塔河油田超深井钻井提速技术
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【摘要】塔河油田储层埋深较深，随着超深井数量的不断增加，针对所钻地层岩性越来越复杂，钻井施工难度不断增大的情况，对钻井过程中所遇到的阻卡、井壁稳定性差、钻速低等问题进行了详细分析。结合现场实际和施工经验总结出了各阶段相应的钻具组合、技术措施以及复杂情况的注意事项等。
【关键词】塔河油田 超深井 提速
塔河油田主要勘探开发区块位于塔里木盆地北部，天山南麓，地处新疆轮台县和库车县境内，一些区块地质环境恶劣，储层埋藏深构造复杂，随着超深井数量的不断增多，所钻地层岩性越来越复杂，大大增加了钻井施工难度，钻井速度影响着整个油田的勘探开发速度。因此，提高超深井钻井速度就成为实现塔河油田快速高效勘探开发的关键。
1 钻井技术难题
由于塔河油田钻井过程中从上到下钻遇的地层类型较多，岩性复杂，钻井过程中主要存在以下技术难题：
1.1 中上部阻卡严重
中上部钻遇的地层岩性较差、欠压实、胶结疏松、渗透性强。地层岩性多为砂泥岩互层，泥岩中的粘土矿物以伊利石和绿泥石为主，不易水化膨胀，但易分散。上部井眼较大，可钻性好，在钻进过程中易形成厚而粘的泥饼而造成“缩颈”和起下钻严重阻卡。
1.2 三叠系、石炭系易扩径，二叠系易漏失和垮塌
塔河地区二叠系、石炭系地层粘土含量高，且以伊/蒙混层和伊利石为主，随着井深的增加伊/蒙混层含量增大，且混层比也增大，而伊利石、绿泥石和高岭石含量随之降低。蒙脱石极易水化膨胀，伊利石遇水后产生分散，从而造成该段地层易水化、剥落掉
块[1][2]。
1.3 深部地层机械钻速低，井斜发生频率高
塔河地区深部地层可钻性差，机械钻速低。如TK1239井5811.2m～6482.0m井段共用钻头7只，平均机械钻速为0.99m/h；TK1225井6273.5m～6564.0m井段的平均机械钻速为1.3m/h。深部地层温度高，常规的测量仪器无法满足测量的要求，井身质量控制难度大。TK1239井在井深6482m处井斜角达到了4.87°，远远超过了塔河区块钻井井斜角小于2°的要求[1]。
2 提速综合配套技术
2.1 根据地层可钻性优选PDC钻头
利用钻头优选技术和钻头优选软件评价地层可钻性，结合邻井钻头使用资料寻取最优钻头类型组合序列，并最终推荐出最合适的钻头类型。目前采用这种计算分析数据和现场经验二者结合的方式，钻头选型的准确性有了大幅度的提高[3]。为了加快塔河地区的钻井速度，大力推广使用PDC钻头。其中，DBS的FS系列，如FS2563BC，FS2563、FS2565等，适合于塔河油田软至中硬地层，它具有抗剪强度高、耐冲击、寿命长、热稳定性能好的特点，并能够防止钻头包泥，提高钻头的机械钻速，减少起下钻次数，缩短钻井周期，并具有可修复的特点，大大降低了钻头成本。
2.2 合理选用钻具组合
塔河油田勘探开发井中通常采用四开三级结构，即：一开用φ444.5mm钻头钻进，下φ339.7mm表层套管；二开用φ311.1mm钻头钻进，下φ244.5mm套管；三开用φ215.9mm钻头钻进，下φ177.8mm套管；四开用φ149.2mm钻头钻进，裸眼完井或φ127.0mm套管完井。为了缩短钻井周期，将二开φ311.1mm井眼和三开φ215.9mm井眼合在一起，采用φ244.5mm或φ241.3mm钻头钻进，减少一层套管，形成长裸眼井身结构。
针对长裸眼井段中石化国际石油勘探开发有限公司采用钟摆钻具组合[3]：φ241.2mm钻头+φ177.8mm钻铤两根+φ241.3mm扶正器+φ177.8mm钻铤一根+φ241.3mm扶正器+φ177.8mm钻铤三根+φ159mm钻铤十五根+φ159mm随钻震击器+φ127mm加重钻杆十五根+φ127mm钻杆串。
2.3 采用复合钻井方式提高钻井速度
为了缩短钻井周期，结合塔河油田的实际地质情况，采用复合钻井技术可使井下动力钻具的优点得到更好的发挥，可以提高机械钻速，缩短钻井周期，降低钻井成本，加快油气藏的勘探开发速度，是一种高效经济的钻井方式。塔河油田TK1021井使用螺杆+转盘+PDC钻头复合钻进方式，机械钻速明显提高，其复合钻进井段的机械钻速是邻井TK1018井采用常规钻速的2.54倍。
2.4 改进钻井工艺措施防阻卡
在施工的过程中通过提高排量，使用低黏切钻井液，增强钻井液对井壁的冲刷能力[4]；加强短起下钻工作，在机械钻速高时，每钻进200～300m短起下钻一次，钻速慢时，如果24小时进尺不到200m，每天短起下钻一次；使用高效固控设备，保证钻井液清洁，增大固控设备清除钻屑固相的效率，是保证井下正常的基础，而地面固控设备的高效运转，最大程度地清除无用固相、确保入井钻井液的清洁是实现聚合物钻井液“低固相”、减少井下阻卡的关键；优化钻具组合，提高钻井液上返速度，减少稳定器等满眼钻具的使用数量，减少阻卡。
