高锐

中国石油大庆油田有限责任公司钻井工程技术研究院 （黑龙江 大庆 163413）

0 引言

齐家油田金28 区块位于齐家-古龙凹陷，是松辽盆地最主要的生油凹陷之一。 齐家地区的油气主要来自齐家-古龙凹陷的青山口组源岩， 具有埋藏深、厚度大、有机质丰度高、生油母质类型好的特点，为油气的大量生成提供了充足的物质基础[1]。

本区块钻遇嫩江组、姚家组、青山口组（未穿）。嫩江组大段紫红色、灰黑色泥岩、灰绿色泥岩，泥岩造浆性强，需防塌、防造浆。 姚家组主要含灰色粉砂岩，灰色含钙粉砂岩，灰色泥质粉砂岩与灰色泥岩呈不等厚互层夹暗紫红色泥岩、 紫灰色粉砂质泥岩薄层。 青山口组大段灰黑色泥岩，灰色粉砂岩，灰色含钙粉砂岩、钙质粉砂岩与灰色、灰黑色泥岩组成不等厚互层。青山口泥岩地层在大庆地区钻井难度很大，极易失稳造成井塌、井壁剥落、掉块情况，本区块钻井设计长达1 500 m 左右水平段在青山口地层穿行， 对施工技术提出更高要求。 4 口水平井依次施工，逐步摸清了主要地层的失稳机理[2]，并分析出一套有效的钻进参数[3]，使钻井得以安全顺利施工，并有效提高了钻速， 为本区块后续开发提供了有力保障。

1 钻井参数分析

1.1 4 口水平井施工概况

4 口井钻遇层位，都穿遇嫩江组、姚家组、青山口组，除金B-平2 井砂岩钻遇率91.3%，其他3 口砂岩钻遇率均为100%，开发层位同属青山口地层。其中金A-平1 垂深2 175.96 m， 开发青山口GⅣ5层；金A-平2 垂深2 133.88 m，开发GⅣ4 层；金A-平1 垂深2 178.4 m，开发GⅣ1 层；金B-平1 井垂深2 215.7 m，开发GⅣ3 层。4 口井开发层位同属青山口组高四油层组，且砂岩钻遇率很高，钻进中地层基本一致，地层对钻速影响较小。并且4 口井相邻并由同一井队完成施工，钻速具有很强可比性。根据地质情况和已钻井的经验，主要进行工程、定向、钻井液3 个方面优化调整。

1.2 钻井参数调整

在4 口水平井施工过程中， 根据施工的效果对钻具组合逐步调整，试验出最具效率的钻具组合[4]，具体钻具组合调整见表1。

1）钻头水眼调整。 从金A-平1 到金B-平1，钻头水眼逐步调整到最大， 使钻头压降进一步降到最低，造斜段、水平段排量从31 L/s 提升到32～34 L/s，有效提升了环空返速，增强了钻井液携带岩屑能力，对防止岩屑反复破碎和岩屑床起到了积极作用。

表1 4 口水平井钻具组合调整

2）钻铤使用调整。 钻具结构改变是减掉螺旋钻铤的使用。 金A-平1、金A-平2 造斜段起初使用钻铤目的是为了增加钻压传递至钻头效果， 实际应用效果表明，在嫩江组、姚家组较软地层，使用大尺寸钻铤等加重钻具没有起到改善钻压传递的效果，反而因钻具重量增加使钻具吃入软地层， 大大增加了钻进时的摩阻，导致有效钻压降低，钻速过慢。金B-平2、金B-平1 造斜段摒弃钻铤使用之后，钻速得到明显提升。

3）加重钻杆的调整。不使用大尺寸加重钻具，改用加重钻杆来调节钻压传递， 找到了使用加重钻杆比较合理的范围， 既减少了起下钻次数使钻进工序衔接紧密，又明显提高了钻速。

4）井下工具的使用。在试验过液动旋冲工具、随钻震击器、工具面稳定器、旋转导向仪器之后，发现此类井下工具在该地层提高钻速与普通钻具相比效果不明显，而且准备时间过长，拉长了钻井周期，更容易出现井下复杂事故。

经过钻具结构对比， 通过改变钻头水眼尺寸和钻铤、加重钻杆位置，优化出最具效率的钻具组合，达到了减少复杂时率、提高钻速的目的。

1.3 定向参数调整

本区块4 口水平井在逐井施工过程中， 定向工程师根据已钻井施工效果， 掌握了不同层位定向规律，并制定定向钻具结构，对提高钻速起到了关键作用。 4 口水平井定向数据见表2。

定向钻进过程结合工程采取了有效措施， 进入定向段每钻完一个单根充分划眼， 扰动下井壁累积的钻屑；每钻进50~100 m，短起100~200 m 修整井壁； 减少短起下及通井时产生困难而对井壁形成过多的撞击等对稳定井壁起到了重要作用。

定向对于钻具的调整关键在于双螺扶和加重钻杆的应用， 对其细微的调整代表了对不同地层定向增斜或减斜效果掌握的程度。 通过4 口井的逐次定向施工， 摸索出了双螺扶和加重钻杆在不同地层下的最优搭配，起到了很好的效果。由表2 看出，金B-平1 在完全没有使用旋转导向的情况下， 复合钻进比例仍达到了78.75%，最大井斜角也控制在最低范围内， 狗腿度与部分使用旋转导向的3 口井相比也控制在合理的范围内。

