王海涛张 伟王国斌甘仁忠李 君张雪飞

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

准噶尔盆地环玛湖凹陷钻井提速技术

王海涛1张 伟2王国斌2甘仁忠2李 君2张雪飞1

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

准噶尔盆地环玛湖凹陷压力系统复杂，区域压力变化大，漏失现象严重，八道湾组底部砾岩发育，厚度100～350 m不等，可钻性差，导致机械钻速低，钻井周期长，严重制约了环玛湖地区的勘探进程。根据该区块钻井地质特点，有针对性地开展了钻井提速技术攻关。通过优化井身结构，优选高效PDC钻头，优选防漏堵漏钻井液体系，运用提速辅助工具，逐步形成了适合环玛湖地区的钻井提速配套技术。现场应用的20口攻关井中，平均机械钻速达到6.29 m/h，较攻关前提高63.4%，钻井周期为72.29 d，较攻关前缩短37.2%，复杂时率为1.13%，较攻关前降低72.9%。现场应用情况表明，环玛湖地区的钻井提速配套技术提高了机械钻速，缩短了钻井周期，降低了复杂时率，可进一步推广应用。

准噶尔盆地；钻井技术；机械钻速；井身结构；钻头选型；动力钻具

环玛湖凹陷位于准噶尔盆地西北缘，面积约1 300 km2，通过近些年的滚动勘探，多口探井均获得工业油流，从而揭开了环玛湖凹陷勘探技术攻关的序幕。环玛湖凹陷是建设“新疆大庆”油气增储上产的主要接替区，然而该地区压力系统复杂，地层可钻性差，导致机械钻速低，钻井周期长，严重制约了环玛湖地区的勘探进程。在深入分析研究环玛湖地区钻井技术难点的基础上，参考国内其他油田钻井提速技术，根据该区块钻井地质特点进行了钻井提速技术攻关。通过优化井身结构，优选高效钻头，优选防漏堵漏钻井液体系，运用提速辅助工具，逐步形成了适合环玛湖地区的钻井提速配套技术。

1 钻井提速难点分析

1.1 地质情况复杂

侏罗系中上部发育大段泥岩，西山窑组发育煤层，易造成钻井过程中井壁失稳；吐谷鲁群组底砂砾岩发育，头屯河组砂岩发育，八道湾组底砾岩发育，上克拉玛依组砂砾岩发育，钻井时易发生漏失；百口泉组发育大套砂砾岩，岩性均质性差，纵横向变化大，地质条件复杂，部分井气测值低。

1.2 压力系统复杂

三叠系百口泉组、二叠系乌尔禾组及夏子街组为环玛湖地区主要目的层。由夏72井区、玛13井区至玛北油田、玛南斜坡，储层百口泉组试油外推压力系数由1.0～1.15升高至1.4～1.7，由玛西斜坡至玛东斜坡，地层压力逐步升高。压力系统复杂，区域压力变化大、增加了钻井作业的施工难度。地层压力上低下高，侏罗系及三叠系地层承压能力低，百口泉组及乌尔禾组储层安全密度窗口窄，若处于同一裸眼井段，钻井风险大，井身结构优化难度大。

1.3 漏失严重、阻卡频繁

环玛湖斜坡带地层漏失具有“漏失层段多、漏失压力低、漏失量大、安全密度窗口窄”的特征，井漏主要分布在克拉玛依组～下乌尔禾组地层，占井漏总数60%，防漏堵漏难度大。玛湖1井发生了较严重的井漏，主要集中在大套砂岩、砂砾岩及微细裂缝较发育井段，由于钻遇不同压力系统地层，造成溢流、井漏同时存在，风城组漏失钻井液584 m3，堵漏耗时113.28 h。该区域侏罗系地层的泥岩及砂砾岩、三叠系地层的硬脆性泥岩易垮塌，造成在钻进、短提、划眼等作业中阻卡频繁，阻卡层段主要集中分布于三工河组～克拉玛依组地层，占阻卡总数75%，钻井液密度偏低是部分地层阻卡的原因所在。

2 提速配套钻井技术

2.1 井身结构优化

合理的井身结构设计既能最大限度地避免漏、喷、塌、卡等事故发生，又能有效降低钻井成本［1］。针对环玛湖地区复杂的地质条件，通过地震、测井资料预测地层压力，建立了地层压力剖面，为井身结构优化提供了重要依据。20世纪90年代玛北地区主要采用标准三开井身结构，一开采用Ø444.5 mm钻头，Ø339.7 mm套管下深500 m左右，建立井口；二开采用Ø311.2 mm钻头，Ø244.5 mm套管封八道湾组地层；三开采用Ø215.9 mm钻头，下入Ø139.7 mm套管。这种井身结构二开技术套管下深过浅，不能有效封固下部低承压地层，致使三开井段发生作业风险，三叠系百口泉组、克拉玛依组多次发生井漏，严重影响了施工进度。针对玛北区域地质构造特征、钻井工程地质特性，对该区域井身结构进行了优化完善。优化后的井身结构相对于常规结构采用预留一层技术套管以及复合井眼的方式，增加了处理复杂的应变能力，减少了承压堵漏的难度和井眼失稳的机率，提高了井控能力，更能确保安全成井［2］。通过对玛北地区2013年预探井的井身结构优化试验，降本增效成效显著，6口试验井共节省套管1 116.7 t，节约中完工期64.7 d，大幅降低钻井成本，机械钻速提高18.5%～67.2%。