2.5 优选钻井液体系提高钻速
使用加足大分子包被剂的聚合物钻井液[5]。钻井液中包被剂的分子量大、分子链长、浓度高，使钻屑一经形成就处于包被剂中，长链大分子包被剂就会吸附在岩屑上形成覆盖整个钻屑表面的包被水化层。它能延缓粘土的化学水化、膨胀和分散作用，从而在一定程度上减少了泥岩井段的缩颈和砂岩井段形成的虚泥饼。这种包被水化层，对岩屑有一种凝聚力，能阻止岩屑的物理分散，提高岩屑上返效率，减少钻井液中有害固相的同时减少其滤失量。这种包被水化层是高度水化的，具有很好的性且有一定的弹性，表面非常光滑，能阻止岩屑之间、岩屑与井壁之间的粘结，能阻止岩屑在上返过程中因摩擦、碰撞和冲蚀造成的机械破碎与分散。同时，膨润土含量合适、加足包被剂的聚合物钻井液具有良好的流变性、携砂性及净化井眼的能力，满足井下要求。
2.6 采取措施提高钻进过程中井壁稳定性[6]
塔河油田钻井过程中选用合理的钻井液密度来控制地层的坍塌掉块，进入三叠系地层前，逐步提高钻井液密度至1.28kg/L，漏斗黏度55～60s，塑性黏度25～27mPa・s，动切力8～9Pa，保证钻井液为平板层流流型，减少钻井液对井壁的冲刷。通过加大复配胶液浓度，控制钻井液的中压滤失量和高温高压滤失量，将API滤失量控制在5ml以下，高温高压滤失量控制在10ml以内，并提高钻井液的抑制性。在满足携岩要求的前提下，适当降低排量防止冲刷井壁，并避免定点循环。严格控制起下钻速度，加强灌浆，保持井筒的液柱压力平衡。钻井液中剂加量保持在1%，并在钻井过程中不断补充，保持钻井液具有良好的润湿性，以降低摩阻，同时加强固控设备的使用，强化四级固控设备的使用，确保钻井液的清洁。
3 复杂情况与事故的预防
3.1 井漏的预防
首先要对井下低压易漏层做到心中有数，并在钻进漏失层前30～50m时加入随钻堵漏剂，在裸眼段尤其是易漏层起下钻或上下活动钻具时，应控制速度，避免大的压力波动[7]。
3.2 沉砂卡钻的预防
钻井液应具有较高的粘切，一般在钻进小井眼时每钻进30～50m进行一次短程起下钻清砂，保持上部井眼畅通。循环时配置高粘切钻井液循环携砂，配齐并用好固控设备，选择抑制性好的钻井液体系以保持井壁稳定[8]。
3.3 粘卡的预防
尽量采用衡压力钻进，减小压差，进入油气层前严格控制钻井液滤失量不大于4ml，混油或加沥青剂以提高钻井液性能，降低摩阻。加强钻具活动，在裸眼井段中静止时间要尽量短。
3.4 键槽卡钻的预防
根据现场经验，使用液力加压器、高效钻头和井下动力钻具以提高钻进速度，缩短钻井周期。设备上要有保障，减少起下钻次数。在有键槽形成迹象、上提钻具遇卡时不可硬拔，活动钻具应转转盘为主，起钻时可采用倒划眼方法起出钻具，然后采取有效措施破键。良好的性能和井眼轨迹有助于减小钻具上下活动时的摩阻，有利于避免钻具进入键槽。
4 结论
（1）通过选用DBS的FS系列PDC钻头，可以有效的解决钻头包泥问题，提高钻速、缩短钻井周期，降低钻头成本。
（2）结合塔河油田实际地质情况，采用螺杆+转盘+PDC钻头复合钻进方式和使用加足大分子包被剂的聚合物钻井液可以明显提高钻井速度2倍以上。
（3）适当的提高钻井液密度和加大复配胶液浓度能有效控制中压和高压滤失量，提高钻井过程中井壁稳定性。
参考文献
[1] 宋明全，金军斌，刘贵传，等.塔河油田三叠系石炭系井眼失稳机理及控制技术[J].钻井液与完井液，2002，19（6）：15-19
[2] 王建栋.塔河油田三开井段井眼失稳机理分析及控制[J].石油钻探技术，2003，31（1）：63-64
[3] 邢永明.深井钻井提速综合配套技术在塔河油田的应用[J].内蒙古石油化工，2009，3：71-72
[4] 王成岭，李作宾，蒋金宝，等.塔河油田12区超深井快速钻井技术[J].石油钻探技术，2010，38（3）：17-21
[5] 贾建文，孙桂春.解决塔河地区上部地层阻卡的聚合物钻井液技术[J].钻井液与完井液，2003，20（2）：25-27
[6] .塔河油田优快钻井钻井液技术[J].石油钻探技术，2005，33（3）：66-68
[7] .短半径水平井在深井小井眼中的成功应用[J].钻采工艺，2003，26（1）：8-11
[8] 余富春.羊塔克凝析气田复合岩盐层钻井技术研究与应用[J].钻采工艺，2008，31（2）：3-6
作者简介
王磊（1983-），男，江苏丰县人，2006年毕业于西安石油大学石油工程专业，从事海外钻井工作。