玛湖凹陷西斜坡区钻井提速技术研究与应用

2018-12-06朱雪华田山川辛小亮

天然气技术与经济 2018年5期

严康朱雪华阮彪田山川辛小亮

（1.长江大学石油工程学院，湖北武汉 430100；2.中国石油新疆油田公司勘探事业部，新疆克拉玛依 834000）

0 引言

玛西斜坡区位于玛湖凹陷西环带斜坡区，受上倾断裂带、湖相泥岩带、扇三角洲平原相致密砂砾岩带三面遮挡的影响，该区形成了有利的成藏条件。为进一步预探玛西斜坡区百口泉组前缘相带含油气性，在该区部署了多口探井，其中部署的M18井获得高产油流，证实了玛西斜坡区存在有利的油气相带。在钻井过程中井下复杂状况频发，机械钻速低、钻井周期长，严重制约了该区油气勘探开发的进程。在分析玛西斜坡区完钻井地质、测井、钻井资料的基础上，通过优化井身结构、优选钻头和提速工具、优化钻井液防漏堵漏配方，使得平均井深在4 000 m左右的探井得以快速、安全完钻，取得了较好的提速效果。

1 钻井提速难点

白垩系泥岩发育，易吸水膨胀而引起地层缩径和垮塌；西山窖组至三工河组地层以砂岩为主，易漏、易阻卡，同时夹杂煤层，钻井过程中易造成井壁失稳［1］；八道湾组底砾岩发育，克拉玛依组发育砂泥岩夹层，钻头优选难度大，机械钻速低［2］。

通过分析玛西斜坡区地层压力特征发现该区上部地层承压能力低，地层压力系数在1.13～1.15；克拉玛依组为压力过渡带，压力系数在1.2～1.4；目的层百口泉组存在异常高压，压力系数最高达到1.7。根据邻井实钻资料显示，玛西斜坡区进入克拉玛依下亚组后气测活跃、后效峰值高。玛西斜坡区进入白碱滩组后，坍塌压力逐渐升高，井径变化明显。除八道湾组和白碱滩组外，该区全井破裂压力较高。由此可见，该区地层压力系统复杂，地层压力跨度大，给井身结构优化和安全快速钻井带来了困难。

玛西斜坡区地层漏失层段多，吐谷鲁底部砂砾岩、西山窖组和八道湾组煤层、克拉玛依组、百口泉组及乌尔禾组砂砾岩均为易漏层，上部地层以渗透性漏失为主，下部地层以裂缝性漏失为主，防漏堵漏难度大。

2 玛西斜坡钻井提速配套技术

2.1 优化井身结构设计

针对玛西斜坡区地层压力特征，为保证探井安全钻进，采用三开井身结构，一开井段采用444.50 mm钻头钻进，钻进500 m，下入339.7 mm表套封隔表层疏松层及地表水。二开采用311.15 mm钻头钻至白碱滩组底部50 m左右中完，下入244.5 mm技术套管至3 300 m左右，封固上部常压地层，预防下部地层可能出现的异常压力，降低复杂发生风险。三开采用215.90 mm钻头钻至目的层百口泉组，下入139.7 mm油层套管，由于百口泉组至下乌尔禾组存在高压层段，若兼探下乌尔禾组，需备用一层177.8 mm技术尾管，以保证钻井安全。从现场钻探情况来看，玛西斜坡区优化后的井身结构完全满足安全快速钻进的要求，钻井复杂事故下降，保证了该区勘探的顺利进行。

2.2 优选钻头和提速工具

地层岩性变化和力学特性是优选与地层相匹配钻头的关键［3］。在相同的钻井方式下，PDC钻头替代牙轮钻头是提高机械钻速的有效方法［4-5］。PDC钻头通过高速扭转冲击对地层进行破碎，其中扭转产生剪切力，冲击产生轴向压力。

