時鳳霞,楊衍云

(1.中國石油大學(xué)勝利學(xué)院 油氣工程學(xué)院,山東 東營 257091; 2.中石化勝利石油工程有限公司 鉆井工藝研究院,山東 東營 257017)

哈深斜1井位于新疆維吾爾自治區(qū)克拉瑪依市烏爾禾區(qū)西北部,構(gòu)造位置為準(zhǔn)噶爾西部隆起哈山山前構(gòu)造帶前緣沖斷帶。本井區(qū)地層由SE向NW逐漸抬高,形成單傾的斜坡特征,受SW-NE向逆斷層的影響,井區(qū)發(fā)育SW-NE走向的正、逆斷層,井區(qū)內(nèi)斷層、骨架砂體和不整合面構(gòu)成了油氣運移的良好通道網(wǎng)絡(luò),成藏條件優(yōu)越。但本井存在地質(zhì)條件復(fù)雜、易井斜、機械鉆速低、固井質(zhì)量難以保證等問題,通過對其進行詳細(xì)可行的鉆井工程設(shè)計,保證了本井較高的機械鉆速,避免了復(fù)雜情況的發(fā)生,為同區(qū)塊后續(xù)井的設(shè)計與鉆探提供了借鑒意義。

1 工區(qū)概況

哈深斜1井是一口預(yù)探井,井型為定向井,設(shè)計井深4 719.90 m,垂深4 075.00 m,造斜點在1 946.87 m,目的層為二疊系烏爾禾組(P3w)、二疊系夏子街組(P2x)、二疊系風(fēng)城組(P1f)。其鉆探目的是了解哈山前緣沖斷帶二疊系的含油氣情況。

結(jié)合鄰井及地震資料分析,該井從上至下依次鉆遇白堊系、侏羅系八道灣組、三疊系百口泉組、二疊系烏爾禾組、夏子街組、風(fēng)城組、石炭系地層,地質(zhì)分層及巖性描述如表1所示。

表1 地質(zhì)分層及巖性描述

2 鉆井難點

2.1 機械鉆速低

白堊系、侏羅系、三疊系地層均含有不同程度的砂礫巖,鉆進過程中蹩跳鉆現(xiàn)象嚴(yán)重,對鉆頭、鉆具的使用壽命影響大,容易發(fā)生掉牙輪或斷鉆具事故;風(fēng)城組地層含白云質(zhì)增多,研磨性逐漸加強,PDC鉆頭牙齒磨損較為嚴(yán)重。

2.2 井身質(zhì)量難控制

該井地層傾角大,易井斜,其中夏子街組傾角達(dá)40°,八道灣組、百口泉組地層易膨脹脫落,造成井下掉塊、蹩鉆現(xiàn)象嚴(yán)重。

2.3 復(fù)雜情況多發(fā)

通過對鄰井資料分析,白堊系地層易發(fā)生復(fù)雜情況,哈淺6井溢流1次,哈淺2井溢流2次,哈1井溢流1次,哈淺4井發(fā)生井漏,烏31、哈淺4兩口井在八道灣組發(fā)生井漏,為此該地層鉆進時要采取措施控制溢流、井漏的發(fā)生。

2.4 固井施工難度大

鄰井在鉆遇白堊系、侏羅系、石炭系時均發(fā)生不同程度漏失,本井固井時要防井漏;根據(jù)地震資料分析,風(fēng)城組可能存在一高壓系統(tǒng),所以固井過程中要注意高壓防竄。

3 鉆井設(shè)計及技術(shù)對策

3.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計

井身結(jié)構(gòu)設(shè)計是鉆井工程的基礎(chǔ)設(shè)計,它不僅關(guān)系到安全鉆井,還會影響油井的質(zhì)量和壽命,同時對鉆井效益的提高有著特別重要的意義[1-2]。對于一些深井探井,由于地層情況復(fù)雜,加之周圍鄰井少,獲取地層信息有限,在設(shè)計井身結(jié)構(gòu)時,既要考慮鉆井安全,同時要兼顧鉆井成本[3- 4]。因此本井在進行井身結(jié)構(gòu)設(shè)計時,對鄰井資料進行充分分析,結(jié)合本井所鉆遇地層的巖性特點,進行了井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化,井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 哈深斜1井井身結(jié)構(gòu)

