新疆油田中拐凸起探井鉆井提速增效技術

劉志良， 支東明 ，黃 鴻， 南 鑫

(1.中國石油西部鉆探工程有限公司鉆井工程技術研究院，新疆克拉瑪依 834000；2.中國石油新疆油田分公司勘探公司，新疆克拉瑪依 834000；3.中國石油西部鉆探工程有限公司工程技術與市場處，新疆烏魯木齊 830011)

新疆油田中拐凸起探井鉆井提速增效技術

劉志良1， 支東明2，黃 鴻2， 南 鑫3

(1.中國石油西部鉆探工程有限公司鉆井工程技術研究院，新疆克拉瑪依 834000；2.中國石油新疆油田分公司勘探公司，新疆克拉瑪依 834000；3.中國石油西部鉆探工程有限公司工程技術與市場處，新疆烏魯木齊 830011)

為解決新疆油田中拐凸起探井機械鉆速慢、鉆井周期長等問題，對完鉆井的鉆井、錄井、測井和試油等資料進行分析，提出了探井鉆井提速增效技術。應用完鉆井的測井資料，開展了巖石力學特性研究并優選鉆頭；提高了鉆井液中抑制劑、包被劑和瀝青質材料的含量，并添加了隨鉆堵漏劑和膠凝劑，提高了鉆井液的抑制性、封堵防塌性和防漏能力；根據地層承壓能力和井壁穩定情況，確定了完井開次。中拐凸起7口探井由三開井身結構優化為二開井身結構，平均機械鉆速提高了48.07%，月平均進尺提高了40.69%，累計降低鉆井成本1 956萬元。探井鉆井提速增效技術為新疆油田中拐凸起高效勘探開發奠定了基礎，也為類似區塊的鉆井施工提供了技術參考。

中拐凸起 探井 井身結構 機械鉆速 新疆油田

中拐凸起處于新疆油田瑪湖凹陷、沙灣凹陷和盆1井西凹陷等三大生油凹陷的油氣運移指向區，是準噶爾盆地西北緣重要的油氣聚集帶之一。前期探井鉆井過程中井下故障頻發，為保證中拐凸起地質目標的實現，采用了三開井身結構，但機械鉆速慢、周期長，制約了勘探開發步伐。

筆者在技術可行性分析論證的基礎上，嘗試將探井優化為二開井身結構，在鉆井工程、鉆井液等技術措施的強力保障下，7口深約3 500 m的探井均安全、順利、快速完井，取得了良好的經濟效益。

1 地質特點及鉆井技術難點

中拐凸起探井從上到下鉆遇吐谷魯群(K1tg)、西山窯組(J2x)、三工河組(J1s)、八道灣組(J1b)、白堿灘組(T3b)、克拉瑪依組(T2k)、百口泉組(T1b)、上烏爾禾組(P3w)、佳木河組(P1j)和石炭系(C)等地層。

白堊系吐谷魯群地層中，上部為灰色、灰褐色泥巖和砂質泥巖，易水化膨脹、縮徑；侏羅系西山窯組、三工河組地層軟、硬泥巖交互，易出現周期性的縮徑、坍塌，鉆井過程中阻卡、劃眼頻繁，嚴重時會發生卡鉆[1-2]。

侏羅系八道灣組砂礫巖發育；二疊系、石炭系大段硬脆性泥巖裂縫及微裂縫發育較好，裂縫類型為斜交縫、直劈縫及網狀縫，連通性好；白堊系與侏羅系、侏羅系與三疊系、三疊系與二疊系地層均為不整合接觸，交界面地層破碎[3-4]。近年完鉆的XX6、XX7、XX9等井在不同層位出現多次漏失，其中XX6井分別在侏羅系八道灣組、二疊系佳木河組及石炭系發生3次漏失，復雜情況處理時間長達85 h。

石炭系地層以安山巖、安山質角礫巖為主，受燕山運動影響，斷層、裂縫裂隙發育，形成破碎帶，粘聚力部分喪失，地層強度、井壁圍巖強度降低。XX5井鉆進至石炭系地層時發生垮塌，復雜情況處理時間長達369 h，采取各種措施均無法劃眼到底，被迫提前完鉆。