八道湾组砂砾岩和克拉玛依组砂泥岩夹层是玛西斜坡区钻井提速的主要难点。该区八道湾组底部砂砾岩地层厚度范围是150～200 m，在该井段采用牙轮钻头平均机械钻速为1.8 m／h，进尺工期为5 d；克拉玛依组地层厚度范围是350～400 m，采用常规PDC钻头平均机械钻速为2.5 m／h，进尺工期为10 d，受砂泥岩地层非均质性强、软硬交错的影响，PDC钻头选型难度较大，制约了三开井段钻井提速。因此，八道湾组、克拉玛依组地层是重点提速层位。在八道湾组上部地层泥岩强度低、可钻性较好，AH6井二开井段选用SP1935L型PDC钻头钻进，一趟钻完进尺2 119 m，机械钻速达到16.86 m／h；借鉴AH6井的成功经验，AH012井二开井段选用ES1935H型PDC钻头钻进，完成进尺2 359 m，机械钻速为10.21 m／h，通过采用上述两种型号的PDC钻头为该区两趟钻钻完二开井段打下了坚实基础。在八道湾组底部地层主要为含砾粉砂岩，AH6、AH011井采用FX65DSX3型PDC钻头钻进时，平均机械钻速仅为2.49 m／h和2.64 m／h，钻头磨损情况严重，机械钻速偏低，结合两口井钻头磨损情况，AH012、AH013分别采用GP1666、MM65DH3型PDC钻头，成功钻穿八道湾组底部含砾粉砂岩，平均机械钻速分别达到4.16 m／h、3.99 m／h，提速效果明显。根据玛西斜坡区八道湾组钻头实际应用情况及机械钻速对比分析，FR1935S、FS2563BG、ES1935H等钻头具有较好的效果。在克拉玛依组，根据邻区三开井段采用阿特拉扭力冲击器地层提速经验，并对比扭力冲击器和涡轮+孕镶金钢石钻头两种技术的地层适应性和经济指标，优选提速性能更佳、防风险能力更强的阿特拉扭力冲击器在玛西斜坡区进行提速应用［6-7］。在AH011井使用扭力冲击器，其中第一只采用U613M胎体PDC钻头配合扭力冲击器使用，完成进尺3 m，机械钻速0.33 m／h，起出工具和钻头发现完好无损，表明六刀翼、13 mm切削齿的U613M型胎体PDC钻头不适应克拉玛依组砂泥岩互层，改用五刀翼、16 mm切削齿的U516S型钢体PDC钻头配合扭力冲击器以提高钻头攻击性，完成进尺543m，机械钻速4.31 m／h，取得了预期提速效果（表1）。表1中玛西斜坡区扭力冲击器+PDC钻头完成总进尺2 759 m，平均机械钻速为6.16 m／h，较邻井AH1井和M18井相同层段平均机械钻速为2.55 m／h的，同比提高1.4倍，钻井提速效果明显。

表1 玛西斜坡区扭力冲击器+PDC钻头应用效果统计表

2.3 优选钻井液防漏堵漏技术

以JT888（SP-8、MAN101）、NPAN等降低滤失量，调整钻井液流变性［8］；以高分子聚合物PMHA-2协同KCl加强包被、抑制泥岩水化膨胀；以加入的CaO和KCl来调控Ca2+、K+浓度，从而强化对井壁和钻屑的抑制作用［9］；以SMP-1（粉）、SPNH、低荧光润滑剂、磺化沥青粉改善滤饼质量，提高对微裂隙或破裂地层的粘结力和井壁强度；加入2%～3%随钻堵漏剂和1%～2%ZL胶凝剂预防井漏，达到快速有效封堵复杂地层，降低储层伤害的目的。根据玛湖凹陷玛西斜坡区地层漏失的特点，将颗粒状JCM-12与纤维状TP-2的随钻堵漏剂复配使用取得良好的堵漏效果。

通过对钾钙基聚磺钻井液中的包被剂、抑制剂、降滤失剂、封堵剂进行室内评价优选，形成适合玛湖凹陷西斜坡区的钻井液体系：4%坂土+0.5%KOH+7%KCl+0.2%～0.5%CaO+0.2%Na2CO3+0.5%NPAN+0.8%PMHA-2（MAN104）+2%SPNH+0.8%JT888+2%SMP-1（粉）+2%QCX-1+1%WC-1+1%低荧光润滑剂+3%磺化沥青粉+2%～3%随钻堵漏剂+1%～2%ZL胶凝剂+重晶石。该体系应用表明，井下复杂时率降至1.13%。