3.2 鉆頭及鉆具組合的選擇

3.2.1 鉆頭優(yōu)選

根據(jù)鉆頭的使用原則,上部松軟地層可選擇機械鉆速高的銑齒鉆頭,深井段地層鉆進應(yīng)選擇進尺多的鑲齒鉆頭[5],結(jié)合地層特點和實踐經(jīng)驗,對鉆頭進行優(yōu)選。一開鉆遇白堊系與侏羅系八道灣組,由于地層傾角大,為降低井斜角，只能小鉆壓吊打鉆進。為提高鉆井速度,使用適合鉆中上部地層、保徑密封好、使用時間長和機械鉆速快的MP2鉆頭。二開鉆遇三疊系百口泉組、二疊系烏爾禾組,巖性主要為灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、含礫泥巖、棕色泥巖與灰色砂礫巖、含礫泥質(zhì)細(xì)砂巖不等厚互層,含礫層位鉆進過程蹩跳鉆現(xiàn)象嚴(yán)重。對含礫較多地層,用HJ517G鉆頭過渡,含礫較少地層采用HJ537G鉆進,可極大地提高機械鉆速。三開鉆遇二疊系夏子街組、風(fēng)城組及石炭系,巖性為灰色、棕色含礫細(xì)砂巖、灰色細(xì)砂巖與灰色、棕紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖互層、白云質(zhì)泥巖與灰色白云質(zhì)凝灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖、深灰色凝灰?guī)r、安山巖。風(fēng)城組上部地層白云質(zhì)含量較低,對鉆頭磨損小,可選擇使用PDC鉆頭[6];下部地層白云質(zhì)含量增加,可使用高效牙輪過渡。

3.2.2 鉆具組合的選擇

為保證井身質(zhì)量,采用防斜打直技術(shù)[7],導(dǎo)眼、一開鉆進設(shè)計選用塔式鉆具組合;二開為保證直井段打直,設(shè)計選用4套鉆具組合(塔式鉆具、鐘擺鉆具、常規(guī)鉆具、垂直鉆具),并設(shè)計0.75°單彎動力鉆具予以糾斜。垂直鉆具組合:Φ311.1 mm鉆頭+垂直鉆井系統(tǒng)+Φ203.2 mm鉆鋌3根+Φ177.8 mm雙向減震器+鉆具止回閥+Φ177.8 mm鉆鋌1根+Φ310 mm扶正器+Φ177.8 mm鉆鋌1根+Φ177.8 mm隨鉆震擊器+Φ177.8 mm鉆鋌3根+旁通閥+Φ127 mm加重鉆桿15根+Φ139.7 mm鉆桿。動力鉆具組合:Φ311.1 mm鉆頭+Φ215 mm0.75°單彎動力鉆具+Φ203.2 mm鉆鋌1根+MWD+Φ177.8 mm鉆鋌3根+Φ139.7 mm鉆桿;增斜段設(shè)計為1.25°單彎動力鉆具;穩(wěn)斜段設(shè)計常規(guī)鉆具和復(fù)合鉆具,復(fù)合鉆具組合:Φ311.2 mm鉆頭+Φ215 mm1.25°單彎動力鉆具+Φ203.2 mm無磁鉆鋌1根+MWD+Φ228.6 mm鉆鋌3根+Φ127 mm鉆桿。

為提高鉆井水力參數(shù),增強井眼的凈化能力,應(yīng)盡可能減少使用Φ127 mm內(nèi)加厚鉆桿的數(shù)量。

3.3 鉆井液體系設(shè)計

根據(jù)哈深斜1井鉆井地質(zhì)設(shè)計要求和鉆井液的使用原則,結(jié)合該井地層特點及鄰井復(fù)雜情況,要求鉆井液各層段有針對性:滿足防水侵、防垮塌、防縮(擴)徑、防漏失、防卡、防硫、抗污染等要求。

