層變化能力較差，每口井平均使用鉆頭數量為6～8只，每口井平均起鉆、下鉆的次數達到8次以上，最多的井使用鉆頭數量達到10只，起鉆、下鉆次數達18次。頻繁的起鉆、下鉆造成鉆井完鉆時間太長，從而制約了鉆井的速度。

2）根據巖石力學分析和鄰井鉆頭使用情況，從PDC鉆頭刀翼數、切削齒直徑、切削角度、布齒密度等方面進行鉆頭個性化設計，強化鉆頭與地層的匹配能力，提高機械破巖效率[1]。

3）個性化鉆頭及鉆井參數優化方案。經過個性化鉆頭設計、水力參數、鉆井參數的技術攻關，在使用SF46H3、SF56H3鉆頭中，通過小鉆壓、高轉速防斜鉆進，大排量、高泵壓水力破巖和攜砂，機械鉆速明顯提高；通過鉆頭仿真模擬軟件，模擬鉆頭工作狀態、矢量載荷、PDC復合片磨損和鉆軟硬夾層的情況，并結合區塊鉆頭使用，決定采用H系列切削齒，并有效改進PDC復合片材料耐磨損的能力，使得該鉆頭破巖能力大幅提升[2]，見表1。

表1 鉆頭序列及鉆井參數

2.3 鉀鈣基聚合物鉆井液

1）利用K+的鑲嵌作用，使易水化的泥頁巖呈較好惰性，從而降低泥頁巖的水化分散；利用Ca2+與黏土產生不可逆的吸收作用，降低黏土顆粒的親水性，從而抑制泥頁巖的水化分散。

2）現場通過K+、Ca2+的復配使用[3]，并加入0.7%PMHA-2提高鉆井液的抑制和防塌能力，鉆進中K+濃度控制在大于35 000 mg/L，Ca2+濃度控制在300～400 mg/L。勝金口組以上地層機械鉆速快，使用低黏切大排量提高鉆井液懸浮攜砂能力，包被劑按1%含量加入，降低濾液中的自由水含量，控制鉆井液濾失量≤5 mL，通過小分子材料、超細碳酸鈣改善泥餅質量，強化鉆井液失水造壁性能，結合長短提工程措施，延長井壁穩定周期；下部井段嚴格控制失水≤4 ml，通過加入2%QCX-1、1%WC-1，并保持陽離子乳化瀝青的含量達到3%，提高封堵性、防塌性和潤滑性，改善硬脆性泥巖井壁失穩[4-5]。

3 鉆井提升技術

根據鄰井311 mm和216 mm井眼完鉆后資料，結合其指標進行歸納、總結、分析，依據現有鉆井的設備以及鉆井過程提速的難點，提出鉆井速度提升技術。

三開井段采用“Φ215.9 mm PDC鉆頭+Φ172 mm螺桿(0.75°)+止回閥+411×4A0接頭+Φ159 mm鉆鋌1根+Φ214穩定器+Φ159 mm鉆鋌23根+410×4A1+Φ127 mm鉆桿”的無扶螺桿鐘擺鉆具組合[6-7]。通過使用Φ214扶正器，有效支撐井壁，扶正器下部帶螺桿和Φ159 mm(1根)鉆鋌剛性強，扶正器下部鉆具在井眼中心軸線上，且不易彎曲，為防斜打直打快提供有利條件[8-10]。使用0.75°彎螺桿有利于打直和微擴徑的作用，通過轉盤機械能、螺桿鉆具動能和鉆井參數的有效結合，形成更高的鉆頭破巖效率，達到了快速鉆進的目的。

4 應用效果

該配套技術方案在3口井實施后，鉆井平均速度達16.8 m/h，井斜最大1.42°，遠遠低于11°的設計要求，井徑擴大率為5.2%，較鄰井提速90.67%，鉆井周期平均縮短了43.5%，鉆井提速效果明顯，鉆井指標對比見表2。

表2 近年完成井鉆井指標對比

5 結論

針對鉆井速度提速困難，前期認真做好地質資料和鄰井實鉆資料對比分析，深入進行井深結構研究，合理確定必封點，優化表套、技套下深，實現全井段安全快速鉆進，鉆井時效大幅提升,鉆井所需成本有明顯的降低。

采用以PDC鉆頭為主的鉆頭序列，以提高鉆頭攻擊性為關鍵點，優選五刀翼、大尺寸復合片的個性化PDC鉆頭，配合應用螺桿工具，優化鉆井參數快速高效完成鉆井任務。