滨里海盆地东缘隆起带难钻易塌地层优快钻井技术

滨里海盆地东缘隆起带难钻易塌地层优快钻井技术

王超1李保伦2马军3陈涛1李辉1曹晟1

1.中国石油集团西部钻探工程技术研究院 新疆克拉玛依 834000

2.中国石油集团西部钻探有限公司工程技术部 新疆乌鲁木齐 830000

3.中国石油集团西部钻探有限公司井下作业公司 新疆克拉玛依 834000

摘要：哈萨克斯坦滨里海盆地东缘隆起目的层为石炭系碳酸盐岩储层，采用三开井身结构，在钻探过程中存在诸多钻完井技术难点：①石炭系地层岩性致密、可钻性差，高钻压钻井，钻头易发生粘滑，损伤钻头，被迫选用三牙轮，机速慢。②钻井复杂情况主要有阻卡和井漏，阻卡井段为二叠系孔谷阶P1Kg盐层和石炭系中部MKT泥岩段，井漏主要集中在石炭系储层井段。针对该区地质工程难点提出了安全快速钻井集成化提速方案：①石炭系难钻地层个性化PDC+提速工具高效破岩技术；②防塌钻井液体系及随钻防漏技术。解决防事故复杂高发、机械钻速低等技术难题，为滨里海盆地东缘隆起带难钻易塌地层优快钻井提供技术参考。

关键词：滨里海盆地；石炭系；优快钻井；防塌防漏；碳酸盐岩储层

引言

哈萨克斯坦滨里海盆地东缘隆起位于阿克纠宾市正南方向约270公里，整体为北东-南西走向的断背斜构造。，次级构造则划分为11个构造单元。1978年，4号探井首次从中上石炭统碳酸盐岩层（KT-Ⅰ）中获得工业油气流；1980年，23号探井从中下石炭统碳酸盐岩层（KT-Ⅱ）中获得工业油气流目前该区块评价机速仅3.32m/h，复杂时效28.6%，严重影响了生产效益。

1主要钻井技术难点

1.1下二叠统及石炭系地层钻速慢

下二叠统、石炭系地层石英含量较高，由现场起出的钻头磨损情况即可看出其研磨性强。高的研磨性造成PDC钻头复合片早期磨损严重，较大制约了后期钻进时的机械钻速。

目前尚未优选出适合该硬脆地层的PDC钻头，虽然试用了不同大小复合片、不同刀翼的PDC钻头配合转盘驱动或者螺杆钻具钻进，但效果依然较差，且使用普通牙轮钻头常规钻进，机械钻速较慢。

钻井提速工具没有进行统一优化：近几年，多种类型井下动力钻具及PDC厂家或代理商涌入本区钻井市场，技术指标差别较大，井下提速方式未得到统一优化。

1.2 盐层、塑性泥岩地层安全钻井难度大

二叠系孔谷阶P1kg组发育流动性巨厚盐层(厚度在400m左右)，钻井过程中易发生缩径、井眼扩大，造成钻具下放遇阻、卡钻等风险

石炭系中部MKT地层所含泥岩段易垮塌和砂岩段较稳定容易造成“糖葫芦”井眼。

石炭系KT-1、KT-2碳酸盐油层漏失碳酸盐储层保护难度大。石炭系地层压力保持较低，在1.05~1.10附近，容易发生井漏，区块已钻部分井出现过漏失情况。

1.3 地层资料不准确，塑性泥岩分布有着不确定性，且塑性泥岩蠕变速度快，难于准确确定钻井液密度

整个区块塑性泥岩分步不均，地质不能准确预报单井是否存在塑性泥岩。

塑性泥岩蠕变快，一旦钻开就有比较明显的憋转盘现象，处理不及时极易造成卡钻；泥浆密度选择不合理，发生蠕变缩径卡钻或井漏等事故复杂，因此事故复杂率极高，占二开周期的33.77%。

2实现优快钻井的配套技术

2.1难钻地层个性化PDC

利用岩石力学软件绘制出单井岩石力学特征剖面：①二叠系及石炭系地层岩性致密、可钻性差；二叠系盐膏层段复杂，加大了提速的难度；油层顶泥板岩盖层可钻性差。②二叠系地层岩石抗压强度基本在50MPa左右、硬度800~1200MPa。进入石炭系地层后，岩石力学特征发生明显抬升，抗压强度增大至100~150MPa、硬度增大至1800~2200MPa。