一開地層白堊系、侏羅系地層成巖性差,松散,地層易造漿,易垮塌,防坍塌卡鉆;白堊系地層防地表淺水層造成的井涌,八道灣組泥巖和煤層易發(fā)生縮徑和井壁坍塌,應(yīng)加強鉆井液的抑制性,嚴(yán)格控制失水[8-9]。施工時機械鉆速快,環(huán)空鉆屑濃度高,該井段鉆井液必須具有很強的懸浮攜帶能力和穩(wěn)定井壁能力。二開三疊系、二疊系烏爾禾組地層巖性為泥巖、砂泥巖互層,易發(fā)生縮徑、坍塌卡鉆,要求鉆井液必須具有較強的抑制能力,確保其造壁性、防塌性和良好的流變性;同時增強鉆井液的封堵能力,從而保證井壁穩(wěn)定,防滲漏;烏爾禾組斷層及附近注意防漏,提前加入隨鉆堵漏劑。三開二疊系夏子街組、鳳城組泥巖、砂巖、礫巖不等厚互層,地層穩(wěn)定性差,防剝蝕、碰撞掉塊、坍塌和漏失,因此三開鉆井選抑制性聚合物潤滑防塌鉆井液體系。二疊系風(fēng)城組風(fēng)二段可能鉆遇高壓層,易發(fā)生溢流、井噴,應(yīng)提高上部承壓能力,及時調(diào)整鉆井液密度,避免上漏下涌復(fù)雜情況發(fā)生。各開次鉆井液體系設(shè)計見表2。

表2 各井段鉆井液體系

3.4 固井設(shè)計

3.4.1 水泥漿體系設(shè)計

二開固井重點是防下套管遇阻和井漏,針對此問題,采取漂珠低密度水泥漿體系;三開套管下入比較深,井底溫度和壓力大,應(yīng)選擇抗高溫固井工具和水泥外加劑,并加入塑性纖維,防止固井井漏,提高固井質(zhì)量[8]。水泥漿設(shè)計見表3。

表3 水泥漿體系設(shè)計

3.4.2 固井技術(shù)措施

(1)固井施工設(shè)計根據(jù)實際井況合理設(shè)計套管扶正器,準(zhǔn)確預(yù)測最高施工壓力,合理設(shè)計Φ244.5mm技術(shù)套管、Φ139.7 mm油套套管固井作業(yè)密度。

(2)技術(shù)套管固井時,要提高固控設(shè)備利用率,及時消除巖屑,有效控制固相含量在設(shè)計范圍內(nèi);下套管前用原鉆具通井,對縮徑、遇阻、狗腿度變化比較大井段反復(fù)劃眼,大排量循環(huán)洗井,確保套管下到設(shè)計深度;下套管時嚴(yán)格控制下放速度,嚴(yán)禁猛提猛放而造成井漏。

(3)油層套管固井前要保證井眼穩(wěn)定,必要時進行承壓堵漏。準(zhǔn)確加權(quán)平均領(lǐng)漿和尾漿井徑曲線,附加水泥漿量不少于5%。所用水泥漿API失水<100 mL、析水<1.4%、流性指數(shù)>0.6。領(lǐng)漿滿足施工安全,尾漿設(shè)計短候凝水泥漿體系,稠化時間應(yīng)控制在施工基礎(chǔ)上附加60～90 min,呈“直角”稠化。采用研磨型沖洗液,低黏高切隔離液,紊流-塞流復(fù)合頂替模式,有效控制水泥漿竄槽問題。

4 現(xiàn)場施工

哈深斜1井嚴(yán)格按照鉆井工程設(shè)計要求,于2012年6月14日開鉆,2012年12月5日完鉆,完鉆井深4 641.50 m。2013年1月6日固井質(zhì)量完畢,完井,鉆井周期為171天19.5小時。導(dǎo)眼下入Φ508 mm導(dǎo)管,常規(guī)固井,水泥漿返至地面;一開下入Φ339.7 mm表層套管至580.62 m,常規(guī)固井,水泥漿返至地面;二開下Φ244.5 mm技術(shù)套管至2 519.85 m,單級固井,水泥漿返至地面;三開下Φ139.7 mm油層套管至4 417.72 m,水泥漿返至2 000 m,固井質(zhì)量合格。一開最大井斜角1.58°,井深575 m,二開直井段最大井斜角4.92°,井深1 998 m,三開A靶靶心距3.72 m,B靶靶心距13.49 m,井身質(zhì)量合格。