2.2 钻头选型优化

侏罗系三工河组以上地层以泥岩为主，夹薄砂岩层，胶结松散，可钻性较好，推荐使用成本低、钻速快的MP2G牙轮钻头。在不改变钻井方式的情况下用PDC钻头替代牙轮钻头是提高机械钻速的最有效手段［3-4］。PDC钻头主要是依靠较高转速下牙齿对地层的剪切作用进行破岩，要求其牙齿具有更高的抗研磨性［5］。根据对完钻井所用钻头的统计分析发现，环玛湖地区PDC钻头进尺占75%，使用效果明显，因此在表层白垩系以下地层推荐首选高效PDC钻头系列。八道湾组中上部泥岩强度低，可钻性较好，但进入八道湾组较厚底砾岩后，可钻性变差，一般PDC钻头无法成功穿过底砾岩，致使钻头报废，八道湾组地层将是重点攻关提速层位。根据单只钻头进尺及机械钻速，经过初选得到适合八道湾组地层的高效PDC钻头（图1）。根据使用效果分析，FX65DX3、FR1935S、FS7563BGZ、FX65DSX3等PDC钻头使用效果较好。

图1 八道湾组钻头使用效果

根据抗压强度分析，在八道湾组地层，优选16～19 mm切削齿、低～中等布齿密度的PDC钻头。通过与钻头厂家合作及试验，对多个厂家的钻头进行了筛选，并根据八道湾组的地层特点，针对试验中出现的问题对钻头进行了个性化设计，优选出穿八道湾组砂砾岩的FX序列六刀翼、16 mm双排切削齿FX65DX3钻头，该钻头流道面积大，携岩能力强，减少重复切削，有效提高了钻头破岩效率。通过多口井的试验，运用相同的方法对环玛湖地区其他层位的钻头进行了优选，逐步形成了适合该地区的全井钻头序列（见表1）。

表1 环玛湖地区全井钻头选型综合推荐表

2.3 防漏堵漏钻井液体系优选

环玛湖地区漏失层段多，漏失问题突出。根据该区块地层特征，对钾钙基聚磺钻井液体系中抑制剂、包被剂、降滤失剂、封堵剂、润滑剂进行了评价及优选，通过不同处理剂组合、配方优化等100组室内评价实验，最终形成适合环玛湖区块的钻井液技术。优选出的钻井液配方为：4%膨润土浆+0.2% Na2CO3+0.2%KOH+0.5%～0.7%包被剂PHMA-2+0.5%～0.7%降滤失剂SP-8+0.5%NPAN+3%SMP-1+1.5% SPNH+3%磺化沥青+5%～9%KCl+0.2%～0.5%CaO+重晶石。在确定基浆配方后，对钻井液体系进行了室内抗污染、抗温性能评价及不同密度下流变性能评价。配方在130 ℃的条件下，依然保持良好的性能，在150 ℃滚动条件下，流变性能出现了较大的波动。针对环玛湖区块漏失特征，进行了随钻堵漏技术研究。对常用的随钻堵漏剂进行了评价及优选，通过流变性及砂床评价实验得出，JCM-12、SD-601对流变性影响最小，漏失量最少。该地区的攻关井应用新型钻井液体系之后，井下复杂时率降低为1.13%，较攻关前降低72.9%。

2.4 高效复合钻井提速技术优选

2.4.1 扭力冲击器+PDC钻头提速技术 扭力冲击器以扭向上的冲击破碎为主，加以旋转剪切岩层，在保证井身质量的同时提高机械钻速，将钻井液的流体能量转换成扭向的、高频的、均匀稳定的机械冲击能量并直接传递给PDC钻头。扭力冲击发生器为纯机械元件，且内部结构合理，无任何橡胶件、电子件，提速的同时能起到防斜的作用，保证井身质量。配合PDC钻头使用时，能更好控制井下振动，减少井眼扭曲，减小钻具组合的疲劳强度，延长钻头寿命，降低卡、滑钻风险，减少划眼起下钻次数，节省钻井周期［6-9］。

为提高Ø215.9 mm井眼钻进速度，在玛13井区玛15井、玛16井进行了扭力冲击器+PDC钻头提速技术的先导性试验。玛15井的试验井段为2 630.03～3 062.03 m，所钻遇的层位包括克拉玛依组、百口泉组，钻头进尺432 m，机械钻速为7.45 m/h；玛16井试验井段为2 767～3 213.22 m，所钻遇的层位包括克拉玛依组、百口泉组，钻头进尺446.2 m，机械钻速为7.2 m/h。与邻井相比，试验的2口井提速效果明显（见表2）。