形成钻头选型方案（表1）：①二开地层二叠系上部夹层多、下部膏盐层，可钻性差。优选311.2mm江汉PDC钻头KS1952SGRX，尖形齿与圆形齿交替布置，提高致密泥岩及塑脆性地层的破岩效率。②三开石炭系地层主要为白云岩、含SiO2的石灰岩。优选215.9mm史密斯Z516PDC钻头，stinger齿与PDC复合片混合使用，增加抗冲击性。

2.2提速工具高效破岩

XZ-MCT-Ⅰ型多向耦合提速工具通过增设调压阀套来周期性调节钻井液的过流面积，从而产生水力脉冲，改善钻进方式，提高了传递给钻头的扭矩及钻压，从而加快钻进速度；通过增加自伸长推力轴承，将钻井液流经转子产生的水力轴向力间接传递至钻头，提高了传递给钻头的钻压，有效提高破岩效率。通过建模和实钻优化提速工具参数为20kN/1000N·m/200Hz ，钻井参数80kN/60rpm。

2.3防塌钻井液体系

从已钻井复杂统计分析，在P1Kg地层盐膏层存在以盐为胎体或胶结物的泥泥岩遇矿化度低的水会溶解，导致泥泥岩失去支撑而坍塌井壁垮塌的情况；MKT地层由于泥岩段易垮塌和砂岩段较稳定容易造成“糖葫芦”井眼。阻卡井段为P1Kg的盐层和MKT泥岩段坍塌。井漏主要集中在储层井段，漏失类型属裂缝性漏失。

根据钻井液性能要求，并充分借鉴目标区块前期钻井液应用经验，结合室内实验从钻井液密度、防塌剂、降滤失剂、油层保护剂以及随钻堵漏材料等方面综合考虑，推荐钻井液设计如下：

表1 钻井液体系优化

2.4随钻防漏技术

由于岩性主要是生物碎屑灰岩、鲕粒灰岩、内碎屑灰岩和团块灰岩，溶蚀孔洞欠发育，裂缝欠发育，裂缝主要发育在低孔段及致密段。结合以往钻井漏失情况分析，漏失属于钻遇裂缝或孔隙发生的压差性裂缝漏失，该区块钻进应该以防为主，辅堵次之。通过室内试验，推荐使用TP-2或APSEAL。使用随钻堵漏工艺简单，施工中只需按推荐加量添加进随钻堵漏剂，将堵漏浆泵入预计漏层位置，静止堵漏2~4h即可，操作方便，对在密度低于1.40g/cm3以下的钻井液性能影响甚微。若允许可以循环微泡沫钻井液防漏，配方见钻井液设计。

3配套技术方案的现场应用

试验4口井在石炭系全部采用PDC钻头并配合提速工具，较近3年的牙轮钻头提速8.9%，较PDC钻头单趟进尺提高56.3%，实现“零”事故复杂。

表2 钻井液体系优化

4结论

1、优选优选215.9mm史密斯Z516PDC钻头，stinger齿与PDC复合片混合使用，增加抗冲击性。并根据根据地层可钻性明显变差轨迹及粘滑低效事件研究，优选多向耦合提速工具，提高钻头吃入能力，降低钻头粘滑，实现提速。

2、针对地层资料不准确，塑性泥岩分布有着不确定性，且塑性泥岩蠕变速度快，事故复杂现象突出的技术难点，开展塑性泥岩蠕变缩径机理分析，形成针对性钻井液技术及配套工艺，形成塑性泥岩段专打钻井液体系及配套技术措施，实现“零”事故复杂。

参考文献：

[1] 张 辉,高德利.钻头选型方法[J].石油钻采工艺,2005,27(4):1-5.

[2] 黄进军,罗平亚,李家学,等.提高地层承压能力技术[J].钻井液与完井液,2009,26(2):69-71.

[3] 熊继有,程仲,薛亮,等.随钻防漏堵漏技术的研究与应用进展[J].钻采工艺,2007,30(2):7-10.

[4] 李家学,黄进军,罗平亚,等.随钻防漏堵漏技术研究[J].钻井液与完井液,2008,25(3):25-28.

作者简介：王超（1988—），男，本科，工程师，甘肃酒泉人，研究方向：石油钻井。