表2 4 口水平井定向数据

1.4 钻井液性能调整

本区块使用高性能水基钻井液[6]，具有防塌性好、流变性优良、抗温性较好的特点，通过添加优选的润滑剂、环保油能够有效改善泥浆润滑性，体系中的聚合醇、AP-1、 超细碳酸钙对致密油层有较好的保护作用。 钻井液配方性能见表3。

根据地质概况分析及已钻井经验， 分井段对钻井液性能做出不同调整。

表3 钻井液配方性能

1.4.1 直井段钻井液性能调整

直井段钻遇地层为嫩一、姚二、姚三段，岩性主要为灰黑色泥岩、泥质粉砂岩、含钙泥质粉砂岩等。从已钻导眼及裸眼段替浆返出井壁剥落掉块分析，上部地层并不稳定，钻水泥塞中含有较多钙离子，使钻井液骨架结构增强，使钻井液失水稍大，井壁发生渗透性膨胀[7]而失稳。

1）调整密度：实际施工过程中，前期黏度较低，采取补充纯碱、加入高黏PAC 等方式提高钻井液黏度，保证钻井液有足够的悬浮力，后期几口井直井段密度一直保持在1.40 g/cm3之上，返砂情况正常，井壁情况稳定。

2）调整失水及流变性：室内使用降滤失剂胶液稀释能够有效降低失水，在实际维护中采用纯碱、降滤失剂配制胶液的方式混入井浆，及时补充包被剂，加大观测密度，及时调整，避免出现絮凝现象，最终将失水控制在2.0 mL 以下。

1.4.2 造斜段、水平段钻井液措施改进

造斜段主要为青山口地层，易剥落掉块、发生井塌、水平段地层为青山口二、三段。 青山口地层失稳可能由于渗透性膨胀， 由于钻井液泥饼及井壁表层受到抑制无法水化膨胀形成泥饼护壁， 滤液侵入地层就会进一步造成井壁渗透性膨胀， 渗透性膨胀是由于滤液离子含量过高， 侵入地层后岩壁孔道打开膨胀加剧，而使井壁变的酥脆失稳，经过钻具撞击及压力变化就会导致剥落掉块发生。

1）使用螺杆造斜钻进后，为增加钻井液的润滑防卡性，提前加入2%环保油及润滑剂，后续钻进及时补加润滑材料，增强泥饼的润滑性，降低摩阻，使钻压能更有效地传递到钻头上。

2）进入造斜段后采用土浆+胶液补充泥浆量，钻进时再根据情况补充。 胶液中药品含量达到4%~6%之间，纯碱使用量根据钻井液失水及切力变化大小来确定，逐步缓慢地清除掉井浆中的钙离子，降低钙离子带来的渗透性膨胀等不良影响。

3）钻进时针对可能会产生井壁剥落及摩阻增大的情况，密度调整至1.45~1.50 g/cm3，并及时观察振动筛返砂情况，发现有剥落及时调整密度及失水，并控制固相和含砂，及时补充润滑材料，较小摩阻。

4）钻进至后期固相含量上涨，中后期离心机基本保持常开状态，每天开启6~8 h，能够保持固相稳定，同时也置换一部分泥浆，保持钻井液性能稳定。

1.4.3 4 口水平井钻井液参数

在金A-平1 井施工过程中，直井段多次出现井壁剥落、掉块现象，在造斜段泥浆经逐步调整清除钙侵影响后，后续经泥浆护壁作用后保持稳定；进入水平后半段开始出现遇阻刮卡现象， 根据此前技术措施分析，整个水平段在青山口地层穿行，青山口地层易发生渗透性膨胀，使井壁变的酥脆失稳，经过钻具撞击及压力变化就会导致剥落掉块发生。 后续提高密度至1.45~1.50 g/cm3后井壁可以保持稳定，起下钻趋于顺畅（表4）。

表4 4 口井钻井液性能统计值

在随后3 口井施工过程中， 对钻井液性能做出如下改进。

1）将钻井液密度调整在1.47～1.50 g/cm3，失水控制在2.0 mL 以下。

2）加入聚合醇、润滑剂降低钻井液液面张力，降低青山口地层渗透性膨胀，有效保持了井壁稳定。在钻井及各次起下钻过程中基本再无剥落、 掉块等失稳现象发。

3）黏度调整在60～80 s，动切力保持在12～18 Pa，并具有良好的剪切稀释性。实践表明能更加有效地携带悬浮岩屑。

4）在造斜、水平定向施工过程中，分段及时搭配使用润滑剂、环保油提高钻井液润滑性能，进一步降低了钻进时的摩阻。

通过对钻井液性能和措施优化， 达到了维持井壁稳定，保障快速钻进的目的。

1.4.4 4 口水平井机械钻速对比

随着各井施工推进，钻速逐渐提高，最后完成的金B-平1 与金A-平1 相比钻速提高71.1%， 钻速提高对比见表5。

表5 4 口相邻井机械钻速对比

2 结论

在大庆金28 区块致密油藏开发过程中，经过4口长水平段水平井施工， 分析已钻井参数提出如下改进措施。

1）通过对钻头水眼改变、钻铤和加重钻杆使用调整出最佳钻具组合。

2）分析定向参数配比出双螺扶和定向工具最优结构。

3）施工过程中需根据不同层位及施工情况优化钻井液性能。

以上措施有效地提高了大庆地区致密油藏开发井的钻井速度，达到了快速优质钻井的目的，为该区块后续开发提供了有利条件。