中拐凸起整體鉆井速度慢，鉆井周期長。近年來施工的5口井，平均機械鉆速4.54 m/h，平均鉆井周期96.27 d，平均鉆井進尺1 258.99 m。

2 鉆井提速增效技術

2.1 井身結構優化

2.1.1 井身結構優化可行性分析

通過區域資料分析，使用地層壓力分析系統(Version 3.0)軟件，選擇Fan經驗公式法進行中拐凸起地層三壓力預測[5](見圖1)，中拐凸起已鉆井實測孔隙壓力如表1所示。

已鉆井實測孔隙壓力及使用鉆井液密度對比表明，石炭系地層表現為高壓低滲的特征。鉆至下烏爾禾組底部，鉆井液中加入橋接堵漏材料，裸眼井段采取少量、多次的方式進行憋擠，提高上部低壓地層承壓能力，在鉆井液體系配套的情況下，可以采用二開井身結構，加快勘探開發進程。

2.1.2 井身結構優化方案

探井具有諸多不確定性，為了保證鉆井安全，一開井段采用φ444.5 mm鉆頭，鉆進500 m，下入φ339.7 mm套管。二開井段采用復合井眼，用φ311.1 mm鉆頭鉆進至克拉瑪依組上部，換用φ215.9 mm鉆頭鉆進至烏爾禾組底部，進行承壓試驗，根據試驗結果選擇合適的方案。

方案1：如果地層承壓能力能夠滿足下部石炭系地層安全鉆進的要求，繼續鉆進至完鉆井深，下入φ139.7 mm油層套管(見圖2(a))。

方案2：如果上部地層承壓能力難以滿足下部地層安全鉆進的要求，則用φ311.1 mm鉆頭擴眼至烏爾禾組底部，下入φ244.5 mm技術套管，再用φ215.9 mm鉆頭進行三開鉆進，下入φ139.7 mm油層套管(見圖2(b))。

2.2 優選鉆頭

根據測井資料建立巖石力學參數計算模型，反演分析巖石力學參數和鉆頭可鉆性級值。通過分析中拐地區完鉆井各層位鉆頭的使用情況，結合地層巖石巖性變化及力學特性，優選與地層相匹配的鉆頭[6-8]。增加PDC鉆頭進尺占有率，根據地層礫石的膠結強度、粒徑大小，適當調整鉆井參數，小鉆壓、低轉速鉆穿含礫地層，減少起下鉆次數，提高機械鉆速，解決影響鉆井提速的瓶頸性難題[9-12]。

XX13井共使用6只鉆頭，其中牙輪鉆頭2只，PDC 鉆頭3只，取心鉆頭1只，使用情況見表2。其中，二開井段選用φ311.1 mmDES1904U/S221鉆頭，由井深500 m鉆至井深2 900 m，單只鉆頭進尺2 400 m，成功鉆穿八道灣組底部礫巖，機械鉆速達到了14.95 m/h，創該區塊機械鉆速新紀錄。全井PDC鉆頭進尺占有率達到了85.17%，平均機械鉆速達8.18 m/h，鉆機月進尺達2 264.15 m，全井鉆井周期僅47.63 d。

2.3 鉆井液技術

井身結構優化后，裸眼段長達3 000 m左右，對鉆井液性能及維護提出了更高的要求。根據地層黏土礦物含量和理化特性，制定了鉆井液處理維護原則：上部地層以抑制、包被、封堵為主，分散為輔；下部地層以適度分散為主，提高鉆井液的屏蔽性能。

加入的高分子聚合物 PMHA-2(MAN104)，可以在黏土表面形成連續吸附水化層，并提高濾液黏度，滯緩水分子向泥巖滲透[13-14]；鉆井液中加入KCl、CaO，保持K+質量濃度在20 000 mg/L以上，Ca2+質量濃度在400 mg/L左右，提高濾液化學抑制性和調節鉆井液水相活度，抑制巖屑水化膨脹和分散，減少液相向巖層運移，穩定井壁。

選用瀝青類、QCX-1、WC-1 作為封堵劑。瀝青質材料在一定溫度和壓差下發生變形，封堵微裂隙和孔隙，在井壁形成致密的內泥餅，提高對微裂隙或破碎地層的粘結力和井壁地層強度；不同粒徑的隨鉆堵漏劑、QCX-1、WC-1 協同配合形成致密的屏蔽環，實現近井壁嚴密封堵。剛性和可變性固相粒子的粒徑、級配與地層相適應，增強造壁和封堵能力，提高地層承壓能力，降低漏失發生概率[15-16]。