施工過程中,參考鉆井工程設(shè)計及鄰井鉆頭使用情況,同時結(jié)合地層特點和實踐經(jīng)驗,優(yōu)選好每只鉆頭和鉆具組合,一開地層普遍含礫,鉆進時蹩跳鉆嚴(yán)重,采用小鉆壓吊打鉆進。二開對含礫較多地層,使用HJ517G鉆頭過渡,在砂泥巖段優(yōu)選百施特型號為MS1952SS的PDC鉆頭,812～963 m采用吊打,機械鉆速為13.73 m/h;為控制井斜,嘗試在鉆具組合中加入尺寸較大的鉆鋌(如9″鉆鋌)或者18 m扶正器+螺桿鉆具組合。在砂泥巖含礫較少地層采用降斜鉆具組合配合PDC鉆進,含礫地層采用HJ517G牙輪鉆頭過渡,極大地提高了機械鉆速(牙輪鉆頭平均機械鉆速為2 m/h,PDC鉆頭平均機械鉆速為3.8 m/h),減少了起下鉆時間,節(jié)約了鉆井周期。全井累計進尺4 641.50 m,平均機械鉆速2.10 m/h。

5 結(jié) 論

(1)鉆頭優(yōu)選和鉆具組合的選擇對提高鉆井速度起到重要作用。深井段含礫較多地層選用高效牙輪鉆頭,含礫較少的設(shè)計選用PDC鉆頭,配合尺寸較大的鉆鋌(如9″鉆鋌)或者18 m扶正器+螺桿鉆具組合,可有效控制井斜,并提高鉆速。

(2)現(xiàn)場施工表明,根據(jù)地層特點合理地設(shè)計鉆井液體系,在鉆進中根據(jù)地層情況及時調(diào)整鉆井液性能,放寬防塌劑及抗高溫材料的使用,可以保證鉆井液良好的使用性能,并預(yù)防溢、漏、卡等復(fù)雜情況的發(fā)生。

(3)固井過程中容易發(fā)生漏失,要進行合理的水泥漿體系設(shè)計,二開固井重點是防下套管遇阻和井漏,采取漂珠低密度水泥漿體系;三開選擇抗高溫固井工具和水泥外加劑,并加入塑性纖維,防止固井井漏,提高固井質(zhì)量。

[1] 張洪山,周燕,王濤,等.哈山3井火成巖地層鉆井難點與提速對策[J].石油機械,2014,42(9):40- 42.

[2] 唐志軍,邵長明.鉆井工程設(shè)計優(yōu)化與應(yīng)用[J].石油地質(zhì)與工程,2007,21(3):75- 78.

[3] 管志川,李春山,周廣陳,等.深井和超深井鉆井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法[J].石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2001,21(6):42- 44.

[4] 楊衍云,張蕾.哈山3井鉆井工程設(shè)計及應(yīng)用[J].西部探礦工程,2014(10):61- 64.

[5] 楊明合,夏宏南,蔣宏偉,等.火山巖地層優(yōu)快鉆井技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù),2009,37(6):44- 47.

[6] 鄒德永，王家峻，盧明，等.定向鉆井PDC鉆頭三維鉆速預(yù)測方法[J].中國石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2015，39(5)：82-85.

[7] 趙洪山,馮光通,唐波,等.準(zhǔn)噶爾盆地火成巖鉆井提速難點與技術(shù)對策[J].石油機械,2013,41(3):21- 26.

[8] 孫金聲,楊宇平,安樹明,等.提高機械鉆速的鉆井液理論與技術(shù)研究[J].鉆井液與完井液,2009,26(2):1- 6.

[9] 于彤偉，鄢捷年，馮杰.抗高溫高密度水基鉆井液體系的室內(nèi)實驗研究[J].中國石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2007，31(2)：73-77.