表2 试验井与邻井各层位机械钻速对比 m/h

2.4.2 高速涡轮+孕镶金刚石钻头提速技术 利用涡轮钻具的高转速特性，配合长寿命、高效一体式的孕镶金刚石钻头，辅之以转盘（或顶驱）复合钻进，以获得较高的机械钻速和钻井进尺。高速涡轮有如下技术特点：效率高，如Smith公司涡轮转速可以达到1 444 r/min，而普通螺杆转速只有200 r/min；工作平稳，减少井下振动引起的钻头损害（碎齿、胎体断裂等），延长钻头寿命；使用寿命长，没有橡胶件，在井下工作时间可超过400 h。

在提速攻关期间，在玛湖1井应用了高速涡轮+孕镶金刚石钻头复合钻井技术。使用井段为4 401～4 450.39 m，机械钻速达到1.59 m/h，与常规牙轮钻速0.53 m/h相比提速200%（见表3），提速效果明显，但钻进至4 450.39 m时出现溢流复杂情况，涡轮钻具停止使用。

表3 玛湖1井夏子街组涡轮+孕镶金刚石钻头使用情况对比

3 现场应用

根据环玛湖地区地质条件和钻井特点，通过优化井身结构，推广个性化钻头和防漏堵漏钻井液体系，优选高效复合钻井技术，自2012年进行环玛湖钻井提速攻关以来，共有20口井应用了提速配套技术，攻关井平均机械钻速提高为6.29 m/h，较攻关前提高63.4%，钻井周期缩短为72.29 d，较攻关前缩短37.2%，复杂时率降低为1.13%，较攻关前降低72.9%。从现场应用效果可以看出，采用该提速配套技术之后，机械钻速、钻井周期、复杂时率等钻井技术指标均优于攻关前，综合提速效果显著。

4 结论及建议

（1）配套提速钻井技术在准噶尔盆地环玛湖地区的应用，大幅度提高了机械钻速，缩短了钻井周期，降低了复杂时率和钻井成本，同时对防漏堵漏钻井液体系进行了优选研究，为钻井提速提供了有力保障，有助于加快环玛湖地区的勘探步伐。

（2）优化后的井身结构相对于常规结构采用预留一层技术套管以及复合井眼的方式，增加了处理复杂的应变能力，确保安全、顺利成井。

（3）高效PDC钻头在环玛湖地区具有较好的应用效果，初步形成了环玛湖地区全井钻头序列，对重点攻关层位已经进行了个性化PDC钻头的优选，建议进一步加强对其他层位个性化钻头的改进工作。

（4）扭力冲击器+PDC钻头和高速涡轮+孕镶金刚石钻头复合钻井技术是钻井提速的重要手段，建议在该地区进一步推广应用，并优化水力参数和机械参数，提高综合使用效果。

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（修改稿收到日期 2014-04-22）

〔编辑 薛改珍〕

ROP enhancing technology for circum-mahu lake depression in Junggar Basin

WANG Haitao1,ZHANG Wei2,WANG Guobin2,GAN Renzhong2,LI Jun2,ZHANG Xuefei1
（1.Petroleum Engineering College Yangtze University,Wuhan430100,China;2.Exploration Division of Xinjiang Oilfield Company,Petrochina,Karamay834000,China）

The circum-Mahu depression of Junggar is a complex pressure system;its regional pressure changes greatly;conglomerates have grown at base of Badaowan Formation with a thicknes of 100-350 m and poor drillability,leading to low ROP and long drilling period,which greatly hinders the exploration progress in circum-Mahu area.Since 2012,according to the drilling geological characteristics of this block,efforts have been made to tackle the technical difficulties in drilling acceleration,and a complete set of techniques have been developed for drilling acceleration through such measures as optimization of wellbore configuration and effective PDC drill bits,using lost circulation prevention drilling fluid system and using auxiliary accelerating tools.In 20 wells to which these techniques have been applied,the average rate of penetration was 6.29 m/h,up by 63.4%;drilling period was 72.29 d,shortened by 37.2%,and downhole trouble rate were 1.13%,down by 72.9%.Field application showed that the techniques for drilling acceleration have improved the ROP,shortened the drilling period and reduced the downhole troube rate.So,the above technical measures are worth promoting.

Junggar Basin;drilling technology;rate of penetration (ROP);well configuration;drilling bit optimization;power drill

王海涛，张伟，王国斌，等.准噶尔盆地环玛湖凹陷钻井提速技术［J］.石油钻采工艺，2014，36（4）：30-33.

TE22

：A

1000–7393（2014）04–0030–04

10.13639/j.odpt.2014.04.008

中石油股份公司钻井科研项目“环玛湖凹陷低渗储层钻井提速技术研究及昌吉油田致密油藏开发先导试验钻井技术研究”。

王海涛，1987年生。就读于长江大学石油工程学院油气井工程专业，主要从事岩石力学和钻井工艺技术研究。电话：15299990159。E-mail：wanghaitao_sun@163.com。