鉆井液中加入3%隨鉆堵漏劑，其不同級配的封堵顆粒、纖維及晶片有效封堵不同性質的漏失地層，同時輔以1%左右的膠凝劑，降低鉆井液的濾失性，阻止固相和液相進入儲層，穩定井壁[17]。

井身結構優化后，同一裸眼中同時存在高壓和低壓層，上部井漏與下部噴塌風險同時存在。在鉆至下烏爾禾組底部時，鉆井液中加入4%～6%中粗—細的橋接堵漏材料，對上部低壓地層進行堵漏，提高上部低壓地層承壓能力至當量密度為1.40 kg/L左右，滿足安全鉆進要求后，再鉆開高壓層。

3 實施效果

2012年中拐地區XX8井和XX10井的井身結構優化嘗試取得成功。2013年共鉆6口探井，其中5口井采用了二開井身結構，XX11井采用三開井身結構。

2012年2口井的井身結構優化后，鉆井技術指標比三開井身結構井(以下記為三開井)有所提高。2013年二開井身結構井(以下記為二開井)平均機械鉆速比2012年三開井提高48.07%，月平均進尺提高40.69%；2013年的二開井與三開井相比，平均機械鉆速提高51.86%，月平均進尺增加20.25%(見圖3)。

井身結構優化后的7口井共節省φ244.5 mm技術套管22 250 m，節省費用2 200萬元，節約固井材料費用159.30萬元，節約鉆井中完時間91 d，節約費用527.80萬元，共計降低鉆井成本1 956.28萬元(見表3)，降本增效明顯。

2012年前，三開井的平均復雜事故時率為4.96%，中拐凸起區2口試驗井的復雜事故時率下降為2.46%，2013年5口探井優化井身結構后的復雜事故時率為0，達到了在不下技術套管情況下安全、快速、優質鉆進的要求。

4 結論與建議

1) 井身結構優化設計方案能夠滿足中拐凸起安全快速鉆井的需求，優化后的鉆井液配方有效提高了機械鉆速，提速增效效果顯著，為該區今后高效勘探開發奠定了基礎。

2) 鉆頭選型取得了很好的效果，從現場應用情況看，還可以進一步優選；二開井段可以考慮嘗試φ241.3 mm+φ215.9 mm復合井眼，進一步縮短鉆井完井周期。

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[編輯 滕春鳴]

Technique for Improving ROP and Benefit in Zhongguai Uplift
Area of Xinjiang Oilfield

Liu Zhiliang1, Zhi Dongming2, Huang Hong2, Nan Xin3

(1.ResearchInstituteofDrillingEngineeringandTechnology，CNPCXibuDrillingEngineeringCompanyLimited，Karamay，Xinjiang，834000，China；2.ExplorationDivisionofXinjiangOilfieldCompany，PetroChina，Karamay，Xinjiang，834000，China；3.EngineeringTechnologyandMarketDevelopmentDepartment，CNPCXibuDrillingEngineeringCompanyLimited，Karamay，Xinjiang，830011，China)

In order to improve ROP and economic benefit in Zhongguai uplift block, a new technique was worked out by analyzing the data of drilling, mud logging, logging and well testing etc. from offset wells. According to the logging data from offset wells, rock mechanics has been studied and drilling bit has been optimized. Content of inhibitor, capsuling agent and asphalt materials was increased in drilling fluids, and LCM and gelling agent were also added to raise the capability of inhibition, anti-caving and curing losses. Based on the formation fracturing pressure and the wellbore stability, the well profile and casing program can be determined. Casing program of 7 exploration wells was changed from three phases into two phases, the average ROP was increased by 48.07%, and average monthly drilling footage was increased by 40.69%, drilling cost was saved up to RMB 19.56 million. Application of the technique for improving ROP has laid a foundation for high efficiently exploration and development in Zhoingguai uplift block, and provided a good technical reference for exploration in other similar oilfields.

Zhongguai uplift；exploratory well；casing program；penetration rate；Xinjiang Oilfield

2014-04-03；改回日期：2015-02-03。

劉志良(1978—)，男，河南新野人，2002年畢業于大慶石油學院精細化工專業，高級工程師，現主要從事鉆井液研究和現場管理工作。

?鉆井完井?

10.11911/syztjs.201502003

TE242

A

1001-0890(2015)02-0014-05

聯系方式：(0990)6889295，luckyboy02